超前钻孔精准预爆技术在防渗墙施工中的应用

李东福

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

0 引 言

目前防渗墙施工技术已较为成熟，但在遇到复杂地质条件的情况下，也不乏失败的案例。传统的混凝土防渗墙施工工艺在安全保证、施工工效等方面仍有改进的空间，尤其随着我国水电建设项目逐步转向青藏高原地区，面临高寒、高海拔、低温、缺氧的自然气候条件，再加上巨孤漂石、倒悬体及陡坎等复杂地质情况，如何安全、高效、保质保量地完成混凝土防渗墙施工，可供借鉴的工程实例较少。针对地层中的巨孤漂石常用的处理方法主要有：①小孔径浅层爆破；②槽内钻孔爆破；③槽内聚能爆破；④冲击破碎等。上述几种方式均存在钻孔难度大，孤漂石定位不准，爆破效果不理想，且槽内爆破容易对防渗墙孔壁造成扰动，易造成塌孔漏浆事故，从而影响施工工期及经济效益。

要解决这一问题，需改进优化对巨孤漂石的处理技术。基于此，课题组依托某水电站围堰防渗墙工程研发了同轴钻孔精准预探预爆技术对巨孤漂石进行超前处理，取得了很好的效果，对类似地质条件下防渗墙成槽施工具有重要的参考价值。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

某水电站装机容量为660 MW，为二等大(2)型工程。施工导流为一次全断面挡水围堰河床截流，导流洞泄流。上下游围堰为土石围堰，围堰基础防渗采用1.0 m厚混凝土防渗墙下接帷幕灌浆作为防渗体系，防渗墙嵌入基岩1.0 m。

1.2 工程地质条件

上下游围堰防渗墙基岩岩性为黑云母花岗闪长岩，呈弱风化状，岩体较完整～完整性差。围堰河床部位总体呈V形，主要为冲积漂卵石，漂石含量35%～40%，直径以0.5～2.0 m为主，大者直径可达7 m，中细砂充填其间，局部存在架空现象；巨孤漂石，岩性均一，无软弱层及分层性，岩性细密坚硬，具有很高的强度，经测试，其强度一般为180～240 MPa。

2 施工难点

(1)施工工期紧。从大江截流到防渗墙工程完成，防渗墙直线工期不到4个月，围堰防渗体系严密，工序复杂，混凝土防渗墙施工进度制约墙下帷幕灌浆和上部防渗体系施工，施工强度高。

(2)地质条件复杂，地层巨孤漂卵石含量高，且粒径大，将会出现钻具磨损严重、成槽工效低、施工质量难保证等问题。若过程中采用槽内钻孔爆破、聚能爆破或冲击破碎孤漂石，不仅对工期会有所延误，且其处理效果是否能够达到预期不得而知。

(3)项目施工时段是当年的1月～4月，项目所在地对爆破材料管理严格，零星使用爆破材料申报的过长周期影响整体施工工期。

(4)槽内爆破作业容易对孔壁造成扰动，使得槽壁稳定性差(槽壁易坍塌)，易引发槽孔漏浆塌孔等情况，二次成槽作业费时费力。另外槽孔建造完成后，还需下设接头管、预埋灌浆管及浇筑混凝土等工作，会有大量重型施工机械、施工人员频繁在槽口及附近施工作业，若槽壁不稳定(槽壁坍塌)，施工机械和作业人员安全将得不到保障。

3 超前钻孔精准预爆技术

3.1 技术原理

在防渗墙正式施工前，沿防渗墙轴线，采用大口径钻具密集钻孔，详细记录钻进速度等参数并对获得的岩样进行全分析，从而确定地层分层以及巨孤漂石位置，找准巨孤漂石位置后，采用连续不耦合方式装药，利用“电力导爆管联合启爆法”对巨孤漂石进行精准爆破作业。

