李東福

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

0 引 言

目前防滲墻施工技術(shù)已較為成熟，但在遇到復(fù)雜地質(zhì)條件的情況下，也不乏失敗的案例。傳統(tǒng)的混凝土防滲墻施工工藝在安全保證、施工工效等方面仍有改進(jìn)的空間，尤其隨著我國(guó)水電建設(shè)項(xiàng)目逐步轉(zhuǎn)向青藏高原地區(qū)，面臨高寒、高海拔、低溫、缺氧的自然氣候條件，再加上巨孤漂石、倒懸體及陡坎等復(fù)雜地質(zhì)情況，如何安全、高效、保質(zhì)保量地完成混凝土防滲墻施工，可供借鑒的工程實(shí)例較少。針對(duì)地層中的巨孤漂石常用的處理方法主要有：①小孔徑淺層爆破；②槽內(nèi)鉆孔爆破；③槽內(nèi)聚能爆破；④沖擊破碎等。上述幾種方式均存在鉆孔難度大，孤漂石定位不準(zhǔn)，爆破效果不理想，且槽內(nèi)爆破容易對(duì)防滲墻孔壁造成擾動(dòng)，易造成塌孔漏漿事故，從而影響施工工期及經(jīng)濟(jì)效益。

要解決這一問(wèn)題，需改進(jìn)優(yōu)化對(duì)巨孤漂石的處理技術(shù)?；诖耍n題組依托某水電站圍堰防滲墻工程研發(fā)了同軸鉆孔精準(zhǔn)預(yù)探預(yù)爆技術(shù)對(duì)巨孤漂石進(jìn)行超前處理，取得了很好的效果，對(duì)類似地質(zhì)條件下防滲墻成槽施工具有重要的參考價(jià)值。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

某水電站裝機(jī)容量為660 MW，為二等大(2)型工程。施工導(dǎo)流為一次全斷面擋水圍堰河床截流，導(dǎo)流洞泄流。上下游圍堰為土石圍堰，圍堰基礎(chǔ)防滲采用1.0 m厚混凝土防滲墻下接帷幕灌漿作為防滲體系，防滲墻嵌入基巖1.0 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

上下游圍堰防滲墻基巖巖性為黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，呈弱風(fēng)化狀，巖體較完整～完整性差。圍堰河床部位總體呈V形，主要為沖積漂卵石，漂石含量35%～40%，直徑以0.5～2.0 m為主，大者直徑可達(dá)7 m，中細(xì)砂充填其間，局部存在架空現(xiàn)象；巨孤漂石，巖性均一，無(wú)軟弱層及分層性，巖性細(xì)密堅(jiān)硬，具有很高的強(qiáng)度，經(jīng)測(cè)試，其強(qiáng)度一般為180～240 MPa。

2 施工難點(diǎn)

(1)施工工期緊。從大江截流到防滲墻工程完成，防滲墻直線工期不到4個(gè)月，圍堰防滲體系嚴(yán)密，工序復(fù)雜，混凝土防滲墻施工進(jìn)度制約墻下帷幕灌漿和上部防滲體系施工，施工強(qiáng)度高。

(2)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層巨孤漂卵石含量高，且粒徑大，將會(huì)出現(xiàn)鉆具磨損嚴(yán)重、成槽工效低、施工質(zhì)量難保證等問(wèn)題。若過(guò)程中采用槽內(nèi)鉆孔爆破、聚能爆破或沖擊破碎孤漂石，不僅對(duì)工期會(huì)有所延誤，且其處理效果是否能夠達(dá)到預(yù)期不得而知。

(3)項(xiàng)目施工時(shí)段是當(dāng)年的1月～4月，項(xiàng)目所在地對(duì)爆破材料管理嚴(yán)格，零星使用爆破材料申報(bào)的過(guò)長(zhǎng)周期影響整體施工工期。

(4)槽內(nèi)爆破作業(yè)容易對(duì)孔壁造成擾動(dòng)，使得槽壁穩(wěn)定性差(槽壁易坍塌)，易引發(fā)槽孔漏漿塌孔等情況，二次成槽作業(yè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外槽孔建造完成后，還需下設(shè)接頭管、預(yù)埋灌漿管及澆筑混凝土等工作，會(huì)有大量重型施工機(jī)械、施工人員頻繁在槽口及附近施工作業(yè)，若槽壁不穩(wěn)定(槽壁坍塌)，施工機(jī)械和作業(yè)人員安全將得不到保障。

