超前鉆孔精準預爆技術在防滲墻施工中的應用

李東福

(中國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已較為成熟，但在遇到復雜地質條件的情況下，也不乏失敗的案例。傳統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的空間，尤其隨著我國水電建設項目逐步轉向青藏高原地區，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、倒懸體及陡坎等復雜地質情況，如何安全、高效、保質保量地完成混凝土防滲墻施工，可供借鑒的工程實例較少。針對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槽內鉆孔爆破；③槽內聚能爆破；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，爆破效果不理想，且槽內爆破容易對防滲墻孔壁造成擾動，易造成塌孔漏漿事故，從而影響施工工期及經濟效益。

要解決這一問題，需改進優化對巨孤漂石的處理技術?；诖耍n題組依托某水電站圍堰防滲墻工程研發了同軸鉆孔精準預探預爆技術對巨孤漂石進行超前處理，取得了很好的效果，對類似地質條件下防滲墻成槽施工具有重要的參考價值。

1 工程概況及工程地質條件

1.1 工程概況

某水電站裝機容量為660 MW，為二等大(2)型工程。施工導流為一次全斷面擋水圍堰河床截流，導流洞泄流。上下游圍堰為土石圍堰，圍堰基礎防滲采用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 工程地質條件

上下游圍堰防滲墻基巖巖性為黑云母花崗閃長巖，呈弱風化狀，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7 m，中細砂充填其間，局部存在架空現象；巨孤漂石，巖性均一，無軟弱層及分層性，巖性細密堅硬，具有很高的強度，經測試，其強度一般為180～240 MPa。

2 施工難點

(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個月，圍堰防滲體系嚴密，工序復雜，混凝土防滲墻施工進度制約墻下帷幕灌漿和上部防滲體系施工，施工強度高。

(2)地質條件復雜，地層巨孤漂卵石含量高，且粒徑大，將會出現鉆具磨損嚴重、成槽工效低、施工質量難保證等問題。若過程中采用槽內鉆孔爆破、聚能爆破或沖擊破碎孤漂石，不僅對工期會有所延誤，且其處理效果是否能夠達到預期不得而知。

(3)項目施工時段是當年的1月～4月，項目所在地對爆破材料管理嚴格，零星使用爆破材料申報的過長周期影響整體施工工期。

(4)槽內爆破作業容易對孔壁造成擾動，使得槽壁穩定性差(槽壁易坍塌)，易引發槽孔漏漿塌孔等情況，二次成槽作業費時費力。另外槽孔建造完成后，還需下設接頭管、預埋灌漿管及澆筑混凝土等工作，會有大量重型施工機械、施工人員頻繁在槽口及附近施工作業，若槽壁不穩定(槽壁坍塌)，施工機械和作業人員安全將得不到保障。

3 超前鉆孔精準預爆技術

3.1 技術原理

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，詳細記錄鉆進速度等參數并對獲得的巖樣進行全分析，從而確定地層分層以及巨孤漂石位置，找準巨孤漂石位置后，采用連續不耦合方式裝藥，利用“電力導爆管聯合啟爆法”對巨孤漂石進行精準爆破作業。

3.2 施工工藝流程

超前鉆孔精準預爆技術施工工藝流程為：場地平整→防滲軸線測量放點→預探預爆孔測量放點→預探預爆孔鉆孔(參數記錄及巖樣全分析)→鉆孔保護(CT地質掃描)→爆破設計→炸藥現場保管及制作場地→炸藥領取→藥串制作→藥串下設→炮眼封堵→炸藥連線、起爆→安全檢查→完工清場(效果檢查)。

3.3 操作要點

(1)場地平整。在正式施工前，采用挖掘機或裝載機，配合振動碾壓機對防滲墻施工區域進行整平、壓實。

(2)測量放點。測量放點包括防滲軸線及預探預爆孔放點。首先根據設計提供的防滲墻軸線坐標點將防滲軸線放出并采用石灰明確標識，然后沿防滲墻軸線，在作業面依次用全站儀按照孔距2.0 m對預探預爆孔放樣，并作孔位標記。

(3)預探預爆鉆孔。采用A66阿特拉斯全液壓履帶式鉆機配高風壓阿特拉斯XHS485空壓機進行鉆孔，用Φ152 mm帶擴孔套同心鉆頭配Φ146 mm套管跟管方式鉆進覆蓋層成孔，基巖采用Φ110 mm鉆頭裸鉆成孔。鉆孔出渣方式為高風壓孔內反循環出渣，鉆孔深度須滿足設計要求的嵌入深度，其鉆孔要求如下：①鉆機行走到位后，調整動力頭，將鉆頭與孔位中心對正，采用水平尺校正鉆具的垂直度，垂直度滿足要求后，即可進行鉆孔施工。②鉆孔過程中按照每3 m進尺校正一次孔斜，使得鉆具在鉆進時隨時保持鉆孔垂直度至終孔，如果孔斜超出要求須及時進行糾偏。③在鉆孔過程中，由地質工程師對鉆孔速度，鉆孔內返出的巖樣等情況進行詳細觀察和記錄，并對每一鉆進段次的返出巖樣進行全面分析，判斷出覆蓋層、孤石、基巖的準確位置。

