混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》是中國水利水電建設集團公司完成的建築類施工工法，完成人是蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、宋偉、郭宏波。該工法適用於含有堅硬漂（塊）石的不均勻覆蓋層和需要嵌入堅硬基岩的混凝土防滲牆施工。

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》主要的工法特點是：鑽孔預爆由於周圍介質約束較強，爆破效果最好，但成本最高；槽內鑽孔爆破的效果位於其次，成本也比較低；槽內聚能爆破成本最低，也最靈活、容易掌握，但效果最差。

2008年1月31日，《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法
• 工法編號：YJGF276-2006
• 完成單位：中國水利水電建設集團公司
• 主要完成人：蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、宋偉、郭宏波
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因

三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆技術複雜難點多、風險大，工期緊迫、施工強度高是其首要特點，除1.22萬平方米的牆體可在大江截流前完成外，其餘3萬平方米要求在截流後大施工期一個枯水期內完成；當年成牆，當年抵禦洪水，高峰月成牆面積約6500平方米。尤其是河床深槽段，混凝土防滲牆呈雙牆布置，需分期完成，軸線長度僅162米，設備投入受到限制。如此大的施工規模和施工強度，必須在汛期將圍堰加高抵禦洪水，汛後再挖開圍堰繼續施工混凝土防滲牆，三峽工程將推遲一年發電。

三峽二期上游圍堰防滲牆地層中，存在有較高比例的花崗岩塊石，塊球體和硬岩；它們岩性堅硬，風化程度低，抗壓強度大於10兆帕，可鑽性級別達到X級，堅固係數為8~12。這些塊石和塊球體分布在覆蓋層中和岩石頂面，防滲牆要求嵌入弱風化或新鮮岩石中，在成槽地層中占有相當比例。據當時已施工完成的三峽一期圍堰及下引航道隔流堤防滲牆施工的統計資料，上述地層造孔工程量僅為總量的5%，但所耗工時卻占總工時的30%二期上游圍堰防滲牆施工同樣面臨硬岩造孔工效的問題，而且工期要緊迫得多，如不採用有效措施而用常規手段，在這種地層施工，無論何種設備，均存在工效低、機械故障多的問題，按期完成施工任務是不可能的。

據中國國外資料及中國2005年之前工程施工的經驗，在上述地層的成槽施工中，輔以爆破技術是一種常用、而且行之有效的方法。但由於種種原因，中國防滲牆成槽爆破技術很不完善，個別工程採用了一些輔助爆破手段，但效果很差；如鑽孔預爆的覆蓋層鑽孔效率很低，在深牆施工幾乎不能採用，而槽內爆破隨意性很強，爆破效率低、浪費大，還常常帶來塌槽的負面效應等。為此，在三峽二期上游圍堰防滲牆工程截流後大施工期之前，施工單位在三峽下引航道隔流堤防滲牆工程進行了試驗，總結研究出包括鑽孔預爆、槽內聚能爆破和槽內鑽孔爆破在內的一整套槽孔爆破輔助成槽工法，提高了防滲牆成槽的工效。為順利完成三峽二期上游圍堰防滲牆工程的施工任務，中國水利水電集團公司技術人員與子公司施工單位中國水電基礎局有限公司設立了“長江三峽工程二期上游圍堰混凝土防滲牆施工技術研究與工程實踐”研究課題，混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法為該課題的研究內容之一。

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》經試驗工程總結研究成功後，在三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆截流後大施工期採用，提高了防滲牆成槽的工效，為工程高質量的按期完工，起到了重要作用。《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》自三峽下引航道隔流堤防滲工程研究總結，套用在三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程之後，廣泛套用在水利水電工程和城市地連牆工程，如漢江王甫洲水利樞紐防滲牆工程、河北黃壁莊水庫防滲牆工程、潤揚長江大橋北錨錠地下連續牆工程、長江向家壩水電站一期圍堰防滲牆工程、大渡河沙灣電站一期圍堰混凝土防滲牆工程、南水北調穿黃一期工程地連牆工程等工程，具有經濟效益和社會效益。

