富水区爆破深孔孔眼封堵与安全防护

张 勋,黄 楠

（江苏省矿业工程集团有限公司,江苏 徐州 221000）

1 工程概况

1.1 工程简介

杭州地铁6 号线与杭富线换乘站美院象山站实施爆破作业时,恰逢雨季,且地下水系发达,周围水源不断涌入,同时,钻孔作业加剧了地下水系的连接和贯通,给钻孔、爆破带来较大的安全隐患。此工程为市区爆破,难点较多:周边有居住小区及管线,环境复杂、安全风险较大;20 m 深含水炮孔装药困难,易塌孔。施工时既要保证爆破质量,又要保证居民和建(构)筑物的安全[1-4]。

1.2 现场地下水

地下水因含水介质、水动力特征及其赋存条件的不同,其补、径、排作用和水化学特征均不同。根据现场钻探发现,勘探深度范围内地下水类型主要分为第四系松散岩类孔隙性潜水、基岩裂隙水和岩溶水。松散岩类孔隙性潜水流速缓慢,对工程建设影响小,不再赘述。岩溶(地下)水主要是上部松散岩类孔隙水竖向缓慢汇入,其属于渗入式补给[5-6]。在岩溶专项勘察过程中,钻探冲洗液全部漏失,且终孔后向钻孔内连续灌水,发现地下水水位升高不大,一旦停灌,水位恢复很快,与地下水位持平,说明基岩裂隙及岩溶发育,连通性较好。从本区岩溶发育强度、溶洞规模、钻探时相邻孔中的水位变化等方面综合考虑,认为本区岩溶水连通性好,水量较大[7-9]。

2 成孔要求

2.1 钻孔施工

根据岩石分布情况,对拟进行爆破的试验段根据设计要求进行钻孔施工,上部为土层,下部为岩石,钻孔深度及孔位偏差不大于5 cm 为合格。为防止钻孔及装药过程中出现塌孔情况,所有钻孔成孔后下放套管。

2.2 套管下放与安装

钻机成孔完毕,检查深度、垂直度,符合要求后,采用ø90 mm 硬质PVC 管作为钻孔护壁套管,分节长度为4 m,最下面一节采用堵头封闭,防止泥浆流入管内致装药管无法下放药包。套管上端敞口,露出地面约20 cm,防止地面钻孔泥浆流入。套管分节垂直下放,边放边向管内灌注清水,将钻孔内部分泥浆排出,确保套管下放到位。

3 装药与封堵方案

3.1 装药与堵塞

3.1.1 药包加工

采用ø70 mm 的PVC 管装药包,PVC 管内药卷长度不足时,空余段用瓜子片填充。为克服药包下放过程中水的浮力,将PVC 管一头斜切,并将斜面封好,并在上部空余段填充石子增加配重,保证药包下沉的质量和速度,如图1 所示。

图1 单个药包结构示意图

3.1.2 装药与堵塞

药包制作完成后用吊绳吊住,通过牵引吊绳将药包装入孔内,避免管、药分离,遇到特殊情况时,可及时将药包抽出。通过吊绳牵引,当药包不再下沉时,用皮尺负重量孔,测量药包到位情况。如药包不到位,则用ø20 mm 的PPE 管送入孔底,药包标高误差不得大于10 cm。当药包下沉至孔底,使用提前备好的含水炮孔快速填塞袋装石子下沉堵孔,再使用碎石料填补孔内缝隙,如图2 所示。

图2 装药堵塞示意图

3.2 装药结构

由于本工程环境复杂,为保证盾构区间周围土体的完整性,采用降低最大齐爆药量、逐孔起爆的方式降低振动。装药时考虑到单响药量的控制,当单孔药量低于允许最大齐爆药量时,采用连续装药;当单孔药量超过允许最大齐爆药量时,采用间隔装药。装药结构如图3 所示,黑色段为药包,空白段为堵塞段。

图3 基岩装药结构

4 防护方案

设计项目防护方案时,主要考虑两点:一是注重在孔外借助重力施压,尽可能保证爆破后不冲孔;二是在孔外地面上搭设钢管防护棚,保证冲出孔的材料有防护棚阻挡吸收,而不再产生次生伤害。具体防护设计如下:每个孔口视情况压1～2 个沙袋,再用竹笆覆盖,竹笆与竹笆之间用铁丝连接,每片竹笆视情况用2～4 个沙袋压牢;装药前使用钢管搭设防护棚,四周和顶棚铺设竹笆片、木板。爆破防护如图4 所示。

图4 爆破防护示意图

根据实地爆破发现,爆破后会发生冲孔现象,竹笆、沙袋和防护棚吸收冲击波后严重损坏,但不会产生二次伤害。

5 结论

采用含水炮孔快速填塞袋装料堵孔,优点如下:①能提前准备堵孔材料,在装药结束后快速开展封堵作业,节省时间;②料袋密度大,能在富水区孔眼中迅速下沉,减少堵孔等待时间,能迅速完成当班爆破堵孔作业。

在富水区钻孔爆破时,采用竹笆和沙袋地面铺设、搭设防护棚、悬挂竹笆片的形式,可提供有效防护。通过沙袋施加压力阻挡爆破过程中上冲释放的压力,使爆破释放的冲击力在孔内释放。爆破过程中向上释放的冲击力,由地面沙袋、防护棚吸收,避免向四周释放,造成二次伤害。

综上所述,通过含水炮孔快速填塞袋装料堵孔、竹笆和沙袋地面覆盖防护及搭设防护棚的形式,能有效解决富水区域爆破施工堵孔与安全防护问题,从而保证最佳爆破效果。