浅议隘口水库与国道零距离的石料场开采施工与安全防护

2021-08-18孙洪涛庞三余

陕西水利 2021年7期

孙洪涛，庞三余

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001)

1 概述

隘口水库工程主要由高86.2 m的沥青混凝土心墙堆石坝、宽16 m开敞式溢洪道、高55.10 m岸边斜卧式取水塔及引水隧洞等组成。根据招标文件要求，坝体填筑所需的各种石料及砂石加工厂生产混凝土所需的砂石骨料，均采自干洞石料场，共计石料开采量约200万m3。

由于料场紧临国道，既需满足国道通行的需要，又需满足大坝填筑高强度石料开采的需求，两者之间矛盾重重，给施工造成较大困难。其难点主要如下：

(1)G326国道为秀山至铜仁、怀化的主要交通通道，根据重庆市交通管制相关条令，国道限行最多不超过2 h。在如此零距离及高差的环境下进行石料开采，若有大量石渣滚落致使国道交通中断，限行2 h清理、排险时间明显不足。

(2)料场开采范围较广、高差较大，开采需求量较大，特别是坝体填筑高峰期，月填筑强度超过30万m3，日填筑量即需达1万多方，施工期间料场大规模开采与国道通行间存在较大的矛盾。

2 石料场开采规划及主要施工方法

2.1 石料场开采规划

石料场开采方案的选择是保护国道通行的重点，主要目的是为了控制爆渣大量滚落国道，阻塞交通。施工中基于开采量的需求和国道防护的需要，采取在临国道侧设置预留岩体防护带，在预留岩体防护下进行石料开采。

为此将干洞料场规划为四个区开采：预留岩体Ⅰ区、预留岩体Ⅱ区、石料开采Ⅰ区、石料开采Ⅱ区。石料开采Ⅰ区、Ⅱ区为主爆区，为在预留岩体Ⅰ区、Ⅱ区保护下进行开采。预留岩体Ⅰ区相对为Ⅱ区的主爆区，为在预留岩体Ⅱ区保护下对预留岩体带先行“瘦身”后，再采取松动爆破的方式进行预留岩体Ⅱ区的分层挖除。

预留岩体Ⅰ区采用深孔梯段预裂爆破方式，梯段高度约6 m，每层预留高约6 m、顶宽约3.5 m、1∶0.3边坡的岩体防护墙；预留岩体Ⅱ区为预留岩体防护带临国道外侧开采区，采用浅孔台阶控制爆破方式爆除，分为3 m一个台阶，两层爆至与预留Ⅰ区先行开采面相平；石料开采Ⅰ区采用深孔梯段爆破方式开采，梯段高度约12 m；石料开采Ⅱ区采用深孔梯段+预裂爆破方式开采，梯段高度约10 m～12 m，每层设1∶0.3永久性边坡，宽约1.5 m马道。具体料场分区开采见干洞料场开采规划示意图1。

图1 干洞料场开采规划示意图

2.2 预留岩体Ⅰ区施工

预留岩体Ⅰ区为石料主开采Ⅰ区爆破时的防护体，为预留岩体带的主体部分，其开采爆破在预留岩体Ⅱ区的保护下进行。施工时同样考虑深孔梯段爆破的方式，但需控制其爆破规模，开采梯段按6 m高设置，是整体爆除预留岩体带的第一步。

预留岩体Ⅰ区开挖时，为减小深孔台阶梯段爆破对临国道边坡上危石、孤石震动影响，开挖边线距国道边坡最小距离控制在1倍抵抗线约3.5 m左右，也即后续预留岩体Ⅱ区防护体台阶顶宽约为3.5 m；同时临国道侧采取预裂爆破的方式减震。预留岩体Ⅰ区梯段爆破高度6 m，临施工作业区坡比按1∶0.3预留。该部分施工主要采用高风压液压钻孔造孔(孔径为115 mm、垂直孔)，预裂孔采用潜孔钻100 B造孔(钻孔角度约73°)，底盘抵抗线W约为30 d，取3.5 m。预裂孔采用导爆索间隔不耦合装药，孔内用黄泥或细沙做部分回填堵塞，在主爆孔之前起爆。

2.3 预留岩体Ⅱ区施工

预留岩体Ⅱ区分为两部分：一部分为山体顶部山脊部分的开挖，另一部分为预留岩体带临近边坡部分的开挖(即预留岩体Ⅰ区开挖后剩余部分)。两部分开挖采取的方式相同，均采取松动爆破的方式，爆破参数亦相同。

由于预留岩体Ⅱ区为山体顶部及为临国道侧边坡的开挖，工作面较小，无法采用大型机械作业，只能采用YT-28手风钻造孔，浅孔台阶爆破法开挖，每层台阶高度设定为3 m。即预留岩体Ⅰ区开挖后，分两层完成预留岩体Ⅱ区的开挖。同样的，石料开采Ⅰ区一个梯段开挖完成后，预留岩体Ⅰ区分两层、预留岩体Ⅱ区分四层完成相应开采作业面以上部分的预留岩体带。