工法特點

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的工法特點是：

1、是混凝土防滲牆槽孔建造的輔助工法，是先進的深覆蓋層造孔技術與爆破技術的集成，同時研究了專用的機具和施工工藝。

2、與其他混凝土防滲牆施工中隨意簡單的槽內爆破相比，技術含量和效果明顯提高；與複雜地層混凝土防滲牆施工不採用任何爆破措施的工程案例相比，功效提高，綜合成本降低，且保證了工期；與其他專業的爆破相比，地下工程具有其專業性，技術要求較高，工藝控制較嚴。因此，該工法是在堅硬地層建造混凝土防滲牆行之有效的輔助成槽工法。

3、三種爆破工藝各有特點。鑽孔預爆由於周圍介質約束較強，爆破效果最好，但成本最高；槽內鑽孔爆破的效果位於其次，成本也比較低；槽內聚能爆破成本最低，也最靈活、容易掌握，但效果最差。

操作原理

適用範圍

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》總體上適用於含有堅硬漂（塊）石的不均勻覆蓋層和需要嵌入堅硬基岩的混凝土防滲牆施工，但三種工藝套用對象不同。鑽孔預爆適用於已探明地層中含有漂（塊）石的密集區，或套用於需要穿過較厚全風化、強風化岩層的工程，否則成本會增加；鑽孔預爆需要工程留有一定的時間，施工常占用工程直線工期。槽內鑽孔爆破適用於槽孔建造過程中遇到大直徑漂（塊）石、或需要穿過全風化、強風化岩層較厚又沒有鑽孔預爆的情況；槽內聚能爆破則適用於槽內的探頭石、基岩或較小直徑的塊石處理。對於不容許爆破的工程該工法不能套用，二期槽施工應慎用。

工藝原理

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的工藝原理敘述如下：

三種工藝中，鑽孔預爆和槽內鑽孔爆破的原理與常規岩石開挖鑽孔爆破基本相同，槽內聚能爆破的原理則與裸露爆破大致相同；該工法的關鍵是將上述技術套用到混凝土防滲牆這個地下工程的特例上，較好的解決複雜地層深混凝土防滲牆的施工技術難點，並形成專有的技術。

施工工藝

• 工藝流程

一、《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的鑽孔預爆施工工藝流程見下圖。

鑽孔預爆施工工藝流程圖

二、《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》槽內聚能爆破施工工藝流程如下：

槽內聚能爆破原理見下圖。槽內聚能爆破施工工藝流程為：

1.加工聚能爆破簡；

2.裝入炸藥；

3.停止造孔，將聚能爆破筒放入槽孔內定位；

4.點火爆破。

槽內聚能爆破原理圖

三、《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》槽內鑽孔爆破施工工藝流程見下圖。

槽內鑽孔爆破施工工藝流程圖

註：（a）全液壓鑽機鑽孔；（b）鑽孔進入弧石；（c）取出鑽頭、留下套管；（d）放入炸藥卷；（e）拔出套管；（f）點火爆破。

操作要點

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的操作要點如下：

一、鑽孔預爆工藝

1.鑽孔。鑽孔預爆工藝的關鍵是預爆孔施工；在覆蓋層中造孔，尤其是深厚覆蓋層和夾有集中、堅硬的漂（塊）石地層，採用普通岩芯鑽機工效極低，必須採用先進的全液壓工程鑽機和跟管鑽進工藝。即使如此，亦必須確定合適的鑽具和鑽進工藝，否則夾管斷管事故會經常發生，降低工效、增大成本。

2.漂（塊）石位置記錄。爆破孔鑽進過程中，要準確記錄漂（塊）石大小及位置，為爆破提供依據。

3.爆破筒製做。爆破筒可採用塑膠空心管制做，按照記錄的漂（塊）石大小及位置配置相應得爆破筒，採用可靠的方法將爆破筒串聯後下入孔中爆破。一般爆破筒每米炸藥用量載2千克左右。

