王佛保

（中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066）

深基坑作業(yè)本身存在較大風險，水中深基坑開挖則風險更高，從技術(shù)層面分析，目前有兩種水中深基坑開挖方式，即利用圍堰隔離排水后開挖和利用專門機械設備直接在水中作業(yè)。利用圍堰隔離排水后開挖技術(shù)簡單，但成本高；利用專門機械設備直接在水中作業(yè)技術(shù)含量高，但成本低。部分開挖過程中還涉及爆破工作，安全風險大，因此基于具體項目重點分析深基坑施工水下開挖的技術(shù)方法具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

某水利工程的取水首部包括進口引渠、取水建筑等，引渠后布置取水首部，取水首部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

斷面尺寸為25.00 m×9.30 m×36.04 m，閘首設置攔污柵，兩道工作閘門，建筑物后接有壓引水隧洞。引渠開挖包含引渠和巖坎兩個部分的開挖，坎頂高程110 m，引渠底面寬度10.06 m，兩側(cè)的坡比1∶0.5，開挖深度12.6 m。

項目現(xiàn)場地質(zhì)情況：巖坎的擋水坡面為自然坡面，坡度40°，巖坎背水面為人工構(gòu)筑邊坡，坡度70°，臨空條件較好，巖坎巖性為混合花崗巖，中硬～堅硬，節(jié)理較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面傾角44°～51°，弱透水。引渠側(cè)巖為混合花崗巖。

項目機具設備包括CM351潛孔鉆、KSZ-100潛孔鉆、手風鉆、柴油空壓機供風、供風管路利用橡膠軟管。施工用電為10 kV電源，照明方面專門制作專用燈塔，塔上安裝2～3個2 000 W可調(diào)整投光燈。

基坑內(nèi)部滲水由15 kW水泵抽排。

2 深基坑水下開挖思考

一般情況下，深基坑開挖中主要采取以抗為主的思路，即采取止水帷幕等方法將水排開，利用帷幕進行邊坡防護，形成自平衡特性，解決施工中的風險。深基坑施工中的風險客觀存在，不能被完全消除，但可以將風險控制在合理范圍內(nèi)[1]。水下開挖方法在深基坑中的應用通常需要考慮施工位置靠近江河湖海，使用明挖法的深基坑，基坑開挖深度應在30 m左右，面積在1 000 m2以內(nèi)，透水層與地表水之間存在高度關(guān)聯(lián)性。

3 基于項目的深基坑水下開挖方法

實際工程項目取水首部預留巖坎需要分兩次開挖，先開挖引渠部分，安裝閘門，開挖預留巖坎部分。預留巖坎底面寬為26.7 m，頂面寬度為4 m，邊坡設計開挖坡比為1∶0.5。強風化層挖除以后，結(jié)構(gòu)面內(nèi)部以混合花崗巖為主，經(jīng)過驗算，預留巖坎的抗傾斜穩(wěn)定安全系數(shù)為38.96，滿足抗傾覆穩(wěn)定的要求。

抗傾覆計算：

式中：Ko——抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑My——作用于墻體的荷載對墻前趾產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩；∑Mo——作用于墻體的荷載對墻前趾產(chǎn)生的傾覆力矩。

傾覆力矩計算：

式中：G——巖體自重；L1——穩(wěn)定力力臂；γo——水容重；h——水頭高程；L2——傾覆力力臂。

代入數(shù)據(jù)，∑My=13 744.64，∑Mo=352.8，Ko=38.96。

Ko>1.3，滿足抗傾覆穩(wěn)定安全要求。

巖坎巖性體現(xiàn)為混合花崗巖，上部存在強風化層，厚度大約4.0 m，卸荷裂隙發(fā)育，強度較低，下部弱風化層，質(zhì)地堅硬，抗壓強度在40 MPa以上，結(jié)構(gòu)面傾角44°～51°，基于上述條件邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.968，滿足要求。

