淺談靜態(tài)爆破在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用

＊黃駿宇 鄧焰平 黎識敏

（廣東省有色地質(zhì)勘查院 廣東 510030）

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程建設(shè)數(shù)量及規(guī)模也逐漸擴大，這些工程建設(shè)在施工過程中不可避免地對生態(tài)環(huán)境造成不同程度的破壞，因此人為因素造成的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象也變得十分普遍。據(jù)統(tǒng)計，我國在2009年至2019年間共有133899起地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，其類型主要為滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷[1]，而我國每年因地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡及經(jīng)濟損失亦排在世界前列，可見進行地質(zhì)災(zāi)害治理已成為我國每年防災(zāi)減災(zāi)工作的重中之重[2-3]。而在治理施工條件困難的危巖體上，采用炸藥爆破、底部加固等措施明顯不可取的條件下，靜態(tài)爆破這種技術(shù)手段應(yīng)引起我們的注意。

1.靜態(tài)爆破的原理及特點

(1)原理

與炸藥爆破的機理不同，靜態(tài)爆破是利用破碎劑與水發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的固態(tài)晶體由立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)三方偏三角面體的過程中體積變大，這樣以一定配比的破碎劑和水混合后裝入鉆孔內(nèi)，反應(yīng)后的靜力破碎劑體積膨脹，對孔壁施加巨大的膨脹壓力，當(dāng)膨脹壓力大于巖石等脆性物體的極限強度時，脆性物體發(fā)生龜裂，隨著靜力破碎劑的體積不斷增大，裂紋逐漸加深，直至巖體破碎。

(2)特點

炸藥爆破是通過爆轟波和爆轟氣體的作用將巖體破碎，產(chǎn)生的振動、噪聲、粉塵及飛石等對周邊環(huán)境造成污染和破壞。而靜態(tài)爆破的實質(zhì)是將一定配比的破碎劑和水混合后裝入鉆孔，依靠其膨脹力使巖體產(chǎn)生龜裂，最后經(jīng)人工清理可實現(xiàn)清除危巖體的目的?？梢?，靜態(tài)爆破具有無振動、無污染、無飛石等特點，尤其是靜力破碎劑主要是以氧化鈣為主的無機化合物，為非爆炸危險品，便于運輸、保管和使用，購買方便。

2.實例應(yīng)用

(1)工程概況

廣東省汕尾市東涌鎮(zhèn)新湖村伯公坳危巖位于汕尾大道左側(cè)自然斜坡上，中心地理坐標為東經(jīng)115°22′23.45″、北緯22°49′22.95″。斜坡分布高程121.0～19.4m，最大高差101.6m，斜坡坡度40～55°，局部較陡，斜坡下部高程20.0～47.0m范圍內(nèi)為早期人工開挖形成的邊坡，現(xiàn)已分三級坡采用“擋墻+格構(gòu)+截排水溝”的方式護坡，現(xiàn)狀坡面未見有變形跡象。該工程治理對象為位于斜坡中上部的兩處危巖體（見圖1），威脅坡腳汕尾大道過往車輛及行人，潛在經(jīng)濟損失約50萬元。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，危巖體巖性為中風(fēng)化黑云母粗?；◢弾r，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)育多組利于巖體剝落的裂隙。其中危巖1根部大部分已脫離母巖，危巖2根部埋深較淺，且均分布于坡度約45°以上凹凸起伏的陡峭斜坡處。

圖1 伯公坳危巖體分布圖

汕尾市地處南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，降雨充沛，多集中在每年4-9月的汛期，在強降雨等極端惡劣氣候條件下，斜坡上的危巖體極易發(fā)生向下崩落現(xiàn)象，嚴重威脅坡腳汕尾大道過往車輛及行人的安全。

(2)危巖滾落軌跡及能量分析

因斜坡坡面凹凸不平和危巖自身形狀的多樣性，導(dǎo)致其向下滾落的軌跡呈多樣性，主要有平（斜）拋運動或滾動等形式。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，根據(jù)概率理論最大期望值，使用Rockfall軟件模擬預(yù)測該斜坡上兩處危巖體向下滾落的路徑、停積位置、回彈高度以及能量大小等特征（見圖2），坡腳為汕尾大道。

圖2 危巖體滾落軌跡示意圖

由結(jié)果可知，危巖體開始基本沿坡面向下滾動，到三級邊坡坡頂平臺處多數(shù)軌跡開始以跳躍式滾動為主，落石大多滾落在坡腳至路線中心，且隨著落石滾落路徑和高差的增大，落石沖積能量也隨之增大，對坡腳汕尾大道上過往車輛及行人生命財產(chǎn)安全造成的威脅進一步增大。由于汕尾大道為汕尾市民出行的主要干道，日常車流量大，一旦發(fā)生危巖體失穩(wěn)向下滾落，將嚴重威脅過往車輛及行人的生命財產(chǎn)安全，急需治理。

