深水围堰及岩坎拆除施工技术

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1工程概况

某重点输供水工程取水首部施工围堰长81.7m，堰顶高程307.6m，顶宽6m，堰高最大处达31.6m，上、下游边坡分别为1∶1.5，1∶1.75，围堰及岩坎拆除最大深度达40m。围堰由洞挖石渣料填筑而成，堰体为块石架空结构，存在较大孔隙，无法采用常规的灌浆方法进行防渗，只能采用水泥浆液与膏状浆液相结合的办法形成防渗体。

2施工重点难点

目前我国开展围堰及岩坎拆除施工的类似工程中，水下40m深度作业的案例尚不多见，如此深水条件下的钻孔、装药、挖运施工难度极大，拆除效果难以保证，而水下钻孔施工的质量将直接决定水下装药及爆破的效果，孔位与孔向的偏差以及岩体的精度控制等一系列问题，对施工进度、成本、爆破质量等均产生较大影响。

3钻孔技术方案

3.1技术要求。3.1.1钻孔。布孔、造孔作业必须严格遵守设计和规范进行，确保孔位、孔向和孔深的精度满足要求。1）钻孔孔径：严格按设计孔径控制，主爆孔和轮廓孔孔径分别为120mm、100mm。2）钻孔孔位：开孔作业前应按要求测量放样，并根据堰体轮廓实时进行微调，轮廓孔及普通炮孔的孔位误差不得大于50mm、100mm。3）钻孔孔斜：主爆孔、轮廓爆破孔孔向误差不得超过0.5°。4）钻孔孔深：主爆孔与轮廓爆破孔的孔深误差均不得大于200mm。对钻孔作业中出现的各类问题须做出详尽记录。3.1.2护孔。对于已完成的钻孔，应做好防护工作，该工程中采用PVC管防护。每一个炮孔钻孔结束，经验收合格后，采用高强度PVC套管进行护孔，PVC管要采用外接，确保PVC管整个内壁光滑，在接头处没有内坎，便于后期装药。如果钻孔完成即装药，可以取消PVC护孔。炮孔编号：对每一个炮孔进行编号、挂牌。3.2钻孔形式选择。常规的水下围堰及岩坎拆除工程，根据其围堰结构形式、爆破技术要求等，确定拆除爆破需选取不同的钻孔形式。主要的钻孔形式有：垂直孔、水平孔、倾斜孔及组合孔等。通常情况下，围堰结构形式比较简单的，其钻孔形式相对比较简单，围堰结构形式比较复杂的，其钻孔形式相对比较复杂。3.2.1垂直钻孔。垂直钻孔是指以垂直钻孔为主的爆破方法，并极有可能配合少量倾斜孔与水平孔，垂直钻孔通常在堰顶、背水面上进行。例如已拆除的某三峡水利枢纽工程混凝土心墙，围堰形式采用土石围堰，即分别在两道混凝土防渗墙中各设置一排垂直炮孔，间距为0.8m，直径为80~100mm，但其最大拆除深度仅在20m左右。3.2.2水平钻孔。水平钻孔是指以水平钻孔为主的爆破方法，并极有可能配合少量倾斜孔与垂直孔等其他形式的钻孔。从目前能够查阅的文献资料来说，单纯地采用水平钻孔方案的实例比较罕见，以10°左右的缓倾角水平孔布置形式较为常见。3.2.3倾斜钻孔。倾斜钻孔是指以倾斜钻孔为主的爆破方法，并极有可能配合少量垂直孔与水平孔等其他形式2020年第2期东北水利水电工程施工的钻孔，通常在背水面上进行。例如某船坞岩坎拆除爆破工程，坞口的岩坎采用的是缓倾角为10°的深孔微差爆破施工方案，其孔间距为3.0m×2.3m，采用矩形布孔，孔口径为95mm，坎体共设置5排缓倾角超深孔，堰体上设置一排垂直孔，钻孔总数为395个。