(4)PVC管下設及套管起拔。預探預爆孔鉆孔完成后，首先利用高壓風對鉆孔內的沉渣進行沖洗，沖洗完成后將Φ110 mm PVC管逐節下設至孔內，PVC管節與節之間的連接采用透明膠帶粘結，粘接的膠帶寬度不超過20 cm，粘結厚度均勻避免套管起拔時將PVC管帶出，造成鉆孔塌孔。PVC管下設完畢后先采用液壓拔管機將套管拔出，拔出后采用地質物探CT掃描技術對覆蓋層、孤石、基巖位置進行進一步復核。

(5)爆破設計。根據鉆孔資料獲得的鉆孔地質剖面圖，根據不同地層成份，將整個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炸藥，孤石段根據計算按照Φ32 mm×3藥卷全段布設，基巖段不裝藥。

(6)炸藥現場保管及制作場地。在炸藥進入現場前應確定一處炸藥保管及藥串制作場地，場地布置警示標志，警戒線并安排專人進行值班管理。

(7)炸藥領取。炸藥領取提前24 h向炸藥管理部門提出使用計劃，經批準并完善領取手續后，由專人到庫房進行領取、登記，專人負責、專車運送至現場。

(8)“藥串”制作?！八幋敝谱鞑捎谩敖壴ā笔┕すに?。“綁扎法”主要是根據爆破設計圖在藥串制作場地首先用鋼卷尺放出相應爆破孔孔深長度；然后鋪設麻繩、Φ10 mm PVC管(采用液體強力膠及接頭接長)、導爆索，麻繩及導爆索應比爆破孔深長0.5～1.0 m；最后根據爆破設計圖，將炸藥與麻繩、Φ10 mm PVC管、導爆索采用電工膠帶綁扎在一起。在“藥串”制作過程中，制作人員不得攜帶打火機、手機、對講機等進入警戒區。

(9)“藥串”下設。“藥串”加工制作完成后，采用人工運輸至孔口，沿孔內Φ110 mm PVC管緩緩下入，若遇孔內卡頓，不得猛拉猛提，應緩緩活動“藥串”慢慢下設至孔底，若因孔內掉塊等原因無法將炸藥下設至指定位置影響預爆效果的，應采取掃孔措施，待下一批次進行爆破作業；“藥串”下設至指定位置后，將藥串頂部預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”。“藥串”下設完成后，采用細砂從孔口四周灌入爆破孔內，將砂灌滿至孔口，然后用水浸潤使砂能夠逐漸沉淀密實，如此進行多次直到孔口加入的細砂能夠完全填滿預爆孔與“藥串”的空隙部位。

(11)炸藥連線、起爆。預爆孔炸藥連線采用“串聯”方式，起爆采用“電力導爆管聯合啟爆法”。

(12)安全檢查及完工清場。爆破完成后，派專人對盲炮、啞炮等進行檢查，確認安全后方可解除警戒。預爆孔爆破完成后，按照有關要求做到工完場清。

3.4 質量控制

采用超前鉆孔精準預爆技術，為快速、高效施工鉆孔設備選用大口徑高風壓沖擊鉆機進行鉆孔。為保證對巨孤漂石預探預爆的效果，其質量控制要求為：施工軸線偏差不超過±10 mm；孔位偏差不超過±20 mm；孔深偏差不超過±20 mm；鉆孔傾斜度不超過0.1%(每3 m采用水平尺校正1次)；預爆預探孔鉆孔時，必須嚴密注意地層地質變化，并做詳細記錄，確保巨孤漂石位置準確；炸藥下設至孔內應緩慢進行，防止刮碰孔壁，下設位置必須準確誤差控制在允許范圍；預探預爆施工必須按要求做好鉆孔、爆破等施工記錄。

4 實施效果

采用超前鉆孔精準預爆技術，對巨孤漂石進行預處理，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，對提高鉆孔進尺，加快成墻速度有著明顯的效果。通過技術應用前的試驗段施工工效與技術成果應用后的施工工效對比情況見表1。

表1 工效對比分析

從表1可以看出，技術成果的應用使得防滲墻成槽工效由試驗段的0.86 m2/(臺·班)提高至了1.42～1.43 m2/(臺·班)，提高率達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%(設計規范標準6%～8%)，各項檢測參數均為優良。

5 結 語

該水電站圍堰防滲墻地層巨孤漂石含量高，強度高，防滲墻施工工期緊，工程量較大，巨孤漂石地層成槽難度大，施工質量難保證。通過在圍堰防滲墻施工過程中進行有益的嘗試，對巨孤漂石地層處理工藝有針對性的改進，采用超前鉆孔精準預爆技術對巨孤漂石積極主動進行處理，較好解決了防滲墻成槽的難題。超前鉆孔精準預爆技術的特點如下：

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

(2)通過對花崗巖性塊石、巨孤漂石爆破設計的研究，對大塊石、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，同時也避免了對松散架空地層的擾動。從而既加快了施工進度，提高了施工質量，又降低了施工成本。

(3)基巖范圍采用不跟套管方式鉆進15 m，對基巖與覆蓋層的分界線進行判斷，形成補充地質勘探資料，為防滲墻正式施工時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計深度。

超前鉆孔精準預爆技術適用于從軟弱土層到漂卵石層，從風化巖層到堅硬的花剛巖等各種復雜地層中施工，尤其適用于地質條件較差，大塊石、巨孤漂石含量高的地層進行預處理，為類似條件下防滲墻優質高效施工提供了一套科學可靠的技術措施。