二、槽內聚能爆破工藝

槽內聚能爆破一般用於處理槽內探頭石、基岩或較小直徑的塊石。聚能爆破筒可用鐵皮製成，常用的聚能爆破筒錐頂角一般為60度~90度，每個爆破筒裝藥量一般為5~7千克；槽內聚能爆破的關鍵在於對準要處理的部位並貼近被爆破的對象，否則效果會很差，一般將聚能爆破筒用鋼筋連線在衝擊鑽鑽頭上定位。

三、槽內鑽孔爆破工藝

槽內遇到大直徑漂（塊）石、或需要穿過全風化、強風化岩層較厚時，可採用槽內鑽孔爆破，關鍵是跟管鑽進時套管的槽內定位，鑽孔需要採用特殊的定位機具，保證爆破孔能在堅硬的漂（塊）石開孔；在三峽工程研究套用了專門的定位器（見後），在確保全全的前提下，也可使用防滲牆成槽鑽頭、反循環排渣管等輔助定位。

材料設備

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》所用的材料及設備明細如下：

一、爆破材料

主要爆破材料包括炸藥、雷管和爆破筒。炸藥一般可選用岩石乳化炸藥；雷管可根據一次起爆爆破筒數量，選用即發電雷管，或遲發毫秒雷管。

二、爆破機具

全液壓工程鑽機，一般宜選用行走靈活、給進力、扭矩等參數適用於穿過塊石、鑽進深部基岩的鑽機。需選用跟管鑽具，保證炸藥筒的順利下設。可根據槽內爆破深度，設計和使用不同類型的槽內定位機具，包括快速連線頭、定位架、定位器等等。

質量控制

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的質量控制要求如下：

對於預鑽爆，主要是爆破孔位、爆破孔偏斜率、鑽孔深度的控制，需根據實際的設計標準具體執行。一般應保證爆破孔偏斜不得超過設計牆體的偏斜率；如果機具能力允許，一次鑽爆深度需達到防滲牆設計深度。根據爆破深度、岩石硬度選定適合的爆破參數，在保證安全的前提下，充分發揮爆破效果。聚能爆破的聚能角、裝藥量，需根據不同項目的試驗結果最終確定。

安全措施

採用《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、爆破施工屬於特殊作業，應嚴格按照安全規程和特種危險物品的管理規定保管爆破器材、進行爆破施工。

2、認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位安全標準，建立完善的安全體系，成立專門的安全結構，按照安全生產責任制的管理模式，明確各級人員的安全職責。

3、具體操作人員必須經過專門培訓，取得相應資格證書，持證上崗。

4、爆破器材專人保管，嚴格履行出庫制度。

5、槽內爆破時應保證槽孔穩定，二期槽孔應保證不破壞一期槽孔混凝土的安全。

6、如在雨季、高溫季節施工，應該制定相應的防雷、防潮、防高溫等措施。

7、在制定的安全操作規程的基礎上，設立現場各類安全警示牌，組織例行的和不定期的安全檢查，並做好記錄，及時整改不合格的安全事項，消除安全隱患。

環保措施

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的環保措施如下：

1、嚴格遵守國家和地方有關環境保護的法律、規章和制度，成立專門的環境管理部門，設立專門人員執行項目環境管理具體事務。

2、遵守項目一切通用的環保制度。

3、對於噪聲、震動控制有特殊要求的項目，應該通過試驗和監測確定相應的爆破參數，在施工中嚴格執行。

效益分析

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的效益分析如下：

1、根據三峽及以後工程套用統計採用該工法技術，可使槽孔建造施工效率提高2~4倍，效果顯著，綜合經濟效益明顯。從1998年至2005年前，累計為企業創造經濟效益近千萬元。

