王永平  陶  然  杨享  渠张仕超
                                                            (武警水电第三总队，四川成都，610036)
摘要：芦山地震造成了震区多条生命通道损毁，在对芦山县城至宝盛乡的宝盛桥上两块特大孤石进行处理时，遇到了常规方式无法解决的困难，经过我部巧妙构思，采用“布设减振空孔，精确计算药量，分次实施爆破”等精细爆破关键技术，成功清除了特大孤石，并保证了桥体和周边基础设施的安全。本文的设计理念值得借鉴和推广。
关键词：芦山地震；特大孤石；抢险爆破
l  引言
四川“4．20”芦山特大地震导致保盛乡保盛桥两侧山体垮塌，两块特大孤石滚落至保盛桥桥面，造成芦山县城至震中宝盛乡生命线中断。两块特大孤石无法用设备移动，需解小后清除。解小时必须保证桥梁及周边设施的安全，若处置不当可能会造成石拱桥垮塌，严重影响抢险救援。武警水电第三总队临危受命，负责排除路障，清除桥面的两块特大孤石。部队工程专家根据任务性质，结合特大孤石的特性、周边环境和现场可以利用的设备及爆材情况，对可以采用的静态破碎、机械破碎、精细爆破等多种方案进行了分析比较，最后确定了采用精细爆破方案，对特大孤石实施爆破解小，在最短时间内打通了芦山县城至保盛乡的唯一通道，为救援赢得了宝贵时间，并保证了石拱桥及周边设施的安全。
2基本情况
2．1边坡滑塌情况
拱桥右岸桥头边坡受强震影响发生滑塌，原边坡山体高度约700～800m，滑塌的边坡高度55m，形成了滑塌高边坡，边坡走向与岩层走向垂直，边坡滑塌系岩体存在垂直岩层面的节理裂隙，卸荷过程中形成贯通性的结构面，与岩层层面组成了不稳定块体，在地震波作用下，边坡岩体沿岩层层面下滑，巨石朝前滚致桥面，截断了芦山县城至宝盛乡的唯一通道。滑塌边坡形成后，上面还有一块较大的危岩块体和其他不稳定的小块体(如图1所示)（略），在余震或者其他外界因素作用下，仍可能下滑，危及边坡下作业人员、设备及结构物的安全。
2．2桥梁受损情况
宝盛桥是1985年竣工投入使用的石拱桥。边坡滑塌后，滚动的巨石对路面、路基挡墙、桥面铺装面板造成了破坏(如图2所示)（略）。其中l号孤石位于右岸桥头桥墩边，长约6．5m，宽约5m，厚约3m，方量约97．5m³，重量约230t；2号孤石横卧在石拱桥右岸侧第三个副拱上，长约5．5m，宽约3．85m，厚度3．2m，方量约67．8m³，重量约160t。从下游观测到右岸侧第一个副拱拱圈以上部分被巨石砸垮，拱圈顶部有一条垂直缝，其余部分未见裂缝。从上游观测发现第一、三副拱圈均存在裂缝，从底部向上观察拱圈，发现第一、三副拱圈也存在裂缝且第一个拱圈有数条裂缝贯通拱圈。主拱完好，未发现裂缝。
2．3孤石岩体结构
孤石节理裂隙少，有少量微裂隙或者隐性裂隙，裂隙、微裂隙间距较大，一般在100cm左右，裂隙迹长一般为10～20cm，连续性较差。总体上看，孤石结构面相对较少，完整性好。根据孤石岩性特征及岩体结构，结合以往经验判断其抗压强度约为30～50MPa。
2．4周边基础设施分布
在宝盛桥对岸玉溪河上建有一座水电站，其主变压站位于厂房的下游侧，面向宝盛桥，距离约150m左右，在爆破安全范围之内。
在2号孤石上方约20～30m有1lOkV高压线和10kV农网电缆通过，还有通信光缆从桥侧穿过，孤石周边网线密集。
3特大孤石爆破的工程特点
(1)时间紧。宝盛桥是应急救援的唯一通道，为给抢救生命赢得宝贵时间，必须在最短时间内完成处置。
