平台置换钻爆开挖法在河道水下开挖的应用尹科宇

尹科宇

摘要：为解决河道水下浅层石方开挖，结合施工条件和当地渔业环保等部门的要求，经组织专家现场考察论证后，DONSAHONG水电工程项目采用了“平台置换钻爆开挖法”施工方案开展河道水下石方开挖，通过工艺试验验证后取得了很好的效果，满足了各方要求。为以后同类水下开挖施工提供了方案参考。

关键词：平台置换钻爆开挖法河道水下开挖

1工程概况

DONSAHONG水电工程项目位于老挝Champasak省境内湄公河干流老柬边界孔恩瀑布右一支名为HouSahong的河道上。为加大库区发电引水流量，设计降低了原河床底高层，为此需进行水下石方开挖施工，水下石方开挖主要为HouSahong入口暗礁水下石方开挖，H.Sahong入口暗礁开挖长约350m，宽约160m，深约5～7m。根据观测记录显示，旱季湄公河在DonPuay岛处的水位高程72.50m,暗礁初露高程不高于71.00m。开挖底板高程分别为66m和67m，开挖方量约16.5万m3。岩性主要为玄武质凝灰岩。

2工程特点

2.1河床狭窄，水流湍急，暗礁多，平均水深3m左右，大船航行条件较差。

2.2水下石方开挖深约5～7m，爆破及开挖深度较浅，长臂挖掘机可用于石方出渣开挖。

2.3开挖区在上游围堰上游侧，围堰顶面为泥结碎石路面，路面宽度不小于8m，交通便利。围堰下游库区河床正在进行石方开挖，有充足的石渣可做河道开挖钻爆平台用料，同时可延水流方向拓宽施工作业面。

2.4在石渣填筑平台上易于开展施工，提高效率，且方便安全管理及紧急撤离。

2.5当地渔业环保等部门要求尽量减小水下开挖作业对周围村民生活环境及渔业生态的影响。

3开挖方案选定

“平台置换钻爆开挖法”即在上述工程特点情况下，初始采用石渣回填形成钻孔作业平台，然后在平台上进行水下岩石爆破，此后的爆破作业平台采用已爆石渣扩展作业面，以先扩展后退缩作业平台的方式进行水下岩石爆破开挖。

3.1运输道路

为减少对河道水流断面的影响，尽可能降低雍高水位，在枯水期已在河道中修建了贝雷桥桥台，架设了贝雷桥，便于向河道中填筑石渣，形成运输通道和钻爆作业初始平台。从上游围堰右岸修建施工道路L1至贝雷桥，过贝雷桥后在拟开挖区域延水流顺长方向回填石渣，形成L2道路，运输道路即为:L1道路—贝雷桥—L2道路。

3.2开挖方案

水下开挖区水位较浅，平均水深3m左右。开挖方案采用石渣顶高程高于枯水期水面不小于20cm，在回填石渣上采用跟管钻机、跟管钻进至基岩顶部，再换为正常基岩造孔、爆破，即将水下开挖变为半干地、半水下的方式进行开挖。对爆破后局部欠挖和回填石渣回填不到的区域（临边三角区）则采用移动平台进行水下钻孔爆破。爆破后石渣采用长臂挖掘机挖出后钻运至下一个开挖区工作面，填筑钻爆作业平台。采用后退法逐步缩小水下开挖区，完成河道水下石方开挖任务。

4主要施工步骤

水下测量→确定开挖道路规划→爆破试验区试验→按爆破参数和规划开展水下开挖→测量开挖效果→处理局部欠挖及优化施工参数→复测合格后进行下一工作面→石渣挖填与转运→完成开挖任务

4.1水下测量

水下测量主要分为两部分,施工前爆破开挖区域的水下地形复测和爆破施工后的过程测量。

4.1.1平面定位测量

控制点平面测设采用静态GPS测量，控制点高程采用水准测量，精度满足相关要求。平面定位采用独立坐标系，高程系统采用当地高程基准。各项转换参数根据已知控制点数据情况确定。

4.1.2水下地形测量

根据测区地形地貌，设计规划测量航线。顺河方向平行布置主测线，线距10～20m，垂直主测线方向布置一定数量的纵测线。测深仪测水底高程。水下地形点的采集密度以能显示出水下地形特征为原则。水下地形点点距为5～15米。水下地形变化复杂区域适当缩短测深仪采集点距或加密测线以反映地形特征，满足水下地形等高线的勾绘。对于测量船不能到达的浅水区域由测量人员直接测量。

