魏明海

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽 110003）

1 工程概況

桓仁引水工程取水口采用巖塞爆破施工，為確保巖塞爆破參數(shù)選擇合理，能夠一次性爆破成功，選擇試驗(yàn)段進(jìn)行模擬試驗(yàn)。爆破試驗(yàn)段位于桓仁引水工程施工五標(biāo)13號(hào)支洞下游及14號(hào)支洞上游之間，主洞樁號(hào)87+600～87+630段。爆破試驗(yàn)段總長(zhǎng)30.0m，設(shè)計(jì)開挖洞徑8.0m，預(yù)計(jì)共需進(jìn)行3次爆破試驗(yàn)。其中，第1次爆破試驗(yàn)段長(zhǎng)5.5m，爆破完成后對(duì)掌子面進(jìn)行清理，準(zhǔn)備第2次爆破試驗(yàn)（試驗(yàn)段5.5~11.0m）；第2次爆破試驗(yàn)后采用常規(guī)鉆爆破法開挖洞室，直至留下11.0m作為貫通試驗(yàn)段，最后進(jìn)行貫通爆破試驗(yàn)。鉆孔施工是整個(gè)巖塞爆破順利貫通的基礎(chǔ)，試驗(yàn)?zāi)M正式巖塞施工，進(jìn)一步對(duì)鉆孔施工全過程進(jìn)行演練，對(duì)鉆機(jī)選型進(jìn)行研究，對(duì)鉆孔精度進(jìn)一步檢驗(yàn)。同時(shí)，針對(duì)正式巖塞施工過程出現(xiàn)的打穿涌水狀況，對(duì)堵水用充水式橡膠止水塞性能進(jìn)行檢驗(yàn)。鉆孔施工要求開孔誤差控制圈間方向±2cm、圈內(nèi)孔間方向±2cm；角度偏差不大于1°，每個(gè)鉆孔應(yīng)稍微向上，以利吹孔、洗孔；深度誤差控制+10cm，鉆孔深度只能超深，不能欠深。

2 鉆孔選擇及布置

第1段巖塞爆破試驗(yàn)爆破施工于2014年8月13日完成。爆破試驗(yàn)鉆孔選擇在第2次巖塞爆破試驗(yàn)段，爆破施工位置為樁號(hào)87+606～87+614，第2次炮孔布置在第1次爆破效果基礎(chǔ)上加以改進(jìn)和優(yōu)化進(jìn)行布置，炮孔分布見表1。

表1 爆破試驗(yàn)鉆孔布置分布 個(gè)

3 鉆機(jī)選型

經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)鉆孔設(shè)備調(diào)查，結(jié)合以往洞內(nèi)鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔水平角度大于孔深8.0m時(shí)鉆孔設(shè)備主要采用兩種：1）液壓鉆施工。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化施工，施工效率高，所需人員較少。缺點(diǎn)是臺(tái)車受洞內(nèi)空間限制，鉆孔精度差；鉆機(jī)施鉆過程中大臂容易移動(dòng)，鉆孔的方向性不易控制；因鉆機(jī)本身原因底板部位水平孔無法進(jìn)行施鉆；對(duì)操作人員技術(shù)水平要求較高。2）潛孔鉆施工。優(yōu)點(diǎn)是采用人工作業(yè)，調(diào)整鉆機(jī)角度靈活；鉆機(jī)體積小，移動(dòng)方便；鉆機(jī)固定牢固準(zhǔn)確（固定于鉆孔平臺(tái)上），鉆孔精度高。缺點(diǎn)是施工效率相對(duì)較低。

經(jīng)綜合比較，爆破試驗(yàn)鉆孔施工選用QZJ100B潛孔鉆機(jī)，相對(duì)于液壓鉆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便、重量輕，可施工垂直孔、水平孔及傾斜孔。

