浅谈我国高陡边坡爆破及防护治理技术的发展历程

浅谈我国高陡边坡爆破及防护治理技术的发展历程

王存成1 ,汪屾2

（1.中国水利水电第四工程局有限公司，成都，610000；

2.中国水利水电第四工程局有限公司，成都，610000）

摘  要：我国高陡边坡开挖技术发展于国内工业炸药、导爆器材、施工设备性能不断创新提升一脉相承，与现代国家积极主导的科学安全发展、以人为本的工程建设理念进步不谋而合。高陡边坡开挖施工技术随着国内大型工程项目不断创新研究、实践总结及应用推广，逐渐向机械化、自动化、智能化等方向发展。本文通过对我国高陡边坡爆破及防护治理技术发展历程进行回顾及展望，对推动高陡边坡施工技术标准化发展提供依据。

关键词：高陡边坡    爆破     防护治理    技术   发展历程

1 引言

边坡是工程建设中常见的工程形式，按照高度可分为一般边坡、高边坡及特高边坡。高边坡指土质边坡高度20m~100m或者岩质边坡高度大于30m~100m。自21世纪以来，随着国家工程机械设备性能的提升、施工材料性能的改善、以人为本建设理念的进步，通过小湾、龙滩、溪洛渡、锦屏、黄登、江坪河、白鹤滩、乌东德、两河口等大型及特大型水电枢纽等工程项目不断实践创新研究总结及应用推广，高边坡及特高边坡安全快速技术发展迅猛，逐渐向机械化、自动化、智能化、安全及标准化等方向发展。

2 高陡边坡特性

自然高陡边坡为常见地形、地貌，常见分布于大江、大河或峡谷两侧，一般具有坡陡、地险、岩体卸荷严重，剪切裂隙及地下水发育、地质构造及水文条件复杂，周边常见规模不等的崩积体、堆积体、变形破裂松动体、危岩体等地质特性[1]。人工高陡边坡依附于自然高陡边坡的大型建筑物，具有结构复杂、地应力量值高、变形破坏过程复杂，边坡稳定主要受岩体内大量的各种尺度的裂隙及软弱结构面等岩体结构控制，边坡开挖稳定性问题突出的特性。高陡边坡治理及施工均具有受环境影响大、多工序同步施工、工序联系紧密、施工干扰大、施工效率低、干扰因素多、施工安全风险大、质点振动及爆破质量控制要求高[2}的特点。工程建设过程中边坡开挖及支护高效施工往往对工程节点及管控目标产生重大影响，是一项重大技术难题。

3 我国工业爆破发展及应用历程

3.1 工业爆破炸药应用历程

60年代以前我国最早广泛使用的工业炸药是铵梯炸药。60年初期随着铵油炸药研发成功及生产能力提升，70年代开始铵油炸药的推广使用；80年初期随着乳化炸药的研发成功及生产能力提升，90年代中期开始乳化炸药的推广使用[3]；2008年6月份以后铵梯炸药全国范围内停止使用，我国工业爆破主要以铵油、乳化炸药为主；2014年以来，二氧化碳气体爆破、水压爆破、聚能爆破、液压机械劈裂等技术发展迅猛，且新的爆破开挖技术规模化应用逐渐展开；2022年《“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划》继续压减包装型工业炸药许可产能，稳步提升企业现场混装炸药许可产能占比的要求，工业爆破混装炸药将成为今后工业爆破的新趋势。

3.2 导爆破器材应用历程

90年代以前我国爆破导爆器材主要以导火索、火雷管为主，基本不能实现延时精准爆破；随着60年代中期国产装配式毫秒电雷管的初级产品研究成功，经过30多年的不断创新，90年中期我国的毫秒延期电雷管才真正趋于成熟并开始进入起爆器材市场[3]，并随着三峡水电站等大批大型国家重点基础建设工程的不断实践创新，延期精准爆破技术逐渐成熟。2008年6月份以后随着我国停止使用导火索、火雷管，瞬发电雷管、毫秒延期电雷管被工业爆破广泛使用。2009年通过技术引进完成了国内第一条数码雷管装配线。2011年工信部提出加快高强度导爆管雷管和电子雷管的产业化进程，积极推动提高市场比例，毫秒延期电雷管爆破技术逐渐推广；随着我国数码电子雷管研发及生产开始逐渐成熟。2018年9月工信部安全生产司和公安部治安管理局在贵阳市联合召开民爆行业智能制造现场推广会上强调并要求，大力推广智能爆破技术，2022年全力推广应用电子雷管。2022年《“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划》强调2022年全面推广工业数码电子雷管，并提出民爆企业由“卖产品”向“卖服务”转变的号召，推行工业爆破专业化、介入式管理的新思路。

