370 m高塔基础静态爆破掏挖工艺的应用

施钧良，段福平，吴尧成，蔡杰宇，黄超胜

（浙江省送变电工程公司，杭州310016）

370 m高塔基础静态爆破掏挖工艺的应用

施钧良，段福平，吴尧成，蔡杰宇，黄超胜

（浙江省送变电工程公司，杭州310016）

舟山与大陆联网工程螺头水道大跨越2基370 m高塔均位于海岛，基础坑底四侧采用掏挖嵌固形式，基础具有基坑深度大、掏挖净深大、开挖方量大等特点。为避免坑底掏挖对上部坑壁岩体产生破坏造成塌方，确保基坑成型质量及施工过程中的人身安全，结合基坑地质条件及成形特点，采用静态爆破掏挖施工工艺对这2基370 m高塔基础坑底进行施工。

输电线路；370 m高塔；基坑掏挖；静态爆破；施工工艺

0 引言

舟山与大陆联网工程螺头水道大跨越2基370 m高塔分别位于舟山的大猫山岛与宁波的凉帽山岛，2基高塔间跨越螺头国际航道，由于地处台风多发的海岛区域，且高塔达370 m，再加上2 756 m超长跨距的导地线风荷载等综合影响，对高塔基础的抗拔力提出了非常高的要求。经过严密论证，确定采用斜置式插入钢管基础[1-2]，并在坑底四侧采用掏挖嵌固形式[3-5]。

在先期进行的大猫山370 m高塔基础施工中，基坑部分开挖采用先导井后扩挖、结合周边光面爆破的施工方案，坑底掏挖部分采用手风钻钻孔楔形掏槽、结合小药量爆破的施工方案，但实际掏挖实施效果不理想，由于坑壁岩石风化、层间结合不良等原因，尽管采用了小药量爆破，但火工炸药的爆破振动仍对坑壁稳定造成了较大影响，掏挖过程中发生了局部坍塌，造成掏挖成型尺寸过大，净深未能按设计图纸达到要求尺寸，也对施工过程造成了一定的安全威胁。

针对此现状，在后期进行的凉帽山370 m高塔基础施工中，参考桥梁改造等其他工程领域的施工技术，对坑底掏挖部分的施工方案进行了因地制宜的改进，采用静态爆破工艺。

1 基础结构

凉帽山370 m高塔基础设计为61.62 m，基坑开挖深度最大为12.5 m，立柱断面为6 m×6m，基坑底部掏挖断面为18 m×18 m，掏挖净深1.5 m，单腿掏挖方量为233.3 m3。基础结构如图1所示。

图1 高塔基础结构示意

2 施工难点

370 m高塔基础坑底掏挖嵌固部分与常规线路所采用的岩石嵌固基础相比，具有以下特点：

（1）部分塔腿基坑岩体风化。370 m高塔地处海上孤岛，海岛岩体为花岗岩。基面开挖中，岛中心区域高程较高处的岩石没有发现风化现象，岩体坚固，但位于高程较低处的4个塔腿基坑，其坑壁花岗岩已经中等风化，呈致密块状，部分微张有泥质充填，层间结合不良存在错动，因此岩石的抗拉强度相对较低，经试验约为3 MPa。

（2）掏挖形状异于常规。常规的掏挖一般以锥形的样式成型，但是370 m高塔基础的掏挖形状为梯形样式成型，故对掏挖尺寸控制的把握难度较大。

（3）基坑深度大、掏挖净深大、掏挖方量大，对施工安全措施以及掏挖进度的控制提出了较高要求。

基于以上特点，如用常规的爆破方式施工[6]，势必会对掏挖上部的坑壁岩体造成破坏，严重时甚至会发生塌方，并且横向爆破效果不明显，尺寸不易把握，影响后续施工安全及成型质量。如弃用常规爆破，改用人工机械方式，效果并不明显，且施工进度将严重滞后。经过研究和探讨，借鉴桥梁改造等其他工程领域的施工技术，对凉帽山370 m高塔基坑底部的掏挖部分采用了静态爆破工艺[7]。