(2)难度大。孤石块度和质量大，工作面狭窄，无法直接采用机械清除。2号孤石所在拱桥位置下部有一巨石，如直接将2号孤石推至桥下，2号孤石将撞击桥下巨石，反弹后直接撞向主拱，会对拱桥造成损伤甚至破坏。因此只能采用爆破方式将孤石解小后再用机械设备清除。而拱桥已产生裂缝，一次性爆破单响药量大，易产生较大振动和飞石。如采用多次爆破，则会延长处置时间，对生命救援不利。
(3)基础设施保护要求高。孤石所在石拱桥、周边电缆及通信光缆、电站等需保护的基础设施较多，一旦破坏将造成小可估量的损失。特别是桥梁在地震中受损的情况没有通过专业机构鉴定，能承受的振动荷载小明，爆破作业风险极大。
(4)爆破作业手段相对有限。由于是应急抢险救援，时间紧迫，当时我部携带、寻找到的机械设备和物资有限，与平时爆破作业所具备的条件相比，有较大差距。现场可使用的钻爆设备和爆材主要有：液压潜孔钻l台、型号HCRl200-ED古河全液压钻机1台、YT-28手风钻2台、3m³油动空压机1台、瞬发电雷管、乳化炸药、电雷管起爆器等，没有分段非电雷管，如采购或协调，将大大延缓处置时间。
4特大孤石精细爆破关键技术
4．1精细的爆前准备
(1)查看和测量周边重要建筑物、构筑物和重要设备的距离、性状，评价其重要程度及与孤石爆破之间的关系。
(2)量测孤石的大小、位置、岩性、节理裂隙、强度等特征性质。
(3)进行精细爆破参数设计，并在钻孔、装药、堵塞等环节上精确控制。
(4)设计精细有效的减振和防止飞石的措施，降低爆破危害。
(5)设计有效的检测措施，评价爆破对桥梁及周边基础设施造成的损伤程度及影响范围，以判断爆破后桥梁是否安全，能否立即恢复交通。
4．2精细的爆破参数设计
由于现场没有分段非电雷管，只能采用瞬发电雷管起爆网路。经初步核算，1号孤石可一次爆破，2号孤石必须分两次爆破，先爆拱桥上游侧部分，后爆拱桥下游侧部分。主要参数如下：
(1)钻孔直径D。根据我部所携设备结合爆破需要，选定爆破孔钻孔直径为D=90mm。
(2)炸药单耗q。本次需爆破的巨石为弱风化砾岩，根据以往爆破经验，1号特大块石拟定单耗q=0.1kg/m³；2号特大块石拟定单耗q=0.07kg／m³。
(3)装药直径d。现场仅有乳化炸药，其直径为d=32mm。
(4)钻孔倾角a。为便于施工，钻孔角度应根据钻机所能到达的位置尽量钻垂直孔。
(5)钻孔深度L。L钻孔处孤石厚度的2／3(m)，因孤石不规则，应对每一个孔位进行量测，经计算后控制钻孔深度。
(6)钻孔间距a。l号孤石，a=2．Om，排距b=1．6m；2号孤石，a=2．Om，排距b=1．5m。
(7)单孔装药量Q。Q=qabL(kg)，计算结果见表1。

                          
(8)堵塞长度L₀。一般浅孔爆破L₀。=(8～12)D，本次堵塞长度确定为：1号孤石L₀=(1．0～1．4)m，2号孤石L₀=0．75m。
(9)装药长度L₁。L₁=L-L₀(m)。
4．3精细的减振及飞石控制措施
  4．3．1  减振措施
爆破振动控制对桥梁的保护至关重要，同时对防治边坡危石振塌也是非常必要的。根据现场测定，最需要保护的是石拱桥的主拱圈，只要主拱圈不损伤，桥梁的运行就能保证。
(1)设置减振孔。在2号孤石与桥面接触部位以上与炮孔底部之间采用手风钻打水平减振孔，减振孔共设置两排，间距均为25cm，排距50cm，孔径38cm，梅花形布置，根据以往经验及惠峰等著的《空孔对爆破地震波减震作用的数值模拟分析》，这种减振措施可降低振动率50％。
