深水圍堰及巖坎拆除施工技術

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1工程概況

某重點輸供水工程取水首部施工圍堰長81.7m，堰頂高程307.6m，頂寬6m，堰高最大處達31.6m，上、下游邊坡分別為1∶1.5，1∶1.75，圍堰及巖坎拆除最大深度達40m。圍堰由洞挖石渣料填筑而成，堰體為塊石架空結構，存在較大孔隙，無法采用常規的灌漿方法進行防滲，只能采用水泥漿液與膏狀漿液相結合的辦法形成防滲體。

2施工重點難點

目前我國開展圍堰及巖坎拆除施工的類似工程中，水下40m深度作業的案例尚不多見，如此深水條件下的鉆孔、裝藥、挖運施工難度極大，拆除效果難以保證，而水下鉆孔施工的質量將直接決定水下裝藥及爆破的效果，孔位與孔向的偏差以及巖體的精度控制等一系列問題，對施工進度、成本、爆破質量等均產生較大影響。

3鉆孔技術方案

3.1技術要求。3.1.1鉆孔。布孔、造孔作業必須嚴格遵守設計和規范進行，確保孔位、孔向和孔深的精度滿足要求。1）鉆孔孔徑：嚴格按設計孔徑控制，主爆孔和輪廓孔孔徑分別為120mm、100mm。2）鉆孔孔位：開孔作業前應按要求測量放樣，并根據堰體輪廓實時進行微調，輪廓孔及普通炮孔的孔位誤差不得大于50mm、100mm。3）鉆孔孔斜：主爆孔、輪廓爆破孔孔向誤差不得超過0.5°。4）鉆孔孔深：主爆孔與輪廓爆破孔的孔深誤差均不得大于200mm。對鉆孔作業中出現的各類問題須做出詳盡記錄。3.1.2護孔。對于已完成的鉆孔，應做好防護工作，該工程中采用PVC管防護。每一個炮孔鉆孔結束，經驗收合格后，采用高強度PVC套管進行護孔，PVC管要采用外接，確保PVC管整個內壁光滑，在接頭處沒有內坎，便于后期裝藥。如果鉆孔完成即裝藥，可以取消PVC護孔。炮孔編號：對每一個炮孔進行編號、掛牌。3.2鉆孔形式選擇。常規的水下圍堰及巖坎拆除工程，根據其圍堰結構形式、爆破技術要求等，確定拆除爆破需選取不同的鉆孔形式。主要的鉆孔形式有：垂直孔、水平孔、傾斜孔及組合孔等。通常情況下，圍堰結構形式比較簡單的，其鉆孔形式相對比較簡單，圍堰結構形式比較復雜的，其鉆孔形式相對比較復雜。3.2.1垂直鉆孔。垂直鉆孔是指以垂直鉆孔為主的爆破方法，并極有可能配合少量傾斜孔與水平孔，垂直鉆孔通常在堰頂、背水面上進行。例如已拆除的某三峽水利樞紐工程混凝土心墻，圍堰形式采用土石圍堰，即分別在兩道混凝土防滲墻中各設置一排垂直炮孔，間距為0.8m，直徑為80~100mm，但其最大拆除深度僅在20m左右。3.2.2水平鉆孔。水平鉆孔是指以水平鉆孔為主的爆破方法，并極有可能配合少量傾斜孔與垂直孔等其他形式的鉆孔。從目前能夠查閱的文獻資料來說，單純地采用水平鉆孔方案的實例比較罕見，以10°左右的緩傾角水平孔布置形式較為常見。3.2.3傾斜鉆孔。傾斜鉆孔是指以傾斜鉆孔為主的爆破方法，并極有可能配合少量垂直孔與水平孔等其他形式2020年第2期東北水利水電工程施工的鉆孔，通常在背水面上進行。例如某船塢巖坎拆除爆破工程，塢口的巖坎采用的是緩傾角為10°的深孔微差爆破施工方案，其孔間距為3.0m×2.3m，采用矩形布孔，孔口徑為95mm，坎體共設置5排緩傾角超深孔，堰體上設置一排垂直孔，鉆孔總數為395個。