3.3 工程机械设备应用历程

我国60年年代之前工程机械行业仍未形成独立行业。70年代我国工程机械行业处于技术引进仿造及设计研发的创业期，但推广应用的成熟土石方专用机械设备几乎没有，土石方工程施工机械设备主要以国外采购满足。80年代随着改革开放，国家积极引进国外先进技术并创新研制，尤其随着国产钢材性能提升，人造金刚石的使用和推广,国产土石方专用设备研制工作向着多类型、多功能和系列化的方向迅速发展，工业爆破通用钻孔、挖装、拉运等设备基本实现了国产化，但受液压元件的技术水平所限,土石方专用施工机械的使用可靠性还差强人意。21世纪以来,我国工业现代化建设取得非凡成绩，国产土石方设备性能已逐渐接近世界先进水平，工程机械向着结构轻便、性能良好、品种齐全、多功能、操作自动化和产品系列化、智能化的方向发展；尤其随着液压、互联网、人工智能等行业技术进步及国内基本建设大规模的实施，极大促进国产全液压钻机、挖掘进、自卸车、边坡锚固等土石方工程设备性能的发展及提升，多种型号、规格、多用途的土石方专用设备投入工程应用对工业爆破大规模、高强度、快速施工提供了保障。

4 高陡边坡预裂爆破技术发展及应用历程

20世纪60年代初，大孔径不耦合装药、密眼齐发等梯段预裂爆破技术在美国Niagara水电站建设中首次得到大规模的应用。70年代中期梯段预裂爆破在我国露天矿开始大量应用，大多数矿山采用大孔径小药径的不耦合间隔装药，药包间以钻屑碎石填充，炸药以散装硝铵炸药及牛皮纸外套塑料袋的药包为主，爆破联网以导火索、火雷管为主。80年代后期我国首次在工程建设领域使用乳化炸药，小孔径小药径的不耦合间隔装药预裂爆破开始工程实践。90年代气囊袋形成气隙间隔的新预裂爆破法在美国等采矿界引起轰动，国内随着三峡水电站等大批大型国家重点基础建设工程推进，各行业均纷纷改进预裂爆破，断裂控制爆破[4]理论研究及实践工作被取得创新发展，非圆孔装药、炮孔隔离基、水压爆破、气体爆破、缓冲预裂爆破等新断裂爆破法开始实践，同期采取控制单响药量[3]抑制爆破危害等爆破控制理论研究逐渐成熟。自21世纪初采取毫秒延期电雷管，控制单响药量，10-20m梯段，小抵抗线、小排距、宽孔距、梅花形布设爆破孔及缓冲孔、预裂孔小孔径小药径不耦合间隔装药[5]，药包采取竹片等辅助材精准固位的延期精准爆破技术逐渐成熟并推广。2014年以来，随着国家安全及环保管控要求的越来越严，数码电子雷管单孔精准延期爆破、二氧化碳气体爆破、水压爆破、聚能爆破、液压机械劈裂等新技术逐渐呈规模化应用展开，并随着国内对高陡边坡稳定机理及治理理论的进一步研究，高陡边坡10m以内的梯段循环爆破开挖及机械化无排架快速边坡治理技术逐渐兴起，同时国内高边坡爆破向安全、环保及高效的混装炸药技术逐渐发展。

5 高陡边坡安全监控技术的发展及应用

工程安全监测的基本目的是在于监控边坡施工期和运行期的安全、为施工期信息化建设提供客观真实的资料和指导现场施工。尤其对于高陡边坡采取及时、有效的防护措施外，布设完善先进的安全监测系统、埋设监测设施和进行系统监测工作，并对监测成果及时分析反馈，是边坡安全施工及动态优化的重要保障。工程安全监测工作始于坝工建设。1891年德国在埃施巴赫混凝土重力坝建设中第一次进行外部变形观测。我国的安全监测工程起步于二十世纪50年代，70年代对于监测项目的选取、仪器的选型和步子、仪器埋设技术于观测方法、观测资料的整理分析等项目的研究工作逐步加深，尤其随着1978年《混凝土重力坝设计规范(试行)》将观测设计纳入设计标准，考虑地形地质条件，岩土工程技术性质，工程布置，空间和实践连续性要求因素的安全监测布置原则及方法相继在大型工程项目部得到体现和应用。进入21年代，岩土工程安全监测技术和监测信息反馈技术等快速发展，边坡安全监测范围不断扩大，安全监测向手段多样性、传感器新型化和精准化、监测工作自动化和智能化、安全监控预警体系系统化方向发展。工程安全监测已基本成为高陡边坡工程信息化设计及安全评价不可缺少的重要组成部分，是工程设计、施工质量控制、安全运行的重要手段之一。