预留岩体Ⅱ区开挖时，在水平面上布置2排垂直钻孔或顺岩层走向的倾斜孔，梅花型布孔；另在背326国道侧倾斜自由面上布置一排斜孔，以控制岩体向爆破施工作业方向崩落。

分层预留岩体拆除后需用反铲倒运大块石至距边坡较远的施工作业面后再进行统一解爆处理。该区预留岩体拆除爆破参数设计见表1。

表1 干洞石料场预留岩体Ⅱ区浅孔台阶松动爆破参数表

飞石安全距离：RF=40 d/2.54，其中RF为个别飞石安全距离，d为孔径42 mm，代用式中RF=40×4.2/2.54=66 m。

爆破震动安全距离：

R震=KaQ1/3

式中：R震为爆破震动对建筑物安全距离m；K为建筑物基础土壤系数，回填土壤取15；a为爆破作用系数，微量装药取1.2。

经计算，一次起爆药量产生的爆破震动对建筑物安全距离见表2。

表2 一次起爆药量产生的爆破震动对建筑物安全距离表

2.4 石料开采Ⅰ区施工

石料开采Ⅰ区为在预留岩体带保护下的主开采区。该区在料场顶部山脊开采完毕，并形成较为宽阔的工作面后，在规划的预留岩体带进行开采。施工中主要控制好钻孔方向、布孔排向、间排距等，以控制爆渣向背离国道侧崩落。开采方法为深孔梯段爆破，台阶高度设置为12 m，可不考虑预裂爆破。其主要爆破参数见表3。

表3 干洞石料场石料开采Ⅰ区主爆孔参数表

2.5 石料开采Ⅱ区施工

石料开采Ⅱ区为石料场开采至550 m高程后，需形成永久边坡时的料场主开采区。此间，永久边坡以外部分山体即可作为开采区的防护带，钻爆开挖时按照石料开采Ⅰ区的钻爆参数进行。考虑其永久边坡的成型即对国道边坡的震动，石料开采时采取预裂爆破技术，其预裂爆破参数见表4。

表4 干洞石料场石料开采Ⅱ区预裂爆破参数表

3 临国道边坡安全防护

干洞料场的开采最大的危险因素主要在于开采施工对其下方326国道人员及车辆通行所造成的威胁。经认真分析开采施工作业过程，危及下方国道通行的情况大致可分为两种：一是石方爆破过程中所造成的飞石及危石滚落；二是爆破后至下次实施爆破前，机械开采装料过程中所造成的石块顺山坡滚落。针对这两种危险因素，需分别从控制爆破石料抛掷方向及爆破参数方面和加强临国道侧边坡安全防护方面，共同进行防护。

石料场开采防爆破飞石、滚石除采取预留岩体防护带外，对临国道侧边坡主要采取多级防护带的方式进行坡面滚石防护。边坡防护带主要采用三种形式：一是袋装土垒防护埂防护，二是木栏防护，三是钢网简易被动防护。具体如下：

(1)EL595 m～EL630 m间边坡林木稀少，每隔6 m高差采用袋装土垒防护埂动态防护，埂高2.0 m、埂宽1.0 m，随开挖高程的下降而随之撤除。

(2)EL550 m～EL595 m间边坡因地制宜，选择山坡上已有的树木，将相邻两棵树桩间用钢管进行连结形成横栏，防护栏间按垂直高差20 m设置。横栏防护高1.8 m，第一道横栏离地面控制在20 cm左右，横栏间距按0.4 m～0.6 m设置，两棵树桩的间距控制在3 m左右。木栏防护骨架形成后，在横栏上绑护竹架排。对于林木稀疏区域仍采用袋装土垒防护埂防护。

(3)在距国道垂直高度约15 m左右，相对较缓的坡面处设置由钢柱、钢筋网、拉锚系统组成被动钢网防护。其底部采用Φ25@4000 mm锚杆固定，锚杆入岩2.0 m，上部用Φ108钢管做钢柱，L=4 m。底部与钢柱之间采用钢板螺栓连接；钢筋网采用Φ6.5@200 mm×200 mm制作，拉锚系统由固定锚杆(Ф25，L=2 m)及拉锚绳(Ф10钢丝绳)组成。

4 G326国道的防护

4.1 限制通行

由于爆破飞石难以控制，加之上部作业与下部高差较大，为确保国道行人及车辆的安全，除爆破期间相关人员、车辆撤离外，在边坡上部机械作业时，也需对下方车辆及行人实行限时通行的相关办法。

(1)料场开采爆破时间严格按照规定的时间进行，根据相关报审的爆破时间，中午11：30～12：30，下午17：30～18：30，而相应的开采警戒时间则控制在：中午11：00～13：00，下午17：00～19：00，期间将采取限制通行的办法。爆破后，边坡危石清除完毕，确保安全后方能恢复通行。

(2)爆破机械清渣期间，为确保下方国道行人、车辆的安全，采取限时通行的办法，自机械清渣开始实施警戒2 h，并尽可能避开早上、中午、下午学生放学的集中通行时间。

4.2 国道安全防护棚

在干洞料场下方国道上方约200 m范围内搭设封闭式安全防护钢棚。防护棚底部基础采用在原路面两侧基础上浇筑C25混凝土墩，两侧混凝土墩之间净距6.7 m，纵向混凝土墩间距为5 m；并采用φ325钢管做立柱，钢管立柱底部与混凝土墩之间采用钢板及φ22插筋焊接，顶部采用钢板焊接，并与顶部I28工字钢焊接；临干洞料场边坡一侧采用竹架排及φ50钢管搭设网面；安全防护棚顶部采用I28b、I14工字钢作骨架，上铺竹架排。为便于安全防护棚的维护，I28b工字钢、I14工字钢、竹架排彼此之间采用铅丝绑扎。同时，在防护通道两段设警示、警告标志牌，提醒过往行人及施工人员注意安全，在爆破作业时禁止通行。