4.2水下石方爆破及开挖

爆破试验区选定的原则是：能代表施工区的地质地形，临建工作量较小，对周围安全环境影响较小，能尽快的投入整体爆破施工。根据项目特点初步选定爆破试验区为离运输出口最远上游段，面积为600㎡左右，此段地质条件与整区内相似。通过试验确定了钻爆施工参数，优化了施工方案。

4.2.1钻孔平台

先行爆破段钻孔平台主要分为两种，回填区钻孔平台和三角区钻孔平台。回填区钻孔平台利用回填石渣形成平台，修整推平，具备移动液压钻机工作条件。三角区钻孔采用水上浮船和拖船形成移动钻孔平台，在浮船船舷处加工2～3处操作平台，并将钻机机头垂直水面方向固定。移动平台上焊接4处锚固桩，石渣平台每4m处钻孔并下设Φ90钢管形成地锚桩，通过Φ90钢管连接地锚桩和锚固桩形成三角固定钻孔平台。

4.2.2钻孔

根据爆破试验方案的炮孔间、排距确定钻孔点。石渣平台采用阿特拉斯D50钻机；移动平台采用无锡-70钻机，钻机孔径90-100mm，角度垂直水平面90度。石渣回填层和三角区水中均采用φ110mm无缝钢管跟管钻进，进入岩石后停止跟管钻孔更换为基岩钻孔，钻进至设计孔深后停止钻孔并起钻，起钻完成后下设直径90～95mm的PVC管，长度高出平台20cm，孔口做简易保护，防止异物堵塞钻孔。

爆破装药前使用拔管机将无缝钢管拔出。钻孔标准孔深为孔口至设计开挖底高程，为了达到预定的爆破效果，消除爆破区域内会因爆破漏斗对岩石的实际爆破效果影响，区域内超深暂按1m控制。钻孔采用梅花形布置，暂定参数为炮孔间距a=2.0m炮孔排距b=2.0m。每一循环3-5排孔。

4.2.3爆破

采用防水性能较好的乳化炸药，药卷直径90mm，长度200-500mm。孔内采用非电毫秒延期导爆管雷管（1-9段），为保证100%起爆成功，单孔并联两只，选择电雷管作为起爆元件。起爆方式采用排间微差爆破减震方式，排间微差延时时间选择段差为1ms，即多排孔分别采用1、2、3……段。爆破网路采用导爆管雷管并串联网路，以确保微差网路的实现，起爆仪起爆。各钻孔内采用不间隔装药形式。

本工程水下爆破的炸药单耗为1.5Kg/m3。药包的加工在铺有木板的房间内进行，用竹片把药柱夹好、绑紧，安装2个导爆管雷管,最后用胶带把导爆管与炮绳绑扎在一起缓慢放入预定孔深。炮孔堵塞材料为米石及粗砂混合物，堵塞长度大于1m。待整个爆破区装药全部完成后，水中孔通过小船为交通工具，将所有导爆管按设计网络进行连接。起爆前把施工设备移到安全起爆距离之外，警戒人员发回警戒范围安全信号后，在确认安全后方可起爆。

4.3石方挖填与转运

水下岩石在爆破后，采用长臂挖掘机挖运爆破石渣，转运至相邻开挖工作面，用推土机尽快形成新的钻爆平台，进入下一循环钻爆施工。采用“平台置换钻爆开挖法”逐步扩大钻爆平台，展开开挖工作面。当爆破石渣与工作面用料趋于平衡后，采用后退法逐步缩小水下开挖区，将石渣转运出开挖区直至完成河道水下石方开挖。

5施工重点与难点

5.1石渣填筑L2道路及钻爆平台的合理规划，最大限度降低外来石渣填方方量。

5.2采用刚性三角固定法固定船载移动平台钻点的水平定位，防止较大的水平位移造成折断钻杆事故。

5.3无回填石渣陡岩段陡岩开孔过程中，如操作人员经验不足，极易造成溜钻或者破坏套管的情况发生。实际操作中，开钻前将钻头抵紧陡岩后锁止前进液压，旋转马达低档旋转，冲击器有规律的间断冲击，直至将陡岩段冲击出凹槽，再正常钻进，工人技术水平和施工经验很重要。

6结语

根据本项目的工程特点采用“平台置换钻爆开挖法”顺利的完成了河道水下石方开挖任务。因方案设计合理提前2个月完工节省了成本投入，提高了经济效益。水下石方采用多孔小药量方法爆破，最大限度降低了对当地村民的影响，施工中没有村民阻工事件发生。本方案适合本项目的特点，可为以后同类施工项目提供借鉴参考。