6 高陡边坡防护治理技术的发展及应用

20世纪50年代以前我国边坡防护治理主要采用地表排水、上部清坡减载、下部填方压重、必要时坡脚设置抗滑挡墙、浆砌片（块）石等处置加固技术。50年中期我国首次在煤炭巷道中成功应用锚杆支护技术，60年代中期在铁路边坡治理中首次采取抗滑桩技术及1964年梅山水库治理中首次成功应用预应力锚索技术。70年代初期至80年代末期，随着国内岩土变形稳定机理及锚固技术理论研究的进一步深度，并伴随着国内凿岩机械性能突破性发展，挂网喷锚、压力集中性预应力锚固、抗滑桩滑坡治理、各类型混凝土护坡等防护技术迅速发展。80年代后边坡排水有了新的认识并逐渐重视，开始采取地表（截排水、系统浅层排水孔）、地下（深排水孔、排水洞、降水井等）立体排水系统。自1984年我国引进瑞德利公司低松弛预应力钢绞线稳定生产线，1986年重庆金鸡岩边坡采取锚索+抗滑桩综合防护治理技术并取得成功，并随着90年中期以后三峡水电站等大批大型国家重点工程边坡治理技术的应用及实践创新，很大程度上推动了我国高陡边坡治理技术的发展。21世纪初压力集中型及压力分散型大吨位预应力锚索锚固技术、岩石压力注浆深层加固技术、抗剪洞加固、预应力锚索抗滑桩、边坡混凝土框架+锚固结构、挂网喷锚支护技术、边坡立体排水及降水、被动防护网、主动防护网、桩板墙等技术逐渐标准化、规范化，并随着国内生态环境保护及可持续发展观的贯彻实施，被动防护网、主动防护网、张口式帘式网、覆盖式帘式网、边坡掘穴及框格植草、客土喷播等新边坡生态防护技术和生态恢复技术相结合的边坡防护治理理念及体系逐渐在铁路、高速公路、水利水电、露天矿等边坡防护技术开始应用并推广。目前浅层处置、深层加固、立体排水、实时监控、综合处置等已成为高陡边坡治理及防护的重要理念。

7 结  语

高陡边坡施工按照“自上而下、分区、分段、分层”

的顺序，实施“同层隔断，上下错段”组织，提升预裂孔造质量控制，采取宽孔比的孔网参数及排间、单孔微差精准延期爆破网络，强化超前意识，过程中动态优化设计，实现钻爆与支护的同步，是边坡安全、高质量、快速施工及避免边坡岩体变形失稳最有效的途径。随着国家西部大开发、长江经济带、珠三角经济区、川渝经济圈、国家能源结构调整等国内战略规划及共建、共享“一带一路”等基础建设工程不断实施推进，工程建设规模集群化、功能综合化、施工安全、绿色、高质量要求不断深入，均为高陡边坡爆破开挖及防护治理技术应用及发展带来了前所未有的契机。根据我国高陡边坡爆破及治理技术的发展历程、施工材料及机械设备性能、发展理念的提升对施工技术的创新及应用发展至关重要。选择合适的施工机具、材料，适宜的爆破技术、合理的边坡综合防护治理措施、自动智能化的安全监控预警体系已成为实现高陡边坡安全及快速施工的主要有效方法。

参考文献：

[1]陈永刚.乌东德高位自然边坡治理综合施工技术研究及应用[J]中国水利， 2017年S1期

[2]付志海.浅析两河口水电站右坝基高边坡快速施工技术.水能济,2017(2).37-38

[3]旺旭光.我国工业炸药和起爆器材的现状与发展.有色属1991(131-36)

[4]张佳文.断裂控制爆破-工程爆破技术新发展.探矿工程[J]1994 (6):29-31

[5]吴俊丽、米元桃.叶巴滩水电站边坡开挖快速施工技术研究[J].《四川水力发电》  2021年01期

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