2、課題成果直接套用到三峽二期上游圍堰防滲牆施工，使得該工程高質量地按期完成，保證了三峽二期工程的安全施工。

3、該工法解決了混凝土防滲牆在漂（塊）石與硬岩地層造孔工效極低的技術難題，尤其是對工期要求高的複雜地層條件下深混凝土防滲牆工程，具有較大的推廣套用價值。

4、該工法技術在三峽工程研究總結套用後，廣泛套用在水利水電工程和城市地連牆工程，如漢江王甫洲水利樞紐防滲牆工程、河北黃壁莊水庫防滲牆工程、潤揚長江大橋北錨錠地下連續牆工程、長江向家壩水電站一期圍堰防滲牆工程大渡河沙灣電站一期圍堰混凝土防滲牆工程等幾十個國家重點工程，具有經濟效益和社會效益。

5、該工法被寫入《水利水電混凝土防滲牆施工規範》的相關內容，推動了行業技術的進步，與三峽開發的系列工法一起把中國防滲牆施工技術提高到了一個新水平。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》在峽二期上游圍堰防滲牆工程套用情況如下：

一、工程概況

三峽二期上游圍堰防滲牆軸線總長992.4米，防滲面積4.22萬平方米，成牆總面積4.83萬平方米，最大深度73.5米，牆厚0.8~1米。兩岸較淺部位布置一道牆，河床深槽段（長162米）布置雙牆，典型剖面見下圖。上游圍堰防滲牆技術複雜、難點多、風險大，專家稱綜合難度大，主要體現在：

1、工期緊迫，施工強度高。除1.22萬平方米的牆體可在大江截流前完成外，其餘3萬平方米要求在截流後的一個枯水期內完成，當年成牆，當年抵禦洪水，高峰月成牆面積約6500平方米尤其是河床深槽段，防滲牆呈雙牆布置，需分期完成，軸線長度僅162米，設備投入受到限制。如此大的施工規模和施工強度，中國內外尚無先例。

2、地質條件複雜，成槽困難。主要問題有：天然覆蓋層和全、強風化花崗岩中含有新鮮完整的塊球體；牆段要求嵌入弱風化基岩，岩性堅硬，完整性好；深槽段左側存在高差大於30米的、坡度大於70度的雙向陡坡，尚無施工的先例。為確保工程高質量的按期完工，在成槽施工中採用了該工法技術，取得了效果。

三峽二期上游圍堰典型斷面

二、施工機具

爆破施工機具主要包括SM-400型全液壓工程鑽機、TUBEX跟管鑽具、XHP750S型空壓機和項目自製的快速套管和定位器。TUBEX跟管鑽具的套管採用快速接頭連線，可減少起下管作業時間，快速接頭結構見下圖1。定位器用於槽內鑽孔爆破孔的導向定位，使爆破孔能取得較好的爆破效果。定位器結構見下圖2。

圖1 快接套管接頭示意圖	圖2 定位器結構圖
圖1：1一接口管；2一承口；3—接帽；4—O形圈；5一定位銷；6一尾管；7一緊定螺釘；8一銷片。	圖2：1一下斜板；2一外環板；3一導向管；4一中間板；5一上斜板；6一限位板；7一吊環；8一導向斜板；9一豎板；10一錐齒；11一底板；12一填料。

三、爆破方法

1.鑽孔預爆

槽孔施工前在塊球體密集帶或石碴塊石區布設鑽孔預爆孔，採用單排形式，布置在防滲軸線上，孔距為1.2~1.6米。採用SM-400型全液壓工程鑽機，配置TUBEX偏心擴孔鑽具和普通衝擊器進行跟管（Φ114毫米）鑽進，鑽至強風化岩面後取出TUBEX鑽具，下入Φ90潛孔錘鑽具繼續鑽進，鑽至弱風化帶0.5~1.0米終孔，用高壓風清孔後取出Φ90潛孔錘鑽具。鑽孔到設計深度後，在孔內下置爆破筒，然後起管爆破。

