复杂条件下的石方明挖控制及防护技术.doc

复杂条件下的石方明挖控制及防护技术邓仁杰 董之村（中国水利水电第十四工程局有限公司长河坝项目部）【摘要】省道S211复建公路自长河坝电站枢纽布置区上方山体上通过，是省道S211公路过电站枢纽区的改线工程，与电站枢纽工程同步建设，路基边坡开挖高度大，施工区下方布置有原S211公路、电站场内公路、生产厂房、交通桥、生活生产营地等不可迁移的重要设施，公路边坡开挖高度多在2050m之间，施工区段自然边坡陡峻，施工难度大、安全风险突出，对公路开挖钻爆的控制及防护技术提出了极高的要求。【关键词】高边坡 强卸荷体 石方明挖 控制 防护1、工程概况长河坝省道S211复建公路（省道S211公路经长河坝水电站段改线工程），分多标段招标施工，其中标K11280K13761段为明线工程，施工区地形陡峻，多为强卸荷体岩质边坡、边坡自然坡角在4065之间，局部边坡近乎直立。本标段工程沿线边坡平均开挖高度近30m、最大高度超过60m，路基以下3080m的坡脚部位沿河滩地上平行布置有施工厂房、变电站、交通桥、生活营地、生产场地等不可迁移的重要设施。因建设工期紧迫，省道S211复建公路工程与电站枢纽工程同步安排施工，若不能对公路施工实行可靠的控制与防护，路基开挖作业将严重危害下方的设施，不仅可能影响电站枢纽工程的正常建设，甚至可能造成重大良利社会效应。2、不利影响及控制防护要点分析通过现场实情的充分考查，并结合类似工程的实施案例，有关技术人员归纳总结本工程施工时的安全风险有如下三个方面。（1）爆破震动：爆破震动的作用方式主要有爆破地震及空气冲击波，有效的控制方法包括抑制多余爆破能量的产生及设置缓冲隔离带等，公路施工区周边的生产、生活设施多布置在沿河滩地上，抗震能力普遍不高，对爆破震动的控制要求高。（2）爆破飞石：爆破飞石的形成有其必然性及偶然性两方面的因素，它是由于爆破而赋与较大初始动能的石块，块度一般不大，从工程技术角度而言，控制飞石的有效手段有控制爆破能量、彻底清理爆破工作面松动碎石及设置拦截措施等。（3）边坡滚石：边坡滚石的形成须具备两个条件，其一为爆破所赋与的初始动能，其二为适合滚落的场地。公路施工区段自然边坡陡峻，有着石块滚落的天然条件，故控制滚石必须以削减石块的初始动能为根本，再设置有效措施进行拦截。邓仁杰（1974），男，工程师，多年从事水利水电工程施工，有丰富的大型石方明挖施工经验。董之村（1971），男，工程师，多年从事水利水电工程施工，参加过大量石方明挖设计及施工。根据上述分析结果，可见本工程施工安全控制及防护的首要任务为现场爆破作业的控制，其次为各种辅助隔离及防护技术的实施，现场通过研究分析采取了以“控制爆破、原地消能、沿线拦截、重点防护” 为主导思想的“四同步”法控制防护方案。3、开挖控制实施方案公路施工区段地质以花岗岩为主，岩体质地细密、坚硬，坚固系数在1621之间，工程区域地质复杂、地形陡峻，主要地质特征类型有冲积阶地、崩坡积体及强卸荷岩质边坡等，控制爆破方案主要在强卸荷边坡区段施行，作业范围的边坡岩体挤压强烈、破碎严重、风化明显。参考一般的爆破设计原则及经验，并结合实地试钻爆成果，现场选择了以深孔爆破为主、浅孔爆破为辅的台阶钻爆破方案作业，按“减弱抛掷爆破”或“加强松动爆破”的要求装药，采用“单孔单响”或“双孔联爆”方式联网起爆，并通过合理有效的调整来控制爆破抛渣方向，以规避爆破作业可能带来的种种不利影响。结合现场通道布置、场地等因素，路基边坡开挖实行小区域划块作业，沿公路桩号方向按510m分段按台阶循环推进，路基开挖采用的典型钻爆方案及参数如下。图1 典型段路基钻爆方案示意图表1 典型段路基钻爆参数表钻爆参数爆破方式钻孔参数装药参数孔径(mm)孔深(cm)孔距(cm)排距(cm)抵抗线(cm)药径(mm)堵塞(cm)孔药量(kg)线密度(kg/m)单耗(kg/m3)浅孔爆破光面爆破4532060/7525500.950.3/抛掷爆破4532011510010032501.95/0.57深孔爆破预裂爆破901200120/321504.80.4/单孔松动901200300/2507030022.5/0.3双孔松动9012002702302307035016.8/0.274、爆破消能实施方案通过严格施行上述钻爆控制方案，首先从源头上有效降低不利爆破影响的形成可能性，但肯定不能避免爆破飞石等个别不利情况的发生，为进一步消除偶然不利影响，路基边坡开挖时，施工单位经论证并最终在爆破体表面四重加压覆盖的方法实施原地消能及减灾防护。防护结构主要由压盖体、牵引绳及锚固件三部分组成，起到消能防护功用的主要组件为压盖体，自下而上依次为覆盖土、废轮胎、细目铁丝网及主动网，防护结构见图2，压盖体组件性能、参数及施工要点如下。