淺談深水圍堰基坑水下爆破高精度全息地形測量施工技術

王崧霖

摘 要：在圍堰施工前，需要對水下地形進行測量。利用回聲探測原理，經探頭發射聲波到水底，聲波在水底反射回到探頭，可測得聲波信號往返行程所需要的時間，從而完成水下地形的精確測量。根據測試數據，可確定圍堰處基礎的爆破深度，從而開展爆破設計和施工。爆破完畢后進行清渣，重復測量地形，確定圍堰基坑爆破深度和圍堰基坑的平整度，從而全面驗收圍堰基坑。該技術具有精度高、速度快、成本低、過程全自動化、安全的特點。

關鍵詞：深水圍堰；全息地形測量；基坑；鉆孔樁

中圖分類號：O383 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.152

隨著國家橋梁建設的蓬勃發展，適用于深水區域基礎施工的雙壁圍堰施工技術得到了廣泛應用。我國跨江、海橋梁均大規模采用了雙壁圍堰作為水深急流區域橋梁基礎施工的外圍結構。中鐵三局集團公司承建的新建懷邵衡鐵路湘江特大橋以連續梁結構跨越湘江，主跨27#～33#墩采用12根φ2.2 m的鉆孔樁，承臺采用矩形雙層承臺，下層尺寸為21 m×15.2 m，高為3 m，上層尺寸為15 m×9 m，高為3 m。湘江特大橋水中承臺28#～32#墩均為低樁承臺，嵌入弱風化巖層，墩位處河床幾乎無覆蓋層。其中，29#墩位處水深為20 m，承臺伸入巖層8 m。

根據水文、地質等因素進行綜合方案比選后，決定采用雙壁鋼圍堰進行施工，圍堰下沉到位后進行鉆孔樁施工。圍堰施工前，需要對水下河床地形進行準確測量，并進行水下爆破；爆破清渣完成后，需測量基坑深度和平面尺寸，以確定其是否滿足要求。墩位處水下河床地形和爆破完成后的基坑驗收測量均采用了“深水圍堰基坑水下爆破高精度全息地形測量施工技術”。利用回聲探測技術手段，成功解決了傳統測深錘和測深桿測量精度低的問題，有效提高了深水圍堰基坑施工的測量精度。

1 概述

1.1 施工特點

具體的施工特點有以下3點：①采用回聲探測技術，實現了深水圍堰范圍內的地形全息探測，為爆破施工和基坑驗收提供了有效的數據支持。②測量精度高。高程定位精度控制的偏差在±2 cm+0.1%h以內。③彌補了傳統人工測深錘和測深桿測量速度慢、精度低、數據處理復雜等缺陷，測量作業安全性高、信息化程度高，科實現數據采集、分析自動化。

1.2 適用范圍

本項施工技術適用于跨江、河等深水圍堰基礎施工中得河床地形測量，也適用于一般的深水基礎水下測量和施工定位。

1.3 工藝原理

高程測量利用回聲探測原理，經探頭發射聲波在水中傳播，聲波在水底反射回到探頭被接收，根據測得的聲波的往返時間及其在水中的傳播波速計算河床面的高程，從而得水下地形三維測量數據。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

2.2 操作要點

2.2.1 施工準備

根據《中華人民共和國水上水下施工作業通航安全管理規定》《中華人民共和國海事行政許可條件規定》中的要求，施工前應與水利、航道、海事等相關部門對接，完成水中施工專項方案的編制和報批工作，并辦理水中爆破、海事、航道等施工許可證，從而為開展水下施工作業提供先決條件。

圖1 施工工藝流程圖

2.2.2 橋梁控制網的布設和測量

在江岸兩側布設橋梁控制網，高程控制網點與平面控制網點共用點位。根據控制網的等級要求，按照一定的精度測量控制網點，精密平差后形成橋梁控制網，從而為全息地形測量提供平面和高程控制依據。

2.2.3 水下河床地形測量

2.2.3.1 測量線路和測量范圍

為了能采集到圍堰區域及其附近的地形數據，結合測深儀的機動性、工作效率、通航、地形等因素，在測量前設計了測量線路和測量范圍，包括測量的主要路線、密度、方向等。根據測深儀的工作頻率，橋位線路方向的測量密度為1.5～2.0 m，橫向精度為3.5～4.0 m。圍堰單側外12 m的區域內測量范圍，縱向為線路方向全部測量。