(2)降低最大单响药量。采取多打孔、少装药、分次爆等手段，严格控制单孔药量。1号孤石靠近山体，其底部为碎石土，具有良好的减振效果，孤石距离拱桥主拱距离较远(约30m)，经初步核算可采用一次装药起爆。2号孤石位于拱桥之上，其底部局部直接与桥面接触，且其距离拱桥主拱较近(约8m)，经初步核算必须分两次爆破，以降低最大单响药量，减小爆破振动。
(3)尽量减少孤石与桥面的接触面积，将其底部的小石块、石渣等尽可能多地掏除。
(4)在孔底预装空矿泉水瓶和采取不耦合装药，延长爆破地震波的传播时间，降低质点爆破振动速度。
  4．3．2飞石控制措施
(1)精细设计，钻爆过程严格检查验收。装药前认真校核各药包的最小抵抗线，如有变化，必须修正装药量，不得超装药量。
(2)控制飞石方向。由于可能受飞石损害的被保护物集中在拱桥下游侧，孤石右侧为已滑塌山体，左侧为拱桥，上游侧为河道，因此应将飞石方向集中向拱桥上游侧，即爆破每一排孔的最小抵抗线方向应朝向拱桥上游侧。
(3)采用不耦合装药，可以起到控制飞石的作用。
(4)加强堵塞，收集抢险现场附近的半干黏土分层装填捣实，确保堵塞质量。
4．4爆破检测措施
由于属于应急救援抢险，来不及组织检测仪器，爆破振动评价只能采用简易便捷措施，参照类似结构物的抗振动情况来确定爆破振动的损伤程度。主要采取如下措施：
(1)采用泥石结合的方式来简易判定。在2号特大块石进行爆破前，在桥上不同部位敷上泥土，按照距离爆破点5m，lOm，15m，20m，30m，共计布置5个点，爆破后根据泥土脱落情况来判断桥梁的振动受伤程度。
(2)对于分拱圈已开裂的小裂缝，爆破前在裂缝处贴上一张薄湿纸，爆破后根据纸张拉裂情况来判断桥梁的振动受伤程度。
5爆破效果评价
5．1爆破振动和飞石情况
爆破后对主拱圈检查发现，距离爆破点5m处的泥土脱落，其余保存完好，说明超过5m距离，爆破振动很小，而石拱桥主拱圈在爆破点8m，因此可以判断，爆破对主拱圈的影响很小，没有形成大的振动。对副拱圈检查发现，湿纸没有裂开，裂缝仍维持原来的张开度，说明爆破对桥梁未造成损伤，爆破控制成功。
另外，边坡危岩体无石块滑落，也没有形成新的滑塌，如图3所示。（略）
经检查，飞石绝大部分朝向拱桥上游，未对高压线、光缆造成破坏或损伤，也未对发电厂房产生飞石损伤。
5．1爆破处置时间评价
l号特大孤石一次性爆破，爆破从钻孔、清孔检查孔、装药、堵塞、联网、警戒、排危到解除警戒戒，一共用时2．0h；2号孤石爆破分成2次，用时2．5h。两块大孤石爆破后完全解小，用装载机便可轻松装车，清理路面用时仅1．Oh，从钻孔到清理完路面共用时5．5h，比预计时间快，达到了及时快速抢通的目的，为生命抢救赢得了宝贵的时间。
6结语
针对“4．20”芦山强震造成的宝盛乡桥面特大孤石的排障外围环境复杂、时间要求紧迫、目标保护要求高的特点，灵活应用减振孔、孔底柔性垫层、定向控制飞石等措施，采用“精细爆破”处置方案，取得了较好的处置效果。爆破实施快速，用时短，为抢险救援赢得了时间。
参考文献
[1]谢先启，卢文波．精细爆破[C]／／中国爆破新技术Ⅱ．北京：冶金工业出版社，2008．
[2]惠峰，等．空孔对爆破地震波减震作用的数值模拟分析[J]．爆破，2012(04)：62～65，120．
[3]汪旭光．爆破安全规程实施手册[M]．北京：人民交通出版社，2010．
摘自《中国爆破新进展》