大型船閘基坑爆破開挖技術研究

唐 楨 李永森

(四川港航建設工程有限公司，四川 成都 610041)

1 概述

在船閘基坑開挖施工時，時常會遇到巖質邊坡開挖問題，工程中通常采用爆破開挖以提高施工效率。工程實踐表明，爆破開挖施工質量和工期受掏槽質量、炸藥布設、鉆孔定位等工序的施工情況質量影響顯著。

為提升船閘基坑爆破開挖的施工效率、改善現場施工質量，一些學者和工程技術人員進行了有針對性的研究，如萬國權[1]、戴會超[2]、王青屏[3-5]、劉利軍[6]、陳和勇[7]、陳德志[8]、王國強[9]、劉金和[10]、余明昌[11]等從不同角度對爆破開挖技術進行研究；羅鵬飛[12]、潘中清[13]、段瑞超[14]、佟錦嶽[15]、劉利軍[16]、盧文波[17]等對爆破開挖影響因素及控制指標進行了系統研究。

分析表明，現有研究成果雖在適宜的工況下取得了較好的工程建設效果，但研究主要針對巖石爆破本身，從工程施工全過程角度改善爆破施工質量的研究成果較少。同時，現有工程措施和技術成果中，尚存在環境影響降低、施工效率提升、施工結構改善、施工工藝簡化等問題亟需解決。鑒于此，為彌補現有技術的不足，文章以工程為對象、工藝為核心，對大型船閘混凝土澆筑技術進行了研究。

2 工程技術問題及施工難點

2.1 爆破孔精確定位難度大

船閘基坑開挖是后續工程施工的基礎，其空間形狀要求較高。對于巖質基坑工程，常涉及爆破孔空間定位、孔深及走向精確控制等問題，超限偏差必然會對爆破施工質量產生不良影響。

2.2 炸藥安放及定位問題

炸藥安放施工時，通常借助炸藥放置導管進行炸藥定位，易出現炸藥定位深度不準確、炸藥封堵難度大等問題；同時，多種類型爆破材料分步填充，其工作效率難以提升。

2.3 局部破碎巖體穩定性差

巖質基坑開挖時，常常會遇到地質構造帶，常規的加固措施雖可滿足提升穩定性的要求，但其施工工期較長、施工工序較為復雜。對此，如何快速提升破碎巖體的穩定性、縮短工程施工工期是基坑爆破施工時亟需解決的一個工程問題。

2.4 現場施工平臺快速搭設

在鉆孔及修坡施工時，常常需搭設現場施工平臺。目前工程中通常采用滿堂腳手架，其施工工期較長、現場移動難度大，且難以滿足空間位置調整的需要。

3 施工工藝原理及特點

1)在待開挖土層內依次布設主爆孔、緩沖孔和預裂孔，并使緩沖孔和預裂孔的長度小于主爆孔，可形成組合爆破系統，全面提升爆破施工效果。

2)研究技術采用定位條板圍合成水袋、炸藥和炮泥的存放空腔，并且在不同材料分界處設置了橫向分割板和定位箍板，可在降低爆破材料定位和布設難度的同時，提高現場的施工效率。

3)研究技術在軟弱圍巖部位設置補強注漿管、表層固化體和補強壓板，可從多個角度增強軟弱圍巖的整體性，改善邊坡結構的受力性狀。

4)研究技術在馬道保護層與承載平臺之間設置平臺支墩和平臺轉輪，在內部撐桿的外撐錨板的上部和下部分別設置上撐板和下撐板，現場拼裝、移動方便，與馬道保護層連接牢固，可節省現場施工措施費用，降低引孔施工的難度。

5)研究技術提出了一種鉆孔工作平臺，該平臺在外側土體上設置坡面錨筋和平臺錨筋，在底部支撐板與外側土體之間設置板底支墩和移動轉輪；平臺與外側土體連接強度高，現場移動方便，并可根據施工需要動態調整頂部高程和傾斜角度。

4 施工工藝流程與操作要點

4.1 施工工藝流程

大型船閘基坑爆破開挖施工工藝流程如圖1所示。

4.2 操作要點

1)組合爆破施工：在待開挖土層內依次布設主爆孔、緩沖孔和預裂孔，并使緩沖孔和預裂孔的長度小于主爆孔；采用定位條板和定位箍板圍合形成炸藥、水袋和炮泥的裝設空腔；采用水壓組合爆破施工工藝進行爆破施工，并通過控制緩沖孔和預裂孔的深度和炸藥用量，爆破形成馬道保護層和留置保護層，見圖2，圖3。

2)掏槽輔助裝置設置：在馬道保護層與承載平臺之間設置平臺支墩和平臺轉輪，使承載平臺與錨固栓管連接牢固；在內部撐桿的外撐錨板的上部和下部分別設置了上撐板和下撐板，在內部撐桿與承載平臺相接處設置撐桿連接板和撐桿螺栓；在支架鉆機與承載平臺之間設置鉆機撐桿和高程調節桿，并在鉆機撐桿和高程調節桿與承載平臺相接處均設置壓力分散板，如圖4所示。

3)掏槽施工：在掏槽區域鉆設斜向掏槽孔和豎向掏槽孔，并使斜向掏槽孔呈放射狀布設，通過斜向掏槽孔和豎向掏槽孔進行爆破開挖施工，形成掏槽區域，見圖5。

4)軟弱圍巖加固施工：在軟弱圍巖部位設置補強注漿管、表層固化體和補強壓板；補強壓板的兩側通過連接錨筋與外側土體連接牢固；自馬道保護層向下沿豎直方向或斜向鉆設補強注漿管，并在補強注漿管的外側設置管外注漿體，如圖6所示。

5)鉆孔工作平臺搭設：在外側土體上設置坡面錨筋和平臺錨筋，在底部支撐板與外側土體之間設置板底支墩和移動轉輪；在底部支撐板上部設置4根～6根平臺撐柱，并在相鄰的平臺撐柱之間設置連接橫桿；平臺撐柱上設置第二高程調節螺栓，與底部支撐板之間設置撐柱補強筋，與鉆孔平臺板之間設置角度調節軸和斜向固定桿；在平臺撐柱上設置連接套環；使連接定位桿底部的桿底連接環與坡面錨筋連接。

6)馬道保護層開挖：在鉆孔工作平臺上布設鉆機，向馬道保護層內鉆設水平爆破孔；采用馬道保護層上布設鉆機，鉆設豎直爆破孔；同步通過水平爆破孔和豎直爆破孔進行爆破施工，見圖7。

5 結語

受諸多不確定性因素影響，大型船閘基坑爆破開挖的施工質量和工期一直是工程施工控制的難點。文章針對大型船閘基坑爆破開挖施工的實際情況，進行了有針對性的技術研究，得到了以下結論：

1)基于工程技術問題及施工難點，進行技術創新，形成了一套較為完善的大型船閘基坑爆破開挖施工技術；結合現有技術，對該技術的工藝原理進行分析論述。

2)結合工程實際，對研究技術的施工工藝流程和關鍵技術要點進行了系統研究，闡明了研究技術的工程適用性和工程應用價值。