爆破炸藥為HW-1型乳化炸藥，性能見下表。雷管採用8號即發電雷管，或遲發秒雷管。爆破筒採用鐵皮製做，或用Φ75毫米塑性管制做，長度40~60厘米，結構見下圖；爆破筒裝藥量是參考理論公式，並根據地層情況來選擇的，一般漂（塊）石用藥量1~3千克/米，弱風化基岩1.5~2.5千克/米，強風化基岩0.5~1.5千克/米。

H-1型乳化炸藥性能指標

項目	密度（克/立方厘米）	猛度（毫米）	爆速（米/秒）	殉爆距離（厘米）
性能指標	1.0~1.3	>12	>3000	>4

爆破筒結構圖

註：1一連線環；2一中間拉桿；3一壓緊螺帽；4一壓板；5一爆破筒；6一雷管；7一引爆線穿孔；8一連線環Ⅱ。

理論公式：

式中Q一裝藥量（千克）；R一爆破半徑（米）；K一炸藥爆炸力量係數；a一爆破筒材料係數；b一鑽孔爆破筒直徑差係數；c一岩石抗力係數。

根據鑽孔提示的地層情況，確定爆破筒的下設位置、數量（個數）及裝藥量，下置兩個以上爆破筒時，採用串聯連線。起撥Φ114套管，使管靴距離上部爆破筒5米以上，向鑽孔內注水或泥漿，然後按動起爆器進行起爆，爆破後起出鑽孔內剩餘套管。有時也可利用先導孔和預灌濃漿堵漏孔兼作預爆孔，一孔兩用，節省鑽孔費用，但灌漿孔在爆破後往往需要進行掃孔。

2.槽內聚能爆破

在塊球體或硬岩表面放置聚能爆破筒進行爆破。根據試驗結果，該工程選用600的錐頂角，效果較好，每個爆破筒裝藥量為5~7千克。

3.槽內鑽孔爆破

成槽過程中遇漂（塊）石或硬岩成槽困難時，採用槽內鑽孔爆破措施，即在槽孔內採用SM-400型全液壓鑽機跟管鑽進至嵌入硬岩0.2米深度從Φ114套管內TUBEX取出鑽具，下入Φ90潛孔錘鑽具鑽至預計深度。如鑽孔部位的岩石有陡坡應下置定位器進行導向定位鑽孔。槽內爆破孔，一般只布置在一期槽孔內，孔數隨槽內情況決定，孔距1.4~2.4米。爆破方法與前相同，如鑽孔內下置兩個以上爆破筒時，應採用遲發秒雷管，可減輕對槽孔的負面影響。

四、爆破對成槽工效的影響

1.鑽孔預爆

三峽液壓銑試驗段共布置預爆孔59個，鑽孔進尺1186.5米，爆破段長度169.38米，耗炸藥401.8千克，平均單耗1.93千克/米。經過對比分析，弱風化基岩經鑽孔預爆後，成槽平均工效是未鑽孔預爆基岩平均工效的3.25~4.43倍，效果顯著。

2.槽內鑽孔爆破

經統計分析可看出，槽內鑽爆鑽孔難度大，故障多，有時還需要下置定位器進行導向定位鑽孔。儘管如此，鑽爆工效仍高於鑽孔預爆工效為鑽孔預爆工效的1.85倍。原因在於不需在回填層和覆蓋層中鑽孔。弱風化基岩經爆破後，其成槽平均效率是未經爆破基岩成槽平均工效的2.91倍，效果較好。提高的幅度略低於鑽孔預爆，原因是預爆孔用藥量較大，槽內爆破因注重槽孔安全用藥量較小。

五、套用結論

三峽二期上游圍堰防滲牆工程由於牆深量大、地質條件複雜，且工期要求高，套用了該工法技術後，成槽工效提高，效果良好；《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》的套用，為高質量的按期完成工程施工起到了重要作用。

榮譽表彰

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》於2003年10月獲大禹水利科學技術獎二等獎。

《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》於2005年1月獲國家科學技術進步獎二等獎。

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土防滲牆槽孔爆破輔助成槽工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。