桓仁引水工程巖塞爆破試驗鉆孔施工方案研究

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，選擇試驗段進行模擬試驗。爆破試驗段位于桓仁引水工程施工五標13號支洞下游及14號支洞上游之間，主洞樁號87+600～87+630段。爆破試驗段總長30.0m，設(shè)計開挖洞徑8.0m，預(yù)計共需進行3次爆破試驗。其中，第1次爆破試驗段長5.5m，爆破完成后對掌子面進行清理，準備第2次爆破試驗（試驗段5.5~11.0m）；第2次爆破試驗后采用常規(guī)鉆爆破法開挖洞室，直至留下11.0m作為貫通試驗段，最后進行貫通爆破試驗。鉆孔施工是整個巖塞爆破順利貫通的基礎(chǔ)，試驗?zāi)M正式巖塞施工，進一步對鉆孔施工全過程進行演練，對鉆機選型進行研究，對鉆孔精度進一步檢驗。同時，針對正式巖塞施工過程出現(xiàn)的打穿涌水狀況，對堵水用充水式橡膠止水塞性能進行檢驗。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段巖塞爆破試驗爆破施工于2014年8月13日完成。爆破試驗鉆孔選擇在第2次巖塞爆破試驗段，爆破施工位置為樁號87+606～87+614，第2次炮孔布置在第1次爆破效果基礎(chǔ)上加以改進和優(yōu)化進行布置，炮孔分布見表1。

表1 爆破試驗鉆孔布置分布 個

3 鉆機選型

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

經(jīng)綜合比較，爆破試驗鉆孔施工選用QZJ100B潛孔鉆機，相對于液壓鉆結(jié)構(gòu)簡單、移動方便、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 施工前準備

第1次巖塞試驗爆破后，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，同時為方便QZJ100B鉆機施工，對巖塞掌子面前進行擴挖處理。對鉆機擺放位置采用YT-28手風鉆按常規(guī)洞室開挖方法爆除，擴挖部分洞身擴挖長為6.0m，擴挖輪廓為除正頂拱120°范圍內(nèi)擴挖1.5m，其余整體擴挖0.5m。出渣采用1m3液壓反鏟配合3臺20t自卸汽車運輸至13號洞渣場。處理爆破完成后，及時對洞室進行錨噴支護。

4.2 腳手架搭設(shè)

由于作業(yè)面較高和固定鉆機需要，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度、剛度和穩(wěn)定性。由于鉆機鉆孔時，振動較大，為保證腳手架的穩(wěn)定性及安全性，須對腳手架進行合理設(shè)計，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扣件松動情況進行排查，發(fā)現(xiàn)松動情況及時處理。鉆孔過程中，必要時對鉆機周圍腳手架進行加密處理。

4.3 測量放點

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

4.4 樣架安裝、放點

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。安裝過程中嚴格控制樁號，保證各圈樣架共面且與洞軸線垂直。安裝完成后，測量人員在樣架上放出后視點，樣架放點時每個后視點都要用油漆做好標記，樣架標識牌掛設(shè)用細鐵絲綁扎牢固，避免因固定不牢造成標識牌位置移動，影響鉆孔角度。樣架安裝期間測量監(jiān)理全程跟蹤，鉆孔施工期間測量人員每天對樣架進行校核。

4.5 鉆孔施工

1）鉆機規(guī)格及人員配備

施工采用3臺QZJ100B潛孔鉆機（配備2臺風動鉆機、1臺電動鉆機），鉆頭直徑90mm，鉆桿直徑50mm，鉆頭和沖擊器長1.1m，每根鉆桿長1.0m。鉆孔順序為掌子面由下往上。施工過程中，每個班組配備5名有多年操作經(jīng)驗的潛孔鉆操作手，確保鉆孔質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

2）鉆機定位

用2t導(dǎo)鏈移動鉆機，鉆頭中心對準掌子面測量放點位置，確定開孔位置，調(diào)整鉆機對準樣架后視點。針對第1次爆破試驗暴露出鉆孔孔斜偏大的問題，現(xiàn)對鉆機進行合理化改裝，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。

