深水復雜結構淤泥層擾動爆破排水孔施工關鍵技術

付建國，李 江

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 工程概況

劉家峽洮河口排沙洞及擴機工程巖體段位于進水口的最前端，與水平面呈45°夾角。巖塞口最大水深70.0m，平均淤泥層厚30.0m，巖塞體下部直徑為10.0m，最大外部直徑為21.6m，巖塞最小厚度為12.3m，爆破體量大，深厚淤泥層多年固結，整體沖刷啟動難度大，爆破技術復雜，施工難度大。該工程共布置4個排水孔（見圖1），孔內安裝Φ200mm軟式透水管，孔入巖1m。

圖1 淤泥排水孔位置示意圖（單位：m）

工程地質條件：水下現(xiàn)代沖積淤積層頂面高程1702～1692m，厚度11～58m，呈緩坡狀，大部分地段由岸邊向主河槽逐漸降低，再向洮河口方向呈緩坡狀逐漸抬高趨勢。進口巖塞段出露地層巖性主要為前震旦系的深變質巖、第四系松散淤積物。

2 技術關鍵點和施工重難點

（1）為確保淤泥擾動爆破效果，排水孔精確定位和孔斜率（不大于1%）是工程的技術關鍵點和施工重難點。（2）作業(yè)區(qū)域為劉家峽旅游船只通道，鉆機工作平臺穩(wěn)定是工程的重點。（3）排水孔嵌深基巖以下1m，鉆孔精度控制是工程的技術關鍵點和施工重點。（4）排水孔孔徑大，鉆孔成孔施工難度大。

3 施工布置

3.1 施工平臺布置

自主研發(fā)的環(huán)保型箅式平臺尺寸：12m×9m（長×寬）。平臺的起拋錨工作，由租用的游船來完成。平臺距左岸最近距離約25m，錨頭距左岸最遠距離約100m，為防止錨繩對過往船只行駛安全造成威脅，平臺距左岸約70m左右，用紅色浮漂構筑一道施工警戒線。

3.2 施工通道

在左岸與平臺之間搭建浮橋，作為人員、材料運輸通道。

4 施工方法

4.1 排水孔施工方案總述

利用自主研發(fā)的箅式平臺，穩(wěn)定性高，實現(xiàn)一次定位便可完成全部鉆孔的實施任務。采用鋼套管疊加保護的鉆孔技術，使用地質鉆機鉆孔施工，RTK測量放樣孔位和測斜儀量測孔斜率。

4.2 排水孔鉆孔施工要求

（1）排水孔孔口位置準確測定，經常校核，孔斜不大于1°。（2）排水孔孔深應鉆至基巖面或基巖面以下1m，具體孔深根據(jù)孔內淤積情況進行調整，滿足設計圖紙技術要求。（3）套管最小內徑應大于200mm，采用內平結構，套管應下至基巖面。（4）鉆機底盤及水上平臺應固定牢靠，不受水流、風浪、水位升降而產生明顯擺動或位移。（5）安裝透水管前，對于鉆孔要進行清孔處理，保證透水管順利下放；透水管就位后，對其水上部分要采取可靠的固定措施，防止透水管傾倒入水中，孔口采用塑料編織袋封堵作為臨時封堵措施，防止墜物堵塞套管。

4.3 施工方法

（1）φ325mm套管下放通過設在平臺上與各鉆孔相對應的鉆孔定向導正器，下入外徑為φ325mm的套管，套管采用外平結構，下入淤泥面以下10m左右，利用高精度測斜儀及鉆孔定向導正器進行調整，保證φ325mm套管偏斜角度控制在0.3°以下，孔口利用特制管夾夾緊固定。

（2）φ273mm鋼套管安裝。在φ325mm套管內下入φ273mm套管，當φ273mm下至硬層后，利用φ220mm鉆具鉆至淤泥面以下20m，再利用拍套管的方法將φ273mm跟至淤泥面以下20m，孔口利用特制管夾夾緊固定。

（3）φ245mm鋼套管安裝。在φ273mm套管內下入φ245mm套管，利用φ220mm鉆具鉆至基巖面或基巖面以下并將φ245mm套管拍至基巖面。

（4）套管沉積物打撈。利用無泵鉆具和抽筒鉆具清理φ245mm套管內的沉積物，保證沉積厚度小于1m。

（5）遇孤石時的施工方法。當下套管過程中遇到大孤石，套管無法下入時，利用φ220mm金剛石鉆具鉆穿孤石，下入φ219mm套管并跟至基巖面。各規(guī)格套管安裝過程中，保證其呈垂直狀態(tài)后，迅速下放，使其插入庫底淤積層中，當鋼套管在淤積層下降緩慢時，利用鉆機卷揚反復上下起放鋼套管，靠沖擊力使其下入淤積層相對較穩(wěn)定處或設計深度，利用高精度測斜儀測量鋼套管在管中部及底部的偏斜和彎曲情況，只有垂直度滿足技術要求后，才可固定鋼套管，進行下一道施工工序。不滿足技術要求時則需起出套管重新下入直至合格為止。套管間采用絲扣連接，連接處采取適當?shù)姆烂摽鄞胧捞坠苊撀?，造成鉆探事故。

（6）淤積層鉆進技術參數(shù)。主要鉆進技術參數(shù)如下：轉速為300～500r/min；泵量≥100L/min；泵壓為0.3～0.5MPa；鉆壓為1～2kN（考慮鉆桿重量，孔深時，應進行減壓鉆進）。鉆進過程中如發(fā)現(xiàn)鋼套管松動，需根據(jù)實際情況加接鋼套管。鉆進過程中隨時進行鉆孔孔斜測量，發(fā)現(xiàn)孔斜過大，需及時采取相應的糾斜措施進行糾斜。