3.2 施工工艺流程

超前钻孔精准预爆技术施工工艺流程为：场地平整→防渗轴线测量放点→预探预爆孔测量放点→预探预爆孔钻孔(参数记录及岩样全分析)→钻孔保护(CT地质扫描)→爆破设计→炸药现场保管及制作场地→炸药领取→药串制作→药串下设→炮眼封堵→炸药连线、起爆→安全检查→完工清场(效果检查)。

3.3 操作要点

(1)场地平整。在正式施工前，采用挖掘机或装载机，配合振动碾压机对防渗墙施工区域进行整平、压实。

(2)测量放点。测量放点包括防渗轴线及预探预爆孔放点。首先根据设计提供的防渗墙轴线坐标点将防渗轴线放出并采用石灰明确标识，然后沿防渗墙轴线，在作业面依次用全站仪按照孔距2.0 m对预探预爆孔放样，并作孔位标记。

(3)预探预爆钻孔。采用A66阿特拉斯全液压履带式钻机配高风压阿特拉斯XHS485空压机进行钻孔，用Φ152 mm带扩孔套同心钻头配Φ146 mm套管跟管方式钻进覆盖层成孔，基岩采用Φ110 mm钻头裸钻成孔。钻孔出渣方式为高风压孔内反循环出渣，钻孔深度须满足设计要求的嵌入深度，其钻孔要求如下：①钻机行走到位后，调整动力头，将钻头与孔位中心对正，采用水平尺校正钻具的垂直度，垂直度满足要求后，即可进行钻孔施工。②钻孔过程中按照每3 m进尺校正一次孔斜，使得钻具在钻进时随时保持钻孔垂直度至终孔，如果孔斜超出要求须及时进行纠偏。③在钻孔过程中，由地质工程师对钻孔速度，钻孔内返出的岩样等情况进行详细观察和记录，并对每一钻进段次的返出岩样进行全面分析，判断出覆盖层、孤石、基岩的准确位置。

(4)PVC管下设及套管起拔。预探预爆孔钻孔完成后，首先利用高压风对钻孔内的沉渣进行冲洗，冲洗完成后将Φ110 mm PVC管逐节下设至孔内，PVC管节与节之间的连接采用透明胶带粘结，粘接的胶带宽度不超过20 cm，粘结厚度均匀避免套管起拔时将PVC管带出，造成钻孔塌孔。PVC管下设完毕后先采用液压拔管机将套管拔出，拔出后采用地质物探CT扫描技术对覆盖层、孤石、基岩位置进行进一步复核。

(5)爆破设计。根据钻孔资料获得的钻孔地质剖面图，根据不同地层成份，将整个孔段划分为覆盖层段、孤石段、基岩段，覆盖层段作为爆破堵塞段不装设炸药，孤石段根据计算按照Φ32 mm×3药卷全段布设，基岩段不装药。

(6)炸药现场保管及制作场地。在炸药进入现场前应确定一处炸药保管及药串制作场地，场地布置警示标志，警戒线并安排专人进行值班管理。

(7)炸药领取。炸药领取提前24 h向炸药管理部门提出使用计划，经批准并完善领取手续后，由专人到库房进行领取、登记，专人负责、专车运送至现场。

(8)“药串”制作。“药串”制作采用“绑扎法”施工工艺。“绑扎法”主要是根据爆破设计图在药串制作场地首先用钢卷尺放出相应爆破孔孔深长度；然后铺设麻绳、Φ10 mm PVC管(采用液体强力胶及接头接长)、导爆索，麻绳及导爆索应比爆破孔深长0.5～1.0 m；最后根据爆破设计图，将炸药与麻绳、Φ10 mm PVC管、导爆索采用电工胶带绑扎在一起。在“药串”制作过程中，制作人员不得携带打火机、手机、对讲机等进入警戒区。

(9)“药串”下设。“药串”加工制作完成后，采用人工运输至孔口，沿孔内Φ110 mm PVC管缓缓下入，若遇孔内卡顿，不得猛拉猛提，应缓缓活动“药串”慢慢下设至孔底，若因孔内掉块等原因无法将炸药下设至指定位置影响预爆效果的，应采取扫孔措施，待下一批次进行爆破作业；“药串”下设至指定位置后，将药串顶部预留的麻绳采用木条绑扎后固定在孔口。