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

圖1 改裝后鉆機縱剖面圖

3）鉆機固定

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

4）開孔驗收

開孔驗收是對預(yù)鉆孔孔位、擺鉆角度的驗收?，F(xiàn)場質(zhì)檢員自檢完成后通知監(jiān)理工程師、爆破設(shè)計人員進行現(xiàn)場開孔驗收，將驗收數(shù)據(jù)寫入鉆孔情況聯(lián)合驗收表中，驗收合格后方可開鉆。開孔時緩慢進尺，以防止孔口處巖石崩塌掉落，以保證開孔位置的準確。開孔鉆進0.3m，鉆工用水平尺和坡度儀復(fù)核鉆機擺放水平角度，用后視點校核鉆機成孔后角度，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)計孔深后挪鉆，進行下一個孔的擺鉆，下一個孔開孔驗收期間，對上一個循環(huán)鉆孔孔深進行驗收，驗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。現(xiàn)場人員記錄鉆孔時間、實際孔深、有無卡鉆塌孔，并把鉆孔相關(guān)情況準確詳細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，須加強事前控制，具體措施：開孔過程中緩沖擊、慢進尺，保證開孔質(zhì)量，進尺0.3m后對鉆孔方位進行復(fù)核，如無串孔隱患繼續(xù)鉆進，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時退出鉆桿；相鄰成孔處插入4.0m長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，則對被破壞的成孔進行高壓風水清洗，吹出破碎石塊。

2）偏差過大孔處理

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

3）鉆孔深度控制

針對第1次試驗鉆孔超深問題，為了確保炮孔孔底的樁號一致，避免過度超深，根據(jù)鉆孔前的測量記錄，距離孔底1.0m時調(diào)整鉆進速度，小沖擊緩進尺，盡量避免對軟弱夾層的破壞，防止卡鉆狀況發(fā)生，并加密測量頻率，確保鉆孔的準確性。驗收人員對施工工人加強督促，使之引起高度重視。在開孔驗收同時對上一循環(huán)成孔進行孔深驗收，發(fā)現(xiàn)問題及時予以糾正。

4）堵水演練

針對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，試驗要對堵水設(shè)備進行性能測試，檢驗其是否能滿足巖塞炮孔堵水要求。堵水試驗產(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。當止水塞內(nèi)水壓力達到4～5MPa時，導(dǎo)水管與橡膠止水塞自動斷開，堵水完成。鉆孔期間，通過試驗對該產(chǎn)品性能參數(shù)進行進一步確認。

5 成孔驗收

5.1 驗收要求

由監(jiān)理工程師組織每天對完成孔進行聯(lián)合驗收，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 驗收內(nèi)容和方法

成孔驗收主要內(nèi)容包括。

1）孔徑驗收。采用游標卡尺進行測量，并將測量成果記錄在驗收表格上。

2）孔深驗收。用φ32厚壁塑料管測量實際孔深。塑料管總長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記，在4.5，5.5，7.5，8.5m處綁纏綠色防水膠帶做出標記?？咨顪y量過程中入孔塑料管不打彎。

3）孔斜驗收。第1次試驗采用長度為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，外露部位不下垂。測量激光點在外露PPR管上打2個點，打在外露管的紅線上，以保證激光所打2個點在同一直線上。根據(jù)2個點的高程、樁號、半寬的差值計算出孔斜，并據(jù)此測量數(shù)據(jù)的高程、半寬差值計算出偏差值。第2次試驗采用長度為6.0m，直徑為90mm不銹鋼管。驗孔前用高壓風水將炮孔沖洗干凈，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量和計算方法與第1次相同。

4）孔口位置驗收。測量時直接向孔口上下左右分別打點，通過4個點的相對坐標確定鉆孔中心位置。驗收完成，及時對驗收數(shù)據(jù)進行匯總整理。