烏江的構皮灘水電站導流隧洞進口圍堰拆除爆破，其導流隧洞圍堰分為左右共兩個，大約440m高程以上為C10毛石混凝土，下面是石灰巖組成，堰后基巖部位為1∶2的斜坡段，其頂寬與底寬寬度差較大，頂寬只有2m，而最大底寬接近20m，鉆孔方案只能選擇由堰后進行鉆鑿的傾斜孔，每排鉆孔傾斜的角度不同，最大孔深可以達到30m。通過對各種鉆孔形式進行多次爆破試驗，經比選后，采用垂直鉆孔結合傾斜鉆孔的施工方案，具體參數詳見表1。3.3定位鉆孔。依據測量控制點和炮孔布置平面圖，使用GPS定位系統放樣設標，后用RTK校核后開孔作業。3.3.1鉆孔布設。為保證鉆孔的布設精度，采用坐標放樣法，由施工員使用GPS-RTK測量儀器對孔口位進行測定。先依序搭設基準站、流動站，后與測量儀器連接，待手簿平穩，固定解顯示正常后，依次測取已知點坐標值，然后輸入GPS的測量數據，通過解算、擬合數值，變成轉換參數，并在核對比例因子后進一步校核準確性，滿足精度后要求由施工員進行放樣。如果鉆孔期間，防滲體侵入水下后，可以微調鉆爆平臺，確保鉆孔作業區間在孔位上方，布設固定樁對平臺加固，然后用RTK進行孔口定位，鉆機開孔鉆鑿，由于該工程圍堰及巖坎深度較深，為確保孔位的精度滿足要求，事先安排潛水員水下就位，進行輔助作業，保證水下定位偏差不超過規范允許值。3.3.2孔深和藥量計算。由施工員對已定位的孔口確認標高，并根據爆破技術人員要求計算孔深并分別通知鉆機操作手控制孔深，爆破技術人員計算完單孔裝藥量后，安排爆破員按照要求加工起爆體和堵塞體。如果開孔過程中出現誤差時，可以按照設計適當調整孔距、超深和裝藥量，以保證爆破質量。3.3.3鉆孔作業。由于深水爆破作業條件受限、操作困難，在鉆爆平臺穩定后，由鉆機在軌道上移動作業選孔，然后依據水下條件等具體情況選擇下放鉆具或套管，待觸底后適當微調鉆桿垂直度，達到減少炮孔底部偏差的目的。鉆孔施工選用全液壓航道潛孔鉆，鉆頭在套管內高速旋轉，產生高風壓沖擊成孔。當孔深滿足設計和規范要求后，增加風壓力，提拉鉆桿，并將孔內清理干凈，以便于裝填炸藥。當鉆桿深入堰體后，須更換普通鉆具進行成孔作業，在鉆桿鉆具拔出后，放置PVC防護套管，確保后續裝藥時的順利開展。3.4質量檢查。1）嚴格按設計和規范要求對炮孔的位置、方向、深度和間距等進行檢查。2）成孔作業結束后，應盡快上報鉆孔竣工圖，經校核無誤后方可進行裝藥；對于堵塞孔，應進行重鉆或孔內清理，驗收合格實施裝藥。

4結語

水下圍堰及巖坎拆除的鉆孔技術，是圍堰成功爆破施工的先決條件，須嚴格地按照設計方案及行業規范執行，嚴格控制鉆孔過程，確保成孔精度及孔位偏差在規定范圍內。通過對水下防滲體及巖坎的鉆探技術實踐，采用垂直鉆孔結合斜坡傾斜鉆孔的方式，以及GPS定位系統放樣、RTK復核及潛水員下水輔助就位的三重定位鉆孔技術，靈活運用綜合鉆探手段，打破常規單一的鉆探方式，解決了土石圍堰體量大，頂坡窄、地面超寬導致的爆破裝藥數量不宜控制產生的二次爆破問題，達到了預期的爆破要求。建議在類似工程施工時參考借鑒。

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作者:張谷鵬 單位:遼寧西北供水有限責任公司