3 静态爆破工艺

3.1 静态爆破原理

静态爆破剂（SCA）属于非燃、非爆、无毒物品，是一种含铝、镁、钙、铁、氧、硅、磷、钛等元素的无机盐粉末状破碎剂，用适量水调成流动浆体、直接装入炮孔中，经水化后，产生巨大膨胀压力（可达30～50 MPa）。压力施加给孔壁，将混凝土构筑物或岩石悄悄地破碎[6]。该工艺具有配置简单、安全、无震动、无飞石、无粉尘、无噪音等特点。

3.2 掏挖层上部岩体支护

对掏挖上部的基坑坑壁采用了植锚挂网喷浆支护措施[8]，以增加坑壁岩体的自持力，有效防止坑壁岩体碎石滚落造成人身伤害。锚杆采用Φ25 mm螺纹钢筋，长4.5 m，锚入坑壁岩体4 m。从基坑面以下0.5 m开始设第一道锚杆，水平间距1.2 m，锚杆外露出岩面0.5 m。沿锚杆外露部分在坑壁上布设Φ6.5 mm的200 mm×200 mm钢筋网，最后喷射厚度10 cm的混凝土。坑壁植锚挂网喷浆支护如图2所示。

图2 坑壁植锚挂浆示意

3.3 施工前准备

施工前准备好相应材料物品：药剂，洁净拌和水，水桶、拌和盆和水瓢，捅棍（倾斜灌装），防护眼镜，橡胶手套，备用洁净水和毛巾。

选用手持式风钻机，配Ф42 mm的钻头，钻孔内余水和余渣用高压风吹洗干净，孔口旁保持干净、无土石渣。

3.4 布眼及孔距、排距设置

基坑掏挖部分只有一面自由面，需要将掏挖部分切出凌空层（如图3所示），首先用风钻上下打入钻孔。孔距与排距的大小根据岩石的硬度确定，硬度越大、强度越高，孔距与排距越小，反之越大，参见表1[9-10]。

表1 钻孔孔距与排距经验值

图3 掏挖凌空层开挖示意

花岗岩的硬度F=8，根据表1可采用30 cm× 40 cm孔距，但根据实际施工情况，为尽量减小对掏挖凌空层上部坑壁岩体的影响，避免出现纵向裂纹，现场进行了不同孔距试验比对。试验设计了30 cm×40 cm，20 cm×30 cm，10 cm×20 cm 3组孔距进行测试，结果显示10 cm×20 cm孔距效果最为明显，但钻孔工作量比30 cm×40 cm孔距增加了2倍，结合经济效益考虑，最终选取孔距为10 cm×30 cm。

首先在图3中①部分，根据掏挖层的倾斜度向下倾斜钻孔，斜孔孔深在0.5 cm，孔径为42 mm。待SCA灌注之后岩体出现裂缝，等裂缝扩展以后，把图3中①部分采用镐头机或风镐取出并清理干净，预留出一个三角柱凌空层。剩余掏挖部分（如图4所示）首先进行水平钻孔并灌SCA，然后从上至下分层分块开挖，每层间距为0.3 m，每层分3块进行破碎，每块层高0.3 m，宽0.5 m，孔径为42 mm，孔距为10 cm，孔深0.5 m。待剩余掏挖部分掏挖至便于人工垂直钻孔时，改为垂直钻孔，由外到内进行静态破碎掏挖。

3.5 装药

图4 凌空层下部开挖示意

（1）向下及向下倾斜的眼孔：在药剂中加入22%～32%(重量比)的水（具体加水量由颗粒大小决定）拌成流质状态（糊状）后，迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。粗颗粒药剂水灰比调节到0.22～0.25、细粉末药剂水灰比调节到0.32，采用“由外到内，分层破碎”的施工方式，方便工人操作。

（2）水平方向的钻孔：用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，按一个操作循环所需要的药卷数量，放在盆中，倒入洁净水完全浸泡约30～50 s，待药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口，孔口留5 cm用黄泥封堵，即“集中浸泡、充分浸透、逐条装入、分别捣实”。