（7）基巖鉆進。到基巖面后，換金剛石鉆頭鉆進至設計孔深。巖塞口處基巖與覆蓋層接觸面很陡，坡度為65～85°，為防止“順層跑”情況發(fā)生，當鉆進到基巖面時，必須采用長鉆具、低軸壓、慢轉速、小泵量等鉆進工藝，同時控制進尺速度，鉆進20cm左右后，方可正常鉆進。金剛石基巖鉆進主要參數(shù)如下：轉速為180～800r/min；泵量為80～100L/min；泵壓為0.3～0.5MPa；鉆壓為2～3kN（考慮鉆桿重量，孔深時，應進行減壓鉆進）。

（8）施工測斜擬采用上海地學儀器研究所生產的KXP-2D（M）型數(shù)字羅盤測斜儀進行鋼套管和孔底頂角和方位角的測斜。該測斜儀采用重力加速度傳感器測量鉆孔頂角，采用巨磁效應磁阻傳感器測量大地磁場及鉆孔方向的磁矢量。其主要技術指標為①頂角測量范圍為±45°；②頂角測量精度為±0.1°；③方位角測量范圍為0～360°；④方位角測量精度為±2°。施工過程中對鋼套管、鉆孔孔身及孔底進行多點測斜，測量工作由經過測量培訓的技術值班員按操作規(guī)程完成，并做好測斜記錄，確保鋼套管及鉆孔偏斜資料的準確性。

（9）施工測量采用上海華測導航技術有限公司生產的華測M500型RTK進行施工放孔及終孔驗收。測量人員需嚴格按測量技術規(guī)范進行測量工作。

（10）只有終孔排水孔孔深和孔斜率均達到了設計要求，才能確定終孔，再聯(lián)合監(jiān)理現(xiàn)場進行驗收。

（11）當排水孔鉆孔驗收合格后安裝軟式透水管。在透水管下部端頭處拴掛鋼球，確保透水管下放至排水孔孔底。

5 施工質量控制措施

5.1 施工管理措施

鑒于巖塞爆破的重要性和特殊性，管理現(xiàn)場施工十分關鍵，必須合理安排、精心組織、精心施工。

（1）為確保巖塞爆破安全與成功，需成立排水孔施工小組、應急小組。排水孔施工小組：解決相關技術問題，指導方案實施，確保每個排水孔施工精度。應急小組：負責鉆孔中一切意外事件處理工作。

（2）狠抓制度建設與落實。做好巖塞爆破工程，制度是保障，也是關鍵。施工過程中著重抓好制度建設與制度的落實。一是根據(jù)項目管理的需要整理出一套系統(tǒng)、完整、全面、細致的規(guī)章制度體系，作為依規(guī)辦事的依據(jù)，尤其注意以下四個方面：①項目組織機構設置、部門分工、崗位說明；②質量、安全等各項專業(yè)管理制度；③施工作業(yè)指導書；④評審后的相關指導性文件。二是在實施管理制度的過程中，把重點放在制度的實施、檢查落實到位方面，將“自檢”與“互檢”相結合，把每個作業(yè)與管理人員具有或承擔的“互檢”工作作為自檢的任務之一，這樣人人都自覺查看自己責任范圍和關聯(lián)部門崗位的問題，一旦發(fā)現(xiàn)，馬上解決，保證各部門在不增加管理成本的情況下能夠更加高效地運轉。

5.2 質量控制措施

為保證施工質量，必須嚴格按規(guī)范及設計要求進行施工，現(xiàn)場設立專門質量檢查機構，實行“三檢”制度，對施工工藝和施工過程進行全面控制。加強測量、實際監(jiān)測等手段，確保施工質量滿足設計要求。

（1）人員準備：合理和有效的人員配備是完成本工程的決定性因素，精干的專業(yè)爆破施工隊伍是安全、順利、按期完成本工程的關鍵所在。

（2）施工場所、機具準備：排水孔設計要求高、工程復雜、施工難度大。施工前檢查所有機具的性能狀況。

（3）技術準備：施工前組織有關技術、施工人員閱讀設計技術要求和圖紙要求，做好詳細的技術交底。

（4）排水孔施工質量控制措施：水下排水孔鉆孔位置應準確測定，經常校核，為保證爆破精度和效果，要求排水孔的孔斜控制不大于1%，及時向現(xiàn)場監(jiān)理工程師提供每孔的坐標、測斜數(shù)據(jù)。水下鉆孔應嵌深基巖以下1m。鉆機工作平臺固定牢靠，不受水流、風浪、水位升降而產生擺動或位移。

6 結束語

深水下巖塞爆破排水孔鉆孔成孔施工技術科學合理，充分考慮水流流速、旅游過往船只等因素對鉆孔精度的影響，經實施，取得了良好的效果，積累了以下經驗：（1）排水孔孔斜率要求特別高，必須確保鉆孔精度。（2）充分考慮周圍環(huán)境對施工的影響，設計制作穩(wěn)定的作業(yè)平臺是首要任務。（3）在水上作業(yè)，制訂安全措施和應急預案，并在施工前進行安全技術交底。（4）每道工序施工前都必須在同工況地區(qū)進行試驗，試驗成功后才能進行巖塞爆破施工。