2.2.3.2 河床地形的測量

在測量河床地形前，先用GPS對點，將GPS架設在岸邊橋梁控制網任一網點進行校核；校核完畢后，用水準儀測出水面標高，將GPS安裝至中海達HD-370測深儀的連接桿上，將二者的數據線相連，并插入U盤儲存數據；連接完成后，設置測深儀吃水深度和探測頭標高，開始測量河床地形；將測量儀器搭載至機動舟上，從而測量河床地形；在測量時，測量人員根據既定點位指揮機動舟移動，保證按照原定測量密度對河床地形進行測量。

2.2.4 數據的整理和分析

河床地形按照原定密度測量完畢后，將測量數據儲存至U盤；將U盤拔出連接至電腦，利用測深儀數據分析軟件將測量數據轉換成文本格式，內容包括點號、坐標、河床底高程；將文本格式轉換成表格格式，利用南方CASSR軟件將測量數據導入CAD中，形成測量河床地形圖形，圖形包括點位和高程。

2.2.5 爆破設計與施工

2.2.5.1 爆破深度及范圍設計

河床地形圖繪制完畢后，根據設計文件計算爆破深度和爆破范圍；爆破基坑坡比按1∶1設計，基坑底比圍堰外側寬出1 m；將爆破范圍繪制在河床地形圖上，并計算爆破基坑坐標。為了保證后續清渣施工的質量，爆破深度應比圍堰設計底標高深1.0 m，從而為圍堰著床及護筒埋設提供條件。

2.2.5.2 爆破施工

根據以往的施工經驗，鉆孔爆破采用工效較高、性能良好的CQ100型航道潛孔鉆機船，鉆孔孔位采用全站儀或GPS直接測定，并利用鉆機船拋設的主纜和橫纜移動船位和調整孔位。在孔位上測量水深時，根據施工水位高程和設計河底高程計算巖層的厚度，從而確定鉆孔深度。由于施工是在固定的爆破平臺上進行的，所以，不需考慮水流和風浪的影響，在平臺上用GPS確定孔位即可。為了防止水流鉆桿影響鉆孔位置，在鉆爆孔位下放置了液壓固定套管，并復核了孔位平面位置；復核無誤后，利用潛孔鉆機進行了鉆孔施工，孔位鉆孔采用大功率空壓機對鉆孔打壓，從而保證鉆渣及時排出，加快成孔速度；鉆孔完成后，復核孔深和孔位，放置炸藥進行爆破，爆破選用質量穩定、防水性能好的乳膠炸藥和電雷管，并做好爆破器材的抗壓、防水工作。

此外，在埋設炸藥時，應做到以下3點：①裝藥到底，保證底部不出現石坎；②裝藥位置符合設計要求，尤其是在硬巖中裝藥時的位置必須準確；③為了避免因爆破而產生的地震波和水下沖擊波對周圍環境造成影響，本工程采用了單孔分段延期微差起爆技術，延爆時間不短于50 ms，且控制了最大起爆藥量。

2.2.6 清渣

整體基坑爆破完成后，利用GPS進行抓渣船定位，每個墩位利用抓斗由樁位中心向外圍進行清挖，清挖出的石渣放至到泥駁船上，由其運輸至指定地點。

2.2.7 基坑底驗收

在抓渣過程中，利用測繩初步測量抓渣后的基坑深度；全部清理完成后，利用測深儀和GPS驗收水下基坑，測量方法與河床地形的測量方法相同，測量范圍為基坑外圍以內，測量精度為每點間距0.5 m。

2.2.8 基坑定位修正

數據采集完畢后，繪制CAD圖形，利用分析軟件確定抓渣未到深度的位置，并重新補抓；再次驗收，直至合格后開始下一個基坑的施工。

3 結束語

利用測深儀和GPS定位系統縮短了水下施工測量的時間，加快了施工速度。本文提出的施工技術成功地解決了傳統人工測深錘和測深桿存在的問題，具有安全性高、可靠性高、信息化程度高的特點。采用回聲探測技術實現了深水圍堰范圍內的地形全息探測，為爆破設計與施工提供了有效的數據支持。

〔編輯：張思楠〕