金沙江向家坝水电站新滩坝码头低水港池水下开挖施工技术
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摘要：本文介绍了向家坝水电站新滩坝码头低水港池水下开挖施工方法，即采用两首驳船组装成钻爆船，利用缆绳定位后，在钻爆船上利用QC-100潜孔钻机加钢套管钻孔装药爆破，并在爆破完成后使用挖泥船开挖出渣的方法。通过实际应用检验，在开挖深度不大于12米、水流不湍急的条件下，该水下开挖施工技术具有较好的开挖效果和进度保证的。
关键词：向家坝水电站新滩坝码头水下开挖技术
1工程概况
新滩坝码头主要解决向家坝水电站在二期截流施工期间金沙江上的货船的通行问题，实现翻坝转运。其位于向家坝水电站坝址上游约2.8km处的金沙江南岸。新滩坝码头结构型式采用重力式，码头前沿采用重力式挡土墙形成直立式岸壁。码头共设有三个平台，即低水平台、中水平台和高水平台。三个平台均顺岸布置，中水平台布置在低水平台上游侧，高水平台布置在低水平台后侧（远离江面侧），三个平台在垂直水流方向错开一定的距离。每个平台均布置2个泊位，均为1000t级散货泊位。由于杂件货过坝量很少，不到总量的10%，散货泊位可兼顾利用。
码头低水平台、中水平台和高水平台高程分别为275.00m、283.50m、292.00m，平台尺寸均为120m(长)×30m(宽)。码头高、中、低水位平台及后方陆域通过斜坡道连接，斜坡道宽7.5m，采用水泥混凝土路面，斜坡道最大纵坡不超过8%。
低水平台港池开挖高程为265.00m，水下区域需要炸礁并进行清理；中水平台港池开挖高程为271.00m，水下区域需要进行清理。
码头前沿停泊水域宽度为22m，码头前方水域满足1000t驳船调头的需要，回旋水域尺寸为170m(长)×102m(宽)，面积为17340m2。
本文主要叙述低水码头低水港池的水下爆破开挖。
2施工特点、难点
⑴ 工期紧
由于种种原因，本项目四月份才开始招标，4月18日才开始组织施工，到10月份要投入使用，因此，施工期短切安排在汛期施工，更增加了工期压力。
⑵ 周边环境复杂
施工区部分在征地红线外，征地难度大；左岸是居民区，当地居民经常通过轮渡到达施工区；江中过往船只多，通航安全隐患大；施工区边上是地方水绥公路，通行车辆较多，交通安全压力大；因此，与地方接触较多，施工干扰频繁且复杂，爆破警戒难度较高。
⑶ 水下施工难度大
港池开挖安排在汛期施工，施工难度高，安全风险较大。
3低水码头低位港池开挖施工技术
3.1 水下测量
水下测量，采用SeabateII型多波束回声测深仪，利用GPS定位，将其固定在船上，沿测量目标水域横断面测量，测点采样率和断面步长根据需求精度控制。
水下放样，在水流速较小、水深不大于8m的水域，用浮标标示出作业水域。在作业水域内，用彩带标示出已完成区域和未作业区域。
水下炸礁测量，根据水下测量仪器测绘的地形图，结合地表全站仪水面定位，就可得到水下礁石的详细参数。钻孔前，采用水下标尺法，粗测礁石深度，计算钻孔深度。
3.2 水下施工程序
岸边石方钻爆反铲岸边出渣（反铲出渣深度内的石渣）水下覆盖层清理钻爆船组装定位钻孔装药钻爆船移位起爆钻爆船归位┉┉下一循环┉┉挖泥船出渣扫床验收。
岸边石方钻爆及反铲岸边出渣属于常规作业，与陆上石方爆破开挖施工工艺一样，只是要主要防溺水及设备掉江等施工安全，在此不再叙述。
3.3 水下覆盖层清理
本项目水下覆盖层主要是淤沙，考虑到本项目行政审批没有办理下来，无法办理水下施工许可证等诸多因素，前期无法使用大型设备（挖泥船）组织施工，覆盖层清理拟定采用挖沙船来组织施工。考虑到浅水区有礁石不能保证挖沙船的吃水深度，挖沙船只对施工范围内能够保证吃水深度的部位进行淤沙清理，其它部位后期炸礁结束后与石渣一并采用挖泥船清理外运。
3.4 水下石方爆破开挖
本项目水下石方爆破具有如下施工难度：
⑴ 本工程的施工难度为涨水季节，由于6－8月已进入洪水期，施工区水深、流速加大，局部流态紊乱，抛锚定位及钻孔下套管均有一定难度。
⑵ 