大型船閘基坑爆破開挖技術(shù)研究

唐 楨 李永森

(四川港航建設(shè)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(zhì)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(zhì)量和工期受掏槽質(zhì)量、炸藥布設(shè)、鉆孔定位等工序的施工情況質(zhì)量影響顯著。

為提升船閘基坑爆破開挖的施工效率、改善現(xiàn)場施工質(zhì)量，一些學(xué)者和工程技術(shù)人員進行了有針對性的研究，如萬國權(quán)[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(shù)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(tǒng)研究。

分析表明，現(xiàn)有研究成果雖在適宜的工況下取得了較好的工程建設(shè)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(zhì)量的研究成果較少。同時，現(xiàn)有工程措施和技術(shù)成果中，尚存在環(huán)境影響降低、施工效率提升、施工結(jié)構(gòu)改善、施工工藝簡化等問題亟需解決。鑒于此，為彌補現(xiàn)有技術(shù)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(shù)進行了研究。

2 工程技術(shù)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(xù)工程施工的基礎(chǔ)，其空間形狀要求較高。對于巖質(zhì)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(zhì)量產(chǎn)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(dǎo)管進行炸藥定位，易出現(xiàn)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(wěn)定性差

巖質(zhì)基坑開挖時，常常會遇到地質(zhì)構(gòu)造帶，常規(guī)的加固措施雖可滿足提升穩(wěn)定性的要求，但其施工工期較長、施工工序較為復(fù)雜。對此，如何快速提升破碎巖體的穩(wěn)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(xiàn)場施工平臺快速搭設(shè)

在鉆孔及修坡施工時，常常需搭設(shè)現(xiàn)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(xiàn)場移動難度大，且難以滿足空間位置調(diào)整的需要。

3 施工工藝原理及特點

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

2)研究技術(shù)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(shè)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(shè)難度的同時，提高現(xiàn)場的施工效率。

3)研究技術(shù)在軟弱圍巖部位設(shè)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(jié)構(gòu)的受力性狀。

4)研究技術(shù)在馬道保護層與承載平臺之間設(shè)置平臺支墩和平臺轉(zhuǎn)輪，在內(nèi)部撐桿的外撐錨板的上部和下部分別設(shè)置上撐板和下?lián)伟?，現(xiàn)場拼裝、移動方便，與馬道保護層連接牢固，可節(jié)省現(xiàn)場施工措施費用，降低引孔施工的難度。

5)研究技術(shù)提出了一種鉆孔工作平臺，該平臺在外側(cè)土體上設(shè)置坡面錨筋和平臺錨筋，在底部支撐板與外側(cè)土體之間設(shè)置板底支墩和移動轉(zhuǎn)輪；平臺與外側(cè)土體連接強度高，現(xiàn)場移動方便，并可根據(jù)施工需要動態(tài)調(diào)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(nèi)依次布設(shè)主爆孔、緩沖孔和預(yù)裂孔，并使緩沖孔和預(yù)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(shè)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(yù)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(shè)置：在馬道保護層與承載平臺之間設(shè)置平臺支墩和平臺轉(zhuǎn)輪，使承載平臺與錨固栓管連接牢固；在內(nèi)部撐桿的外撐錨板的上部和下部分別設(shè)置了上撐板和下?lián)伟?，在?nèi)部撐桿與承載平臺相接處設(shè)置撐桿連接板和撐桿螺栓；在支架鉆機與承載平臺之間設(shè)置鉆機撐桿和高程調(diào)節(jié)桿，并在鉆機撐桿和高程調(diào)節(jié)桿與承載平臺相接處均設(shè)置壓力分散板，如圖4所示。

3)掏槽施工：在掏槽區(qū)域鉆設(shè)斜向掏槽孔和豎向掏槽孔，并使斜向掏槽孔呈放射狀布設(shè)，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(qū)域，見圖5。

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

5)鉆孔工作平臺搭設(shè)：在外側(cè)土體上設(shè)置坡面錨筋和平臺錨筋，在底部支撐板與外側(cè)土體之間設(shè)置板底支墩和移動轉(zhuǎn)輪；在底部支撐板上部設(shè)置4根～6根平臺撐柱，并在相鄰的平臺撐柱之間設(shè)置連接橫桿；平臺撐柱上設(shè)置第二高程調(diào)節(jié)螺栓，與底部支撐板之間設(shè)置撐柱補強筋，與鉆孔平臺板之間設(shè)置角度調(diào)節(jié)軸和斜向固定桿；在平臺撐柱上設(shè)置連接套環(huán)；使連接定位桿底部的桿底連接環(huán)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(shè)鉆機，向馬道保護層內(nèi)鉆設(shè)水平爆破孔；采用馬道保護層上布設(shè)鉆機，鉆設(shè)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(jié)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(zhì)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(shù)研究，得到了以下結(jié)論：

1)基于工程技術(shù)問題及施工難點，進行技術(shù)創(chuàng)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(shù)；結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，對該技術(shù)的工藝原理進行分析論述。

2)結(jié)合工程實際，對研究技術(shù)的施工工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)要點進行了系統(tǒng)研究，闡明了研究技術(shù)的工程適用性和工程應(yīng)用價值。