图2 消能压盖防护方案示意图覆盖土：采用粉细砂或粘土，待爆破装药、联网完成并检查无误后逐孔铺盖在炮孔口上方及四周（以炮孔为圆心，半径2040cm、铺盖厚3040cm，炮孔深度及孔径大者取大值），覆盖土铺置前须清除土体中的碎石等杂物。铁丝网：采用以直径2.84.2mm的铁丝编制的细目铁丝网，网格参数33cm55cm，搭接覆盖在爆破作业区上方，网片搭接长度不小于10cm（或2个网格宽度），搭接部位以相同规格的铁丝编结为一体，网片延伸到爆破区外1.5m以上（钻爆梯段高度大时可适当扩大覆盖范围）。钢丝网：采用以直径8mm的高强钢丝编制的FSS-PD-500型钢丝网，网格参数3030cm，压盖在细目铁丝网上并与锚定于开挖区的22锚杆上，锚杆间排距2.53m、锚固深度1.53m，视爆破梯段高度及岩石完整情况选择，周边锚杆布置在爆破区以外，锚固深度增加0.51.5m。5、拦截防护实施方案拦截防护方案主要是针对滚石制定，现场施行了以临近爆破区拦截为主、辅以边坡坡脚拦截，具体实施如下。（1）临近爆破区拦截本类方案为在爆破区外沿设置钢拦栅防护结构（以型钢为基本承载件）实施拦截，其理论支持有三个方面：一是钢栏栅防护体便于安装、拆移及回收；二是钢拦栅自身具有较强的刚度及一定的弹性变形能力，可承载较大的外部荷载，也能适应一定的变形破坏；三是在临近爆破区位置，除爆破所赋予的初始动能外，基本不具有因滚动下落而产生的转化动能，其携带的冲击、破坏能量相对较小，更易于拦截防护。钢拦栅拦截方案一般选择设置在路基开挖高程或分台开挖的台阶面以下约2m处（若开挖路段下方边坡有较宽的平缓地形，则依托平缓地形带设置，以提高拦渣体的安全可靠性），实施多台阶钻爆破方案的边坡采用多道防护，即每一台阶开挖时均设置一道防护，待该台阶开挖完成后拆除并移到下一台阶安装，循环直至路段开挖施工全部结束。每次开挖完成后，须及时清除拦截的渣料，修复损坏组件以确保拦渣体在下次爆破时能正常发挥其功用。图3 爆破区外侧拦截方案示意图（2）边坡坡脚拦截省道S211复建公路标段工程明线施工段全长近2.5km，下方平行布置有原省道S211公路、电站枢纽的场内2号公路，车辆及行人往来频繁，基于安全防护需要，同时兼顾地形条件及节省投入等方面的考虑，施工期间还在上述道路内侧山坡坡脚部位设置了一道截渣槽，作为对相关工程设施的第二道防护。路基开挖作业期间，拦截的渣料到达截渣槽半高后及时清除，以保证其有效发挥截渣功用。截渣槽有两种结构布置型式：防护实施部位为土基时采用半挖半填结构，选择在坡脚合适位置开挖一条深度1.52m沟槽，并以开挖渣料在开挖沟槽外侧（临近防护对象侧）就地填堆（高度11.5m），形成有效截渣高度2.53m的截渣槽；防护部位为岩基时全部采用填堆方式设置，填堆渣料取自场内其它部位的开挖料，填堆高度22.5m，对于场地不足或有其它要求的防护部位，用钢筋石笼代替填渣料设置截渣槽，钢筋石笼采用22钢筋制作，安装时连成整体。6、个体设施防护方案对于混凝土拌和站、变压器等较重要设施，在沿线施作坡顶及坡脚一般性防护的基础上，还根据边坡滚石的可能性及距爆破区远近条件，专门施作了滚石及飞石措施。（1）滚石防护方案在完成钢拦栅及截渣墙两道防护的前提下，设施面向爆破区侧还做了本项目特别防护，防护体采用6080cm的 “L”型等厚体钢筋混凝土墙结构，混凝土强度C20，底座宽34m、墙高35m（结合上方边坡的自然坡角、坡长及防护对象等择取适合高度），长度根据防护范围需要及滚石来向的计算角度（现场按45计算）确定，防护墙结构见下图所示。除需保留的必要压重渣料外，每次爆破作业完成后滚落的多余渣料均及时清除，保证下次爆破作业时有足够的拦渣空间。图4 重要设施滚石防护方案示意图（2）飞石防护方案对于如变压器、厂房等重要设施而言，除边坡滚石防护外，爆破飞石的防护也是不容忽视的一个重要方面，现场针对体积较小、且离爆破区相对较远的重要设施设置，还采用了钢隔离结构进行防护，隔离防护结构简图见5所示，主要采用钢架子管搭建隔离排架，并在排架顶部及面向爆破方向侧满铺、固定两层5cm厚的竹条板作为防护体，防护体离保护对象的安全距离根据有关安全要求确定，且不小于100cm。图5 重要设施飞石防护方案示意图7、效果及评价S211复建公路标明线段路基主体开挖施工时段长达13个月，期间，针对现场的实际地形地质条件，结合需要保护/防护设施的重要程度，施工单位分别采用了主（被）动网防护、钢栏栅防护、钢筋石笼防护、混凝土墙防及钢隔离排架等多种方案施作单独或联合防护，防护设施累计投入900余万元、回收价值约200万元。自实施控制及防护方案起至工程完建，公路明线施工区下方邻近布置的交通公路、施工生活、生产设施未发生因爆破飞石、边坡滚石造成的