浅谈静态爆破在地质灾害防治中的应用

＊黄骏宇 邓焰平 黎识敏

（广东省有色地质勘查院 广东 510030）

近年来，随着我国经济的快速发展，工程建设数量及规模也逐渐扩大，这些工程建设在施工过程中不可避免地对生态环境造成不同程度的破坏，因此人为因素造成的地质灾害现象也变得十分普遍。据统计，我国在2009年至2019年间共有133899起地质灾害发生，其类型主要为滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷[1]，而我国每年因地质灾害造成的人员伤亡及经济损失亦排在世界前列，可见进行地质灾害治理已成为我国每年防灾减灾工作的重中之重[2-3]。而在治理施工条件困难的危岩体上，采用炸药爆破、底部加固等措施明显不可取的条件下，静态爆破这种技术手段应引起我们的注意。

1.静态爆破的原理及特点

(1)原理

与炸药爆破的机理不同，静态爆破是利用破碎剂与水发生缓慢的化学反应，产生的固态晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面体的过程中体积变大，这样以一定配比的破碎剂和水混合后装入钻孔内，反应后的静力破碎剂体积膨胀，对孔壁施加巨大的膨胀压力，当膨胀压力大于岩石等脆性物体的极限强度时，脆性物体发生龟裂，随着静力破碎剂的体积不断增大，裂纹逐渐加深，直至岩体破碎。

(2)特点

炸药爆破是通过爆轰波和爆轰气体的作用将岩体破碎，产生的振动、噪声、粉尘及飞石等对周边环境造成污染和破坏。而静态爆破的实质是将一定配比的破碎剂和水混合后装入钻孔，依靠其膨胀力使岩体产生龟裂，最后经人工清理可实现清除危岩体的目的。可见，静态爆破具有无振动、无污染、无飞石等特点，尤其是静力破碎剂主要是以氧化钙为主的无机化合物，为非爆炸危险品，便于运输、保管和使用，购买方便。

2.实例应用

(1)工程概况

广东省汕尾市东涌镇新湖村伯公坳危岩位于汕尾大道左侧自然斜坡上，中心地理坐标为东经115°22′23.45″、北纬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°，局部较陡，斜坡下部高程20.0～47.0m范围内为早期人工开挖形成的边坡，现已分三级坡采用“挡墙+格构+截排水沟”的方式护坡，现状坡面未见有变形迹象。该工程治理对象为位于斜坡中上部的两处危岩体（见图1），威胁坡脚汕尾大道过往车辆及行人，潜在经济损失约50万元。经现场调查，危岩体岩性为中风化黑云母粗粒花岗岩，岩体节理裂隙发育，发育多组利于岩体剥落的裂隙。其中危岩1根部大部分已脱离母岩，危岩2根部埋深较浅，且均分布于坡度约45°以上凹凸起伏的陡峭斜坡处。

图1 伯公坳危岩体分布图

汕尾市地处南亚热带海洋性季风气候区，降雨充沛，多集中在每年4-9月的汛期，在强降雨等极端恶劣气候条件下，斜坡上的危岩体极易发生向下崩落现象，严重威胁坡脚汕尾大道过往车辆及行人的安全。

(2)危岩滚落轨迹及能量分析

因斜坡坡面凹凸不平和危岩自身形状的多样性，导致其向下滚落的轨迹呈多样性，主要有平（斜）抛运动或滚动等形式。结合现场实际情况，根据概率理论最大期望值，使用Rockfall软件模拟预测该斜坡上两处危岩体向下滚落的路径、停积位置、回弹高度以及能量大小等特征（见图2），坡脚为汕尾大道。

图2 危岩体滚落轨迹示意图

由结果可知，危岩体开始基本沿坡面向下滚动，到三级边坡坡顶平台处多数轨迹开始以跳跃式滚动为主，落石大多滚落在坡脚至路线中心，且随着落石滚落路径和高差的增大，落石冲积能量也随之增大，对坡脚汕尾大道上过往车辆及行人生命财产安全造成的威胁进一步增大。由于汕尾大道为汕尾市民出行的主要干道，日常车流量大，一旦发生危岩体失稳向下滚落，将严重威胁过往车辆及行人的生命财产安全，急需治理。