采取分區(qū)分層分塊開挖的方法，引渠部分分層分塊，年平均汛期前水位以下部分為A區(qū)；汛期前水位以上、汛期水位以下部分則作為B區(qū)，其余部分為C區(qū)。

B、C兩區(qū)采取爆破方法開挖，A區(qū)水下部分分成四塊，采用水下爆破的方法，A區(qū)與B區(qū)交叉部分則先B區(qū)明挖爆破后，再爆破A區(qū)部分。

根據(jù)相關(guān)標準和技術(shù)規(guī)范中水下爆破章節(jié)的要求，水下出渣采取長臂反鏟出渣，爆破渣體的粒徑要求為400 mm以下在40%以上，400～600 mm的在20%～45%，600 mm以上則在15%以下，由此單耗約0.6～1.2 kg/m3。由于巖性較好，水下爆破炸藥單耗約1.0 kg/m3。

水下部分主爆區(qū)基巖布置豎直孔，為了方便施工采用矩形布孔，垂直鉆孔且孔徑為115 mm，裝藥直徑90 mm。孔距要求1.5～2.9 m，最小抵抗線1～2.5 m，排距1～2.5 m。

孔深按爆破孔位置至開挖底部高度確定，為了保證水下不留根底，鉆孔需要超深，取值范圍1.5～2.0 m。水下爆破出渣部位基本位于水面之下，只能水面出渣，難度較大，為了保障出渣效率，應當盡可能降低大塊渣概率，炸藥單耗取1.0 kg/m3。豎直孔堵塞長度1.4～3.0 m。

采取孔外微差法，最大段起爆藥量45.6 kg，間隔50 ms。預裂孔孔徑設計為90 mm，裝藥70 mm，按照設計要求坡比進行鉆孔，預裂孔裝藥密度，按照相似工程取0.4 kg/m，孔距1 m，孔深15.5 m，堵塞長度1.0～1.5 m，單孔最大裝藥4.02 kg，導爆索連接起爆。

鉆孔爆破的每孔裝藥量可按體積公式計算：

式中：Q——炮孔計算裝藥量（kg）；q——水下鉆爆單耗值（kg/m3），擬選1.0 kg/m3；a——孔距（m）；b——排距（m）；H——設計開挖深度（m），13.5 m。

根據(jù)各部位最大允許起爆藥量要求，爆破時采用孔間、排間微差的方式進行，以毫秒級時差順序起爆藥包，爆破總炸藥能量被分割成多數(shù)較小能力，在合理裝藥結(jié)構(gòu)下，每個藥包可創(chuàng)造多個臨空面，以達到最佳的爆破效果。為了確保爆破質(zhì)量和安全性，預先根據(jù)設計要求進行爆破試驗，試驗場選擇距離主體建筑物50 m以外的安全試驗場地，利用出渣船搭建臨時鉆孔平臺，按中風壓沖擊成空方法鉆孔，試驗孔深13.5 m，按照安全操作規(guī)程要求起爆。

施工開挖中最先開挖C區(qū)，C區(qū)巖性主要是強風化花崗巖和弱風化花崗巖，開挖時先反鏟挖除表面松動巖塊，對強度高的巖體采用松動爆破。及時運走爆破后的破碎巖塊，進入B區(qū)開挖。

B區(qū)巖性主要為弱風化花崗巖，強度較高，分層厚度為7.7 m，采取垂直深孔爆破，周邊預裂爆破，一次爆破成型。爆破后作業(yè)船利用長臂反鏟將水中的石渣鏟走，轉(zhuǎn)至出渣碼頭由自卸貨車運至棄渣場堆放。

A區(qū)情況相對復雜，四個區(qū)塊中近水面區(qū)域為強風化花崗巖，后續(xù)部分為弱風化花崗巖，開挖方法為水下爆破和周邊預裂爆破。水下鉆孔用潛孔鉆機鉆孔，鉆孔前需要在鉆孔位置豎直安裝130 mm直徑的套管，鉆具通過套管下至鉆孔位置鉆孔，孔內(nèi)使用內(nèi)徑為100 mm的高強度PVC套管，用以保護爆破孔，爆破后由作業(yè)船長臂反鏟運走巖渣。