乌江的构皮滩水电站导流隧洞进口围堰拆除爆破，其导流隧洞围堰分为左右共两个，大约440m高程以上为C10毛石混凝土，下面是石灰岩组成，堰后基岩部位为1∶2的斜坡段，其顶宽与底宽宽度差较大，顶宽只有2m，而最大底宽接近20m，钻孔方案只能选择由堰后进行钻凿的倾斜孔，每排钻孔倾斜的角度不同，最大孔深可以达到30m。通过对各种钻孔形式进行多次爆破试验，经比选后，采用垂直钻孔结合倾斜钻孔的施工方案，具体参数详见表1。3.3定位钻孔。依据测量控制点和炮孔布置平面图，使用GPS定位系统放样设标，后用RTK校核后开孔作业。3.3.1钻孔布设。为保证钻孔的布设精度，采用坐标放样法，由施工员使用GPS-RTK测量仪器对孔口位进行测定。先依序搭设基准站、流动站，后与测量仪器连接，待手簿平稳，固定解显示正常后，依次测取已知点坐标值，然后输入GPS的测量数据，通过解算、拟合数值，变成转换参数，并在核对比例因子后进一步校核准确性，满足精度后要求由施工员进行放样。如果钻孔期间，防渗体侵入水下后，可以微调钻爆平台，确保钻孔作业区间在孔位上方，布设固定桩对平台加固，然后用RTK进行孔口定位，钻机开孔钻凿，由于该工程围堰及岩坎深度较深，为确保孔位的精度满足要求，事先安排潜水员水下就位，进行辅助作业，保证水下定位偏差不超过规范允许值。3.3.2孔深和药量计算。由施工员对已定位的孔口确认标高，并根据爆破技术人员要求计算孔深并分别通知钻机操作手控制孔深，爆破技术人员计算完单孔装药量后，安排爆破员按照要求加工起爆体和堵塞体。如果开孔过程中出现误差时，可以按照设计适当调整孔距、超深和装药量，以保证爆破质量。3.3.3钻孔作业。由于深水爆破作业条件受限、操作困难，在钻爆平台稳定后，由钻机在轨道上移动作业选孔，然后依据水下条件等具体情况选择下放钻具或套管，待触底后适当微调钻杆垂直度，达到减少炮孔底部偏差的目的。钻孔施工选用全液压航道潜孔钻，钻头在套管内高速旋转，产生高风压冲击成孔。当孔深满足设计和规范要求后，增加风压力，提拉钻杆，并将孔内清理干净，以便于装填炸药。当钻杆深入堰体后，须更换普通钻具进行成孔作业，在钻杆钻具拔出后，放置PVC防护套管，确保后续装药时的顺利开展。3.4质量检查。1）严格按设计和规范要求对炮孔的位置、方向、深度和间距等进行检查。2）成孔作业结束后，应尽快上报钻孔竣工图，经校核无误后方可进行装药；对于堵塞孔，应进行重钻或孔内清理，验收合格实施装药。

4结语

水下围堰及岩坎拆除的钻孔技术，是围堰成功爆破施工的先决条件，须严格地按照设计方案及行业规范执行，严格控制钻孔过程，确保成孔精度及孔位偏差在规定范围内。通过对水下防渗体及岩坎的钻探技术实践，采用垂直钻孔结合斜坡倾斜钻孔的方式，以及GPS定位系统放样、RTK复核及潜水员下水辅助就位的三重定位钻孔技术，灵活运用综合钻探手段，打破常规单一的钻探方式，解决了土石围堰体量大，顶坡窄、地面超宽导致的爆破装药数量不宜控制产生的二次爆破问题，达到了预期的爆破要求。建议在类似工程施工时参考借鉴。

［参考文献］

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［2］肖晗，李旨洪.水利施工中围堰技术的应用探讨［J］.黑龙江水利科技，2016（12）.

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［4］杨光忠.藏区巨孤漂石地层土石围堰防渗体系监理控制［J］.水利规划与设计，2018（10）：174-178.

作者:张谷鹏 单位:辽宁西北供水有限责任公司