(10)炮眼封堵。炮眼封堵采用“灌砂法”。“药串”下设完成后，采用细砂从孔口四周灌入爆破孔内，将砂灌满至孔口，然后用水浸润使砂能够逐渐沉淀密实，如此进行多次直到孔口加入的细砂能够完全填满预爆孔与“药串”的空隙部位。

(11)炸药连线、起爆。预爆孔炸药连线采用“串联”方式，起爆采用“电力导爆管联合启爆法”。

(12)安全检查及完工清场。爆破完成后，派专人对盲炮、哑炮等进行检查，确认安全后方可解除警戒。预爆孔爆破完成后，按照有关要求做到工完场清。

3.4 质量控制

采用超前钻孔精准预爆技术，为快速、高效施工钻孔设备选用大口径高风压冲击钻机进行钻孔。为保证对巨孤漂石预探预爆的效果，其质量控制要求为：施工轴线偏差不超过±10 mm；孔位偏差不超过±20 mm；孔深偏差不超过±20 mm；钻孔倾斜度不超过0.1%(每3 m采用水平尺校正1次)；预爆预探孔钻孔时，必须严密注意地层地质变化，并做详细记录，确保巨孤漂石位置准确；炸药下设至孔内应缓慢进行，防止刮碰孔壁，下设位置必须准确误差控制在允许范围；预探预爆施工必须按要求做好钻孔、爆破等施工记录。

4 实施效果

采用超前钻孔精准预爆技术，对巨孤漂石进行预处理，破坏了巨孤漂石的整体性，改善了孤石表面光滑度，提高了地层的均匀性，使冲击钻头有了充分的着力点，对提高钻孔进尺，加快成墙速度有着明显的效果。通过技术应用前的试验段施工工效与技术成果应用后的施工工效对比情况见表1。

表1 工效对比分析

从表1可以看出，技术成果的应用使得防渗墙成槽工效由试验段的0.86 m2/(台·班)提高至了1.42～1.43 m2/(台·班)，提高率达65.12%～66.28%。施工工效的提高使得该水电站围堰防渗墙工程较合同工期提前18 d完成，且槽孔孔斜率小于3%(设计规范标准6%～8%)，各项检测参数均为优良。

5 结 语

该水电站围堰防渗墙地层巨孤漂石含量高，强度高，防渗墙施工工期紧，工程量较大，巨孤漂石地层成槽难度大，施工质量难保证。通过在围堰防渗墙施工过程中进行有益的尝试，对巨孤漂石地层处理工艺有针对性的改进，采用超前钻孔精准预爆技术对巨孤漂石积极主动进行处理，较好解决了防渗墙成槽的难题。超前钻孔精准预爆技术的特点如下：

(1)沿防渗墙轴线采用高风压冲击钻机跟导管钻进，通过对孔口返出渣样以及钻进速度确定花岗岩性大块石、巨孤漂石位置，从而有效解决了预探孔钻孔工程量大，施工时间长，大块石、巨孤漂石位置判断不易等诸多施工技术难题，使得施工工效大为提高，工期效益明显。

(2)通过对花岗岩性块石、巨孤漂石爆破设计的研究，对大块石、巨孤漂石部位及其余部位药量采用差量布置，有效解决了大块石、巨孤漂石的解爆，同时也避免了对松散架空地层的扰动。从而既加快了施工进度，提高了施工质量，又降低了施工成本。

(3)基岩范围采用不跟套管方式钻进15 m，对基岩与覆盖层的分界线进行判断，形成补充地质勘探资料，为防渗墙正式施工时基覆分界线确定提供可靠的参考资料，确保防渗墙体嵌岩设计深度。

超前钻孔精准预爆技术适用于从软弱土层到漂卵石层，从风化岩层到坚硬的花刚岩等各种复杂地层中施工，尤其适用于地质条件较差，大块石、巨孤漂石含量高的地层进行预处理，为类似条件下防渗墙优质高效施工提供了一套科学可靠的技术措施。