3 超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

在防滲墻正式施工前，沿防滲墻軸線，采用大口徑鉆具密集鉆孔，詳細(xì)記錄鉆進(jìn)速度等參數(shù)并對(duì)獲得的巖樣進(jìn)行全分析，從而確定地層分層以及巨孤漂石位置，找準(zhǔn)巨孤漂石位置后，采用連續(xù)不耦合方式裝藥，利用“電力導(dǎo)爆管聯(lián)合啟爆法”對(duì)巨孤漂石進(jìn)行精準(zhǔn)爆破作業(yè)。

3.2 施工工藝流程

超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)施工工藝流程為：場(chǎng)地平整→防滲軸線測(cè)量放點(diǎn)→預(yù)探預(yù)爆孔測(cè)量放點(diǎn)→預(yù)探預(yù)爆孔鉆孔(參數(shù)記錄及巖樣全分析)→鉆孔保護(hù)(CT地質(zhì)掃描)→爆破設(shè)計(jì)→炸藥現(xiàn)場(chǎng)保管及制作場(chǎng)地→炸藥領(lǐng)取→藥串制作→藥串下設(shè)→炮眼封堵→炸藥連線、起爆→安全檢查→完工清場(chǎng)(效果檢查)。

3.3 操作要點(diǎn)

(1)場(chǎng)地平整。在正式施工前，采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)，配合振動(dòng)碾壓機(jī)對(duì)防滲墻施工區(qū)域進(jìn)行整平、壓實(shí)。

(2)測(cè)量放點(diǎn)。測(cè)量放點(diǎn)包括防滲軸線及預(yù)探預(yù)爆孔放點(diǎn)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)提供的防滲墻軸線坐標(biāo)點(diǎn)將防滲軸線放出并采用石灰明確標(biāo)識(shí)，然后沿防滲墻軸線，在作業(yè)面依次用全站儀按照孔距2.0 m對(duì)預(yù)探預(yù)爆孔放樣，并作孔位標(biāo)記。

(3)預(yù)探預(yù)爆鉆孔。采用A66阿特拉斯全液壓履帶式鉆機(jī)配高風(fēng)壓阿特拉斯XHS485空壓機(jī)進(jìn)行鉆孔，用Φ152 mm帶擴(kuò)孔套同心鉆頭配Φ146 mm套管跟管方式鉆進(jìn)覆蓋層成孔，基巖采用Φ110 mm鉆頭裸鉆成孔。鉆孔出渣方式為高風(fēng)壓孔內(nèi)反循環(huán)出渣，鉆孔深度須滿足設(shè)計(jì)要求的嵌入深度，其鉆孔要求如下：①鉆機(jī)行走到位后，調(diào)整動(dòng)力頭，將鉆頭與孔位中心對(duì)正，采用水平尺校正鉆具的垂直度，垂直度滿足要求后，即可進(jìn)行鉆孔施工。②鉆孔過(guò)程中按照每3 m進(jìn)尺校正一次孔斜，使得鉆具在鉆進(jìn)時(shí)隨時(shí)保持鉆孔垂直度至終孔，如果孔斜超出要求須及時(shí)進(jìn)行糾偏。③在鉆孔過(guò)程中，由地質(zhì)工程師對(duì)鉆孔速度，鉆孔內(nèi)返出的巖樣等情況進(jìn)行詳細(xì)觀察和記錄，并對(duì)每一鉆進(jìn)段次的返出巖樣進(jìn)行全面分析，判斷出覆蓋層、孤石、基巖的準(zhǔn)確位置。

(4)PVC管下設(shè)及套管起拔。預(yù)探預(yù)爆孔鉆孔完成后，首先利用高壓風(fēng)對(duì)鉆孔內(nèi)的沉渣進(jìn)行沖洗，沖洗完成后將Φ110 mm PVC管逐節(jié)下設(shè)至孔內(nèi)，PVC管節(jié)與節(jié)之間的連接采用透明膠帶粘結(jié)，粘接的膠帶寬度不超過(guò)20 cm，粘結(jié)厚度均勻避免套管起拔時(shí)將PVC管帶出，造成鉆孔塌孔。PVC管下設(shè)完畢后先采用液壓拔管機(jī)將套管拔出，拔出后采用地質(zhì)物探CT掃描技術(shù)對(duì)覆蓋層、孤石、基巖位置進(jìn)行進(jìn)一步復(fù)核。