4 鉆孔施工方法

4.1 施工前準(zhǔn)備

第1次巖塞試驗(yàn)爆破后，爆破后掌子面仍有1.5m厚的殘孔存留，殘留孔及中心破碎部分影響第2炮鉆孔施工，同時(shí)為方便QZJ100B鉆機(jī)施工，對(duì)巖塞掌子面前進(jìn)行擴(kuò)挖處理。對(duì)鉆機(jī)擺放位置采用YT-28手風(fēng)鉆按常規(guī)洞室開挖方法爆除，擴(kuò)挖部分洞身擴(kuò)挖長(zhǎng)為6.0m，擴(kuò)挖輪廓為除正頂拱120°范圍內(nèi)擴(kuò)挖1.5m，其余整體擴(kuò)挖0.5m。出渣采用1m3液壓反鏟配合3臺(tái)20t自卸汽車運(yùn)輸至13號(hào)洞渣場(chǎng)。處理爆破完成后，及時(shí)對(duì)洞室進(jìn)行錨噴支護(hù)。

4.2 腳手架搭設(shè)

由于作業(yè)面較高和固定鉆機(jī)需要，需搭設(shè)腳手架。依據(jù)《建筑施工腳手架搭設(shè)規(guī)范》施工，保證腳手架整體的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。由于鉆機(jī)鉆孔時(shí)，振動(dòng)較大，為保證腳手架的穩(wěn)定性及安全性，須對(duì)腳手架進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，腳手架與洞壁通過插筋相連，腳手架設(shè)置斜撐和剪刀撐，確保腳手架整體牢固。腳手架在使用過程中定期對(duì)扣件松動(dòng)情況進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)情況及時(shí)處理。鉆孔過程中，必要時(shí)對(duì)鉆機(jī)周圍腳手架進(jìn)行加密處理。

4.3 測(cè)量放點(diǎn)

采用TCR702全站儀測(cè)量放點(diǎn),基本方法：按巖塞爆破試驗(yàn)第2次炮布孔圖紙精確放點(diǎn)，首先確定中心孔坐標(biāo)，根據(jù)炮孔布置圖中圈內(nèi)圈間孔相對(duì)位置，由內(nèi)圈到外圈放出炮孔坐標(biāo)。測(cè)量過程中，激光點(diǎn)打出炮孔的位置用沖擊鉆打孔，并在打孔位置噴漆。炮孔旁邊固定標(biāo)識(shí)牌，方便鉆孔、裝藥和聯(lián)網(wǎng)施工過程中炮孔識(shí)別。施工過程中如出現(xiàn)巖塊塌落導(dǎo)致標(biāo)識(shí)牌掉落，施工人員必須及時(shí)補(bǔ)掛。

4.4 樣架安裝、放點(diǎn)

制作樣架選用O25螺紋鋼筋分別加工成半徑為4.05m（L圈）、3.30m（K圈）、2.15m（J圈）、1.00m（H圈）的圓弧。在距離掌子面4.50m的洞身上均勻布置一圈、24根插筋（插筋長(zhǎng)0.5m，選用O25的螺紋鋼筋，插筋外露方向垂直洞軸線），插筋用水泥錨固劑固定。樣架安裝順序由外圈到內(nèi)圈，先安裝L圈樣架，將樣架與布置好的插筋牢固焊接，然后按照L圈樣架模式安裝K圈至H圈樣架。安裝過程中嚴(yán)格控制樁號(hào)，保證各圈樣架共面且與洞軸線垂直。安裝完成后，測(cè)量人員在樣架上放出后視點(diǎn)，樣架放點(diǎn)時(shí)每個(gè)后視點(diǎn)都要用油漆做好標(biāo)記，樣架標(biāo)識(shí)牌掛設(shè)用細(xì)鐵絲綁扎牢固，避免因固定不牢造成標(biāo)識(shí)牌位置移動(dòng)，影響鉆孔角度。樣架安裝期間測(cè)量監(jiān)理全程跟蹤，鉆孔施工期間測(cè)量人員每天對(duì)樣架進(jìn)行校核。

4.5 鉆孔施工

1）鉆機(jī)規(guī)格及人員配備

施工采用3臺(tái)QZJ100B潛孔鉆機(jī)（配備2臺(tái)風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)、1臺(tái)電動(dòng)鉆機(jī)），鉆頭直徑90mm，鉆桿直徑50mm，鉆頭和沖擊器長(zhǎng)1.1m，每根鉆桿長(zhǎng)1.0m。鉆孔順序?yàn)檎谱用嬗上峦?。施工過程中，每個(gè)班組配備5名有多年操作經(jīng)驗(yàn)的潛孔鉆操作手，確保鉆孔質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