根据落石的体积、重量、滚落的高度以及滚动时的能量损失计算落石在三级边坡坡顶平台处跳跃前冲击能量（见表1）。

表1 危岩体数值模拟计算参数及三级边坡平台处最大冲击能量

经计算，不同尺寸的落石最大冲击能量的范围为4173～22805kJ，冲击能量较大，为防止施工时发生部分危岩向下滚落，建议在三级边坡坡顶平台处设置被动防护网，被动防护网设计高度建议不低于1.8m。

(3)治理方案的选取

结合现场实际情况，危岩出露于斜坡坡度较陡处且其临空面较多，显然采用加固处理方式施工难度大且无法保证危岩的稳定。唯有爆破消除危岩隐患，若采用炸药爆破则会产生大量的飞石向下滚落，严重威胁坡脚道路及过往车辆和行人安全，另采用炸药爆破所产生的振动会严重影响现状斜坡的稳定，会造成二次危害，可见炸药爆破清除危岩已不合适。综上，认为静态爆破清除的方案最适合该地质灾害隐患点的治理。

(4)静态爆破施工

根据现场实际情况，危岩体临空面较多，为方便钻孔施工，必须在每块危岩体的周围搭设脚手架用作临时施工平台。总体上施工顺序如下：临时施工便道施工→设计布孔→钻孔施工→制作静力破碎剂→装入破碎剂→破碎锤破碎→清渣→进入下一循环施工，该施工顺序可根据实际情况交叉进行。

根据危岩体的特点，为确保钻孔同时落在一个平面上，应在每块危岩上放出钻孔施工控制参照线。静态爆破所需材料主要为：药剂、洁净拌和水、盛水桶、拌和盘和水瓢若干、防护镜和橡胶手套若干。

①设计钻孔：本工程要破碎的危岩体体积大，需要采用分步破碎的方法，一般钻孔深度为目标破碎80%～90%，由此确定钻孔深度按1.5m梯级进行控制。根据本工程的特点确定钻孔孔距为40cm，排距50cm，钻孔直径4.0cm。钻孔孔内余渣应用高压风吹扫干净，孔口旁边应干净无土石渣。②装药：在静力破碎剂中加入22%～32%（重量比）左右的水拌成流质状态（糊状），应迅速倒入孔内并确保破碎剂在孔内处于密实状态，同一排钻孔应同时进行装填破碎剂，装填好破碎剂后的钻孔应在孔口处盖上旧麻袋，完成后所有人员应迅速撤离现场，待破碎剂反应时间超过两个小时后方可进入现场观察岩土破碎情况。③清理岩石：待静力破碎剂完全反应（一般为24h）膨胀后，采用人工清理的方式对破碎后的危岩进行清理，工具可选镐锤配合钢钎。

3.安全措施及注意事项

（1）施工过程中，管理人员和施工人员应不断巡查，发现问题及时整改处理，严格做好安全监护工作。（2）破碎剂与水拌和后，温度会迅速升高且具有腐蚀性，为防止药剂溅到皮肤或眼睛，施工人员必须佩戴手套和防护眼镜。（3）在破碎剂灌入钻孔后，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上旧麻袋或棕垫，相关人员远离施工现场。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂溅入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。情况严重者立即送医院清洗治疗。

4.结论

静态爆破技术具有无振动、无飞石、方便购买以及操作简单安全可控的特点，可广泛应用于地质灾害防治中，尤其是对安全要求较高、施工难度大、不适用加固处理的危岩防治中。很大程度上解决了该项目在治理过程中因外界因素不能使用炸药爆破的难题。与此同时，我们也应该认识到静态爆破的局限性，对于大体积、抗拉强度高的危岩处理中，静态爆破无法一次性完成爆破，这时炸药爆破更为适宜，因此，静态爆破技术的使用应根据具体工程实际来决定，显然静态爆破技术在地质灾害防治中的应用前景是非常光明的。