(5)爆破設(shè)計(jì)。根據(jù)鉆孔資料獲得的鉆孔地質(zhì)剖面圖，根據(jù)不同地層成份，將整個(gè)孔段劃分為覆蓋層段、孤石段、基巖段，覆蓋層段作為爆破堵塞段不裝設(shè)炸藥，孤石段根據(jù)計(jì)算按照Φ32 mm×3藥卷全段布設(shè)，基巖段不裝藥。

(6)炸藥現(xiàn)場(chǎng)保管及制作場(chǎng)地。在炸藥進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)前應(yīng)確定一處炸藥保管及藥串制作場(chǎng)地，場(chǎng)地布置警示標(biāo)志，警戒線并安排專人進(jìn)行值班管理。

(7)炸藥領(lǐng)取。炸藥領(lǐng)取提前24 h向炸藥管理部門提出使用計(jì)劃，經(jīng)批準(zhǔn)并完善領(lǐng)取手續(xù)后，由專人到庫(kù)房進(jìn)行領(lǐng)取、登記，專人負(fù)責(zé)、專車運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)。

(8)“藥串”制作。“藥串”制作采用“綁扎法”施工工藝?！敖壴ā敝饕歉鶕?jù)爆破設(shè)計(jì)圖在藥串制作場(chǎng)地首先用鋼卷尺放出相應(yīng)爆破孔孔深長(zhǎng)度；然后鋪設(shè)麻繩、Φ10 mm PVC管(采用液體強(qiáng)力膠及接頭接長(zhǎng))、導(dǎo)爆索，麻繩及導(dǎo)爆索應(yīng)比爆破孔深長(zhǎng)0.5～1.0 m；最后根據(jù)爆破設(shè)計(jì)圖，將炸藥與麻繩、Φ10 mm PVC管、導(dǎo)爆索采用電工膠帶綁扎在一起。在“藥串”制作過(guò)程中，制作人員不得攜帶打火機(jī)、手機(jī)、對(duì)講機(jī)等進(jìn)入警戒區(qū)。

(9)“藥串”下設(shè)。“藥串”加工制作完成后，采用人工運(yùn)輸至孔口，沿孔內(nèi)Φ110 mm PVC管緩緩下入，若遇孔內(nèi)卡頓，不得猛拉猛提，應(yīng)緩緩活動(dòng)“藥串”慢慢下設(shè)至孔底，若因孔內(nèi)掉塊等原因無(wú)法將炸藥下設(shè)至指定位置影響預(yù)爆效果的，應(yīng)采取掃孔措施，待下一批次進(jìn)行爆破作業(yè)；“藥串”下設(shè)至指定位置后，將藥串頂部預(yù)留的麻繩采用木條綁扎后固定在孔口。

(10)炮眼封堵。炮眼封堵采用“灌砂法”?！八幋毕略O(shè)完成后，采用細(xì)砂從孔口四周灌入爆破孔內(nèi)，將砂灌滿至孔口，然后用水浸潤(rùn)使砂能夠逐漸沉淀密實(shí)，如此進(jìn)行多次直到孔口加入的細(xì)砂能夠完全填滿預(yù)爆孔與“藥串”的空隙部位。

(11)炸藥連線、起爆。預(yù)爆孔炸藥連線采用“串聯(lián)”方式，起爆采用“電力導(dǎo)爆管聯(lián)合啟爆法”。

(12)安全檢查及完工清場(chǎng)。爆破完成后，派專人對(duì)盲炮、啞炮等進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后方可解除警戒。預(yù)爆孔爆破完成后，按照有關(guān)要求做到工完場(chǎng)清。