2）鉆機(jī)定位

用2t導(dǎo)鏈移動(dòng)鉆機(jī)，鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)掌子面測(cè)量放點(diǎn)位置，確定開孔位置，調(diào)整鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樣架后視點(diǎn)。針對(duì)第1次爆破試驗(yàn)暴露出鉆孔孔斜偏大的問題，現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行合理化改裝，加裝定位系統(tǒng)后，可以減小甚至避免擺鉆過程中的人為誤差。

鉆機(jī)改裝：在鉆機(jī)尾部焊接定位系統(tǒng)，安裝定位樣架和定位管。將定位裝置牢固焊接在鉆機(jī)尾部，定位管選用1口寸鋼管，鋼管與鉆機(jī)電機(jī)軸、鉆桿共線。擺鉆時(shí)，鋼管對(duì)準(zhǔn)樣架后視點(diǎn)，鉆頭對(duì)準(zhǔn)掌子面炮孔點(diǎn)，兩點(diǎn)確定一條直線，保證鉆孔的位置角度滿足設(shè)計(jì)要求。改裝后，鉆機(jī)剖面示意圖如圖1所示。

圖1 改裝后鉆機(jī)縱剖面圖

3）鉆機(jī)固定

鉆機(jī)固定前，用水平尺校核定位好的鉆機(jī)是否水平；用水準(zhǔn)儀校核定位好的鉆機(jī)是否沿著洞軸線方向擺設(shè)。鉆機(jī)底盤用φ51腳手架管焊接而成，鉆機(jī)定位后，用扣件將鉆機(jī)固定在腳手架上，確保牢固。

4）開孔驗(yàn)收

開孔驗(yàn)收是對(duì)預(yù)鉆孔孔位、擺鉆角度的驗(yàn)收。現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員自檢完成后通知監(jiān)理工程師、爆破設(shè)計(jì)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開孔驗(yàn)收，將驗(yàn)收數(shù)據(jù)寫入鉆孔情況聯(lián)合驗(yàn)收表中，驗(yàn)收合格后方可開鉆。開孔時(shí)緩慢進(jìn)尺，以防止孔口處巖石崩塌掉落，以保證開孔位置的準(zhǔn)確。開孔鉆進(jìn)0.3m，鉆工用水平尺和坡度儀復(fù)核鉆機(jī)擺放水平角度，用后視點(diǎn)校核鉆機(jī)成孔后角度，復(fù)核滿足要求后繼續(xù)鉆孔，如不滿足，重新開孔。鉆至設(shè)計(jì)孔深后挪鉆，進(jìn)行下一個(gè)孔的擺鉆，下一個(gè)孔開孔驗(yàn)收期間，對(duì)上一個(gè)循環(huán)鉆孔孔深進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)完孔深用蛇皮袋將孔口封堵，防止鉆孔過程中污水碎渣流入成孔而形成堵塞?，F(xiàn)場(chǎng)人員記錄鉆孔時(shí)間、實(shí)際孔深、有無卡鉆塌孔，并把鉆孔相關(guān)情況準(zhǔn)確詳細(xì)地記錄在鉆孔記錄表中。

4.6 特殊情況處理

1）串孔問題處理

串孔發(fā)生既有鉆孔孔斜偏差過大，又有相鄰孔間距太小、巖石破碎的原因。鉆孔布置F圈圈內(nèi)孔間距0.23m，鉆孔孔深8.0m，稍有偏差則有可能發(fā)生串孔。為盡量避免此情況，須加強(qiáng)事前控制，具體措施：開孔過程中緩沖擊、慢進(jìn)尺，保證開孔質(zhì)量，進(jìn)尺0.3m后對(duì)鉆孔方位進(jìn)行復(fù)核，如無串孔隱患繼續(xù)鉆進(jìn)，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時(shí)退出鉆桿；相鄰成孔處插入4.0m長(zhǎng)PPR管，根據(jù)成孔走向調(diào)整開孔走向；如按照上述措施施工依然串口，則對(duì)被破壞的成孔進(jìn)行高壓風(fēng)水清洗，吹出破碎石塊。