根據(jù)落石的體積、重量、滾落的高度以及滾動時的能量損失計算落石在三級邊坡坡頂平臺處跳躍前沖擊能量（見表1）。

表1 危巖體數(shù)值模擬計算參數(shù)及三級邊坡平臺處最大沖擊能量

經(jīng)計算，不同尺寸的落石最大沖擊能量的范圍為4173～22805kJ，沖擊能量較大，為防止施工時發(fā)生部分危巖向下滾落，建議在三級邊坡坡頂平臺處設(shè)置被動防護網(wǎng)，被動防護網(wǎng)設(shè)計高度建議不低于1.8m。

(3)治理方案的選取

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，危巖出露于斜坡坡度較陡處且其臨空面較多，顯然采用加固處理方式施工難度大且無法保證危巖的穩(wěn)定。唯有爆破消除危巖隱患，若采用炸藥爆破則會產(chǎn)生大量的飛石向下滾落，嚴重威脅坡腳道路及過往車輛和行人安全，另采用炸藥爆破所產(chǎn)生的振動會嚴重影響現(xiàn)狀斜坡的穩(wěn)定，會造成二次危害，可見炸藥爆破清除危巖已不合適。綜上，認為靜態(tài)爆破清除的方案最適合該地質(zhì)災(zāi)害隱患點的治理。

(4)靜態(tài)爆破施工

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，危巖體臨空面較多，為方便鉆孔施工，必須在每塊危巖體的周圍搭設(shè)腳手架用作臨時施工平臺?？傮w上施工順序如下：臨時施工便道施工→設(shè)計布孔→鉆孔施工→制作靜力破碎劑→裝入破碎劑→破碎錘破碎→清渣→進入下一循環(huán)施工，該施工順序可根據(jù)實際情況交叉進行。

根據(jù)危巖體的特點，為確保鉆孔同時落在一個平面上，應(yīng)在每塊危巖上放出鉆孔施工控制參照線。靜態(tài)爆破所需材料主要為：藥劑、潔凈拌和水、盛水桶、拌和盤和水瓢若干、防護鏡和橡膠手套若干。

①設(shè)計鉆孔：本工程要破碎的危巖體體積大，需要采用分步破碎的方法，一般鉆孔深度為目標破碎80%～90%，由此確定鉆孔深度按1.5m梯級進行控制。根據(jù)本工程的特點確定鉆孔孔距為40cm，排距50cm，鉆孔直徑4.0cm。鉆孔孔內(nèi)余渣應(yīng)用高壓風(fēng)吹掃干凈，孔口旁邊應(yīng)干凈無土石渣。②裝藥：在靜力破碎劑中加入22%～32%（重量比）左右的水拌成流質(zhì)狀態(tài)（糊狀），應(yīng)迅速倒入孔內(nèi)并確保破碎劑在孔內(nèi)處于密實狀態(tài)，同一排鉆孔應(yīng)同時進行裝填破碎劑，裝填好破碎劑后的鉆孔應(yīng)在孔口處蓋上舊麻袋，完成后所有人員應(yīng)迅速撤離現(xiàn)場，待破碎劑反應(yīng)時間超過兩個小時后方可進入現(xiàn)場觀察巖土破碎情況。③清理巖石：待靜力破碎劑完全反應(yīng)（一般為24h）膨脹后，采用人工清理的方式對破碎后的危巖進行清理，工具可選鎬錘配合鋼釬。

3.安全措施及注意事項

（1）施工過程中，管理人員和施工人員應(yīng)不斷巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時整改處理，嚴格做好安全監(jiān)護工作。（2）破碎劑與水拌和后，溫度會迅速升高且具有腐蝕性，為防止藥劑濺到皮膚或眼睛，施工人員必須佩戴手套和防護眼鏡。（3）在破碎劑灌入鉆孔后，不可將面部直接近距離面對已裝藥的鉆孔。藥劑灌裝完成后，蓋上舊麻袋或棕墊，相關(guān)人員遠離施工現(xiàn)場。此外施工現(xiàn)場應(yīng)專門備好清水和毛巾，沖孔時如藥劑濺入眼內(nèi)和皮膚上，應(yīng)立即用清水沖洗。情況嚴重者立即送醫(yī)院清洗治療。

4.結(jié)論

靜態(tài)爆破技術(shù)具有無振動、無飛石、方便購買以及操作簡單安全可控的特點，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害防治中，尤其是對安全要求較高、施工難度大、不適用加固處理的危巖防治中。很大程度上解決了該項目在治理過程中因外界因素不能使用炸藥爆破的難題。與此同時，我們也應(yīng)該認識到靜態(tài)爆破的局限性，對于大體積、抗拉強度高的危巖處理中，靜態(tài)爆破無法一次性完成爆破，這時炸藥爆破更為適宜，因此，靜態(tài)爆破技術(shù)的使用應(yīng)根據(jù)具體工程實際來決定，顯然靜態(tài)爆破技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用前景是非常光明的。