（3）采取分3小组同时灌装，各小组采用“同步操作，少拌勤装”的方式[8-9]，让每个钻孔内的最大膨胀压能够基本保持同期出现，有利于岩石的破碎。

（4）岩石出现开裂后，可向裂缝中加水，支持药剂持续反应。

（5）每次装填药剂，都要观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是否符合要求。灌装过程中，已经开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不得续装。

（6）装药后，经过药效反应时间，裂缝会沿设计好的间隔形成网格，裂缝最宽处可达0.5～2 mm以上，使得刚性整体岩石变成小块，然后可利用镐头机或风镐进行掏挖，以满足设计要求。

3.6 安全措施和注意事项

（1）静态爆破剂运输和存放中做好防潮隔离措施，开封后立即使用，如一次未使用完，立即紧扎袋口，需用时再开封。严禁将静态破碎剂加水后装入小孔容器内（如直口玻璃杯、啤酒瓶等）。

（2）为防止伤人事故，使用静态爆破剂时，操作人员佩戴符合国家安全标准生产的防冲击防尘PVC护目镜进行操作。

（3）在静态爆破剂灌入钻孔到岩石开裂前，不得将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或棕垫，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。

（4）施工现场备好清水和毛巾，如静态爆破剂溅入眼内和皮肤上，要立即用清水冲洗。

（5）刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高，应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。

4 结论

凉帽山370 m高塔基础采用了静态爆破工艺，顺利完成了坑底掏挖部分的开挖，施工过程安全，基坑成型尺寸符合设计要求。静态爆破有效地克服了370 m高塔基础掏挖中的施工难点，具有无振动、无噪音，安全，精确控制掏挖部位尺寸等优点，同时避免了对掏挖层上部岩体的破坏，保证了工程进度，具有较高的实用操作性，可为类似的岩体掏挖施工提供借鉴。

[1]朱天浩，徐建国，叶尹，等.输电线路特大跨越设计中的关键技术[J].电力建设，2010，31（4）∶25-31.

[2]叶建云，段福平，俞科杰.斜置式插入钢管基础施工的定位测量与控制[J].电力建设，2012，33（9）∶101-105.

[3]杨永康.浅论架空输电线路施工基础的几种形式[J].科技资讯，2010，18：131.

[4]李永祥.岩石嵌固式基础在750 kV输电线路中的应用研究[J].电力建设，2009，30（6）∶39-42.

[5]鲁先龙，程永锋.我国输电线路基础工程现状与展望[J].电力建设，2005，26（11）∶25-27.

[6]蓝芝宝.平行走向高压线路基础的爆破施工方法[J].广西电力，2003（2）∶25-27.

[7]王运生.锚喷支护问题分析[J].科技资讯，2008（35）∶91.

[8]卢勇，朱有武，邵侯清，等.静态爆破工艺在旧桥改造中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2005，22（5）∶50-51.

[9]王光辉.静态破碎剂在特殊路段路基岩石开挖中的应用[J].甘肃水利水电技术，2008，44（1）∶67-68.

Application of Static Blasting Technology for Excavation of the Foundations of the 370-meter Tower

SHI Jun liang，DUAN Fu ping，WU Yao cheng，CAI Jie yu，HUANG Chao sheng
（Zhejiang Electric Transmission&Transformation Engineering Corp.，Hangzhou 310016，China）

The two 370-meter tower foundations of Luotou watercourse large crossing of Zhoushan-Mainland transmission project are located in sea islands.The four sides of foundation pits are excavated and embedded, and the foundations are characterized by deep foundation pit,large depth of excavation and large earthwork.In order to prevent landslide due to damage on rock of upper pit wall by excavation at the pit bottom and ensure forming quality of foundation pit and body safety during construction，the static blasting technology for excavation is adopted in construction of foundation pit bottom of two 370-meter towers by combining geological condition and forming character of foundation pit.

transmission line；370-meter high tower；foundation pit excavation；static blasting；construction technology

TM752+.2

：B

：1007-1881（2013）10-0077-04

2013-07-22

施钧良（1979-），男，浙江萧山人，工程师，从事输电线路施工技术管理。

（本文编辑：徐晗）

项目：国家工程项目（浙发改能源[2007]564号）