2）偏差過大孔處理

對(duì)于開孔不成功或鉆進(jìn)幾米后復(fù)核發(fā)現(xiàn)偏差過大的孔，直接用水泥錨固劑進(jìn)行封堵，24h之后重新開孔。

3）鉆孔深度控制

針對(duì)第1次試驗(yàn)鉆孔超深問題，為了確保炮孔孔底的樁號(hào)一致，避免過度超深，根據(jù)鉆孔前的測(cè)量記錄，距離孔底1.0m時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)速度，小沖擊緩進(jìn)尺，盡量避免對(duì)軟弱夾層的破壞，防止卡鉆狀況發(fā)生，并加密測(cè)量頻率，確保鉆孔的準(zhǔn)確性。驗(yàn)收人員對(duì)施工工人加強(qiáng)督促，使之引起高度重視。在開孔驗(yàn)收同時(shí)對(duì)上一循環(huán)成孔進(jìn)行孔深驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)予以糾正。

4）堵水演練

針對(duì)正式巖塞爆破難免發(fā)生的鉆孔打穿或鉆孔打到巖石破碎帶上而造成炮孔涌水事故，試驗(yàn)要對(duì)堵水設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試，檢驗(yàn)其是否能滿足巖塞炮孔堵水要求。堵水試驗(yàn)產(chǎn)品為河北宇通特種膠管有限公司生產(chǎn)的充水式橡膠止水塞，該產(chǎn)品在水豐電站巖塞堵水施工中成功使用過。主要參數(shù)：止水塞膨脹前直徑為φ75，長(zhǎng)0.5m，材質(zhì)為耐磨可膨脹橡膠。堵水原理：將橡膠塞用鋼管送入涌水炮孔底部，通過導(dǎo)水管用壓水裝置向橡膠止水塞中注水，止水塞體積不斷膨脹，直至橡膠外表皮與炮孔壁完全接觸。當(dāng)止水塞內(nèi)水壓力達(dá)到4～5MPa時(shí)，導(dǎo)水管與橡膠止水塞自動(dòng)斷開，堵水完成。鉆孔期間，通過試驗(yàn)對(duì)該產(chǎn)品性能參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

5 成孔驗(yàn)收

5.1 驗(yàn)收要求

由監(jiān)理工程師組織每天對(duì)完成孔進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，根據(jù)第2次爆破施工技術(shù)要求，滿足鉆孔角度、深度、孔位要求即為合格。

5.2 驗(yàn)收內(nèi)容和方法

成孔驗(yàn)收主要內(nèi)容包括。

1）孔徑驗(yàn)收。采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量成果記錄在驗(yàn)收表格上。

2）孔深驗(yàn)收。用φ32厚壁塑料管測(cè)量實(shí)際孔深。塑料管總長(zhǎng)11.0m，在4.0，5.0，7.0，8.0，9.0，10.0m處用綁纏黑色防水膠帶做出標(biāo)記，在4.5，5.5，7.5，8.5m處綁纏綠色防水膠帶做出標(biāo)記?？咨顪y(cè)量過程中入孔塑料管不打彎。

3）孔斜驗(yàn)收。第1次試驗(yàn)采用長(zhǎng)度為4.0m、外徑φ75、內(nèi)徑φ50的不銹鋼管，管端和中部用膠帶均勻綁纏以保證管子插入孔后與孔內(nèi)壁緊密接觸。將PPR管插入孔中3.0m，外露1.0m。插入后PPR管不搖晃、不松動(dòng)，外露部位不下垂。測(cè)量激光點(diǎn)在外露PPR管上打2個(gè)點(diǎn)，打在外露管的紅線上，以保證激光所打2個(gè)點(diǎn)在同一直線上。根據(jù)2個(gè)點(diǎn)的高程、樁號(hào)、半寬的差值計(jì)算出孔斜，并據(jù)此測(cè)量數(shù)據(jù)的高程、半寬差值計(jì)算出偏差值。第2次試驗(yàn)采用長(zhǎng)度為6.0m，直徑為90mm不銹鋼管。驗(yàn)孔前用高壓風(fēng)水將炮孔沖洗干凈，將鋼管插入孔中，必須保證鋼管外壁與孔壁充分接觸，鋼管外露2.0m?？仔睖y(cè)量和計(jì)算方法與第1次相同。

4）孔口位置驗(yàn)收。測(cè)量時(shí)直接向孔口上下左右分別打點(diǎn)，通過4個(gè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)確定鉆孔中心位置。驗(yàn)收完成，及時(shí)對(duì)驗(yàn)收數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理。