引渠檢修豎井閘門等工作閘門安裝調(diào)試完成后下閘，周邊建筑物等均采取防護后，進行巖坎開挖施工。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，巖坎分層中第一層、第二層均為弱風化花崗巖，采取明挖爆破，且主爆孔超深（控制在1.5～2.0 m），超深至臨水面依次降低，爆破后迫使下一層開始時臨空面傾向水庫，周邊則用預裂爆破。第三層為水上部分，弱風化花崗巖，水上鉆孔，水下爆破出渣，利用水上鉆孔平臺鉆孔。

根據(jù)各部位最大允許起爆藥量要求，爆破時采用孔間、排間微差的方式進行，即以毫秒級時差順序起爆各個藥包，把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量，采取合理的裝藥結(jié)構(gòu)，最佳的微差間隔時間和起爆順序，為每個藥包創(chuàng)造多個臨空面，以達到最佳爆破效果，將爆破振動控制在允許值內(nèi)。本工程的孔間微差為110 ms，排間微差為25、50 ms，預裂爆破時預裂孔超前主爆孔110 ms起爆預裂。

利用工程前期混凝土澆筑形成的腳手架制作防護網(wǎng)，預防爆破飛石，巖坎開挖前設置一條減震溝，閘門前布置三組氣泡帷幕。

由于第三層以后的巖坎爆破是在靜水中進行，因此為了防止爆破后水壓傾瀉沖擊閘門及附屬建筑物，需要在爆破前向基坑內(nèi)注大約5 800 m3的水，以保證水頭平衡?；舆吰轮ёo使用Φ25錨桿，梅花形布置且間距為2.0 m×2.0 m，掛鋼筋網(wǎng)并噴射C25混凝土。上部設排水孔，用Φ50PVC管制作排水管，端頭用土工布包裹。

4 水下開挖質(zhì)量保證措施

（1）總工程師應組織技術(shù)人員進行圖紙會審，確保設計參數(shù)準確、無誤。

（2）做好所有參建人員安全、技術(shù)交底工作，通過全員嚴格遵守安全、技術(shù)規(guī)范，達到保證施工質(zhì)量控制目標。

（3）建立質(zhì)量檢查監(jiān)督機構(gòu)，各小組均應制定質(zhì)量管理目標，從人、機、料、法、環(huán)各個環(huán)節(jié)遵照執(zhí)行與檢查。

（4）施工準備階段，施工管理機構(gòu)與質(zhì)量檢查機構(gòu)應根據(jù)工程施工的每一個工序，建立檢管理要素清單，例如設備的機械性能、人員的經(jīng)驗能力驗證、爆破材料的適用性、工序銜接管控，針對水上平臺運行、鉆孔、裝藥、爆破、排危、水下出渣、轉(zhuǎn)運、卸料等各工序建立檢查清單，確保水下開挖各工序質(zhì)量得到保證。

（5）爆破鉆孔應嚴格按爆破設計進行鉆造，如遇特殊地質(zhì)條件與設計不相符合的，應及時報告地質(zhì)工程師、爆破設計師，根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)圍巖調(diào)整爆破參數(shù)，達到預想的爆破效果及安全控制。

（6）爆破專業(yè)人員應嚴格按照爆破設計進行裝藥和爆破網(wǎng)絡連接，采用設計要求的填塞物封孔，爆破網(wǎng)絡安裝完成后應由專人負責檢查連接后的網(wǎng)絡參數(shù)，確保連接、裝藥無誤后方可起爆。

5 結(jié)語

綜上所述，深基坑施工涉及水下開挖，施工難度較大，技術(shù)上采取爆破技術(shù)可行，應采取合適的水下爆破技術(shù)，以確保開挖質(zhì)量。本文對水下爆破開挖方法進行了簡單分析，項目實踐中也基于此方法取得了良好效果。