3.4 質(zhì)量控制

采用超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)，為快速、高效施工鉆孔設(shè)備選用大口徑高風(fēng)壓沖擊鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。為保證對(duì)巨孤漂石預(yù)探預(yù)爆的效果，其質(zhì)量控制要求為：施工軸線偏差不超過(guò)±10 mm；孔位偏差不超過(guò)±20 mm；孔深偏差不超過(guò)±20 mm；鉆孔傾斜度不超過(guò)0.1%(每3 m采用水平尺校正1次)；預(yù)爆預(yù)探孔鉆孔時(shí)，必須嚴(yán)密注意地層地質(zhì)變化，并做詳細(xì)記錄，確保巨孤漂石位置準(zhǔn)確；炸藥下設(shè)至孔內(nèi)應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止刮碰孔壁，下設(shè)位置必須準(zhǔn)確誤差控制在允許范圍；預(yù)探預(yù)爆施工必須按要求做好鉆孔、爆破等施工記錄。

4 實(shí)施效果

采用超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)，對(duì)巨孤漂石進(jìn)行預(yù)處理，破壞了巨孤漂石的整體性，改善了孤石表面光滑度，提高了地層的均勻性，使沖擊鉆頭有了充分的著力點(diǎn)，對(duì)提高鉆孔進(jìn)尺，加快成墻速度有著明顯的效果。通過(guò)技術(shù)應(yīng)用前的試驗(yàn)段施工工效與技術(shù)成果應(yīng)用后的施工工效對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 工效對(duì)比分析

從表1可以看出，技術(shù)成果的應(yīng)用使得防滲墻成槽工效由試驗(yàn)段的0.86 m2/(臺(tái)·班)提高至了1.42～1.43 m2/(臺(tái)·班)，提高率達(dá)65.12%～66.28%。施工工效的提高使得該水電站圍堰防滲墻工程較合同工期提前18 d完成，且槽孔孔斜率小于3%(設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)6%～8%)，各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)均為優(yōu)良。

5 結(jié) 語(yǔ)

該水電站圍堰防滲墻地層巨孤漂石含量高，強(qiáng)度高，防滲墻施工工期緊，工程量較大，巨孤漂石地層成槽難度大，施工質(zhì)量難保證。通過(guò)在圍堰防滲墻施工過(guò)程中進(jìn)行有益的嘗試，對(duì)巨孤漂石地層處理工藝有針對(duì)性的改進(jìn)，采用超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)對(duì)巨孤漂石積極主動(dòng)進(jìn)行處理，較好解決了防滲墻成槽的難題。超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)的特點(diǎn)如下：

(1)沿防滲墻軸線采用高風(fēng)壓沖擊鉆機(jī)跟導(dǎo)管鉆進(jìn)，通過(guò)對(duì)孔口返出渣樣以及鉆進(jìn)速度確定花崗巖性大塊石、巨孤漂石位置，從而有效解決了預(yù)探孔鉆孔工程量大，施工時(shí)間長(zhǎng)，大塊石、巨孤漂石位置判斷不易等諸多施工技術(shù)難題，使得施工工效大為提高，工期效益明顯。

(2)通過(guò)對(duì)花崗巖性塊石、巨孤漂石爆破設(shè)計(jì)的研究，對(duì)大塊石、巨孤漂石部位及其余部位藥量采用差量布置，有效解決了大塊石、巨孤漂石的解爆，同時(shí)也避免了對(duì)松散架空地層的擾動(dòng)。從而既加快了施工進(jìn)度，提高了施工質(zhì)量，又降低了施工成本。

(3)基巖范圍采用不跟套管方式鉆進(jìn)15 m，對(duì)基巖與覆蓋層的分界線進(jìn)行判斷，形成補(bǔ)充地質(zhì)勘探資料，為防滲墻正式施工時(shí)基覆分界線確定提供可靠的參考資料，確保防滲墻體嵌巖設(shè)計(jì)深度。

超前鉆孔精準(zhǔn)預(yù)爆技術(shù)適用于從軟弱土層到漂卵石層，從風(fēng)化巖層到堅(jiān)硬的花剛巖等各種復(fù)雜地層中施工，尤其適用于地質(zhì)條件較差，大塊石、巨孤漂石含量高的地層進(jìn)行預(yù)處理，為類似條件下防滲墻優(yōu)質(zhì)高效施工提供了一套科學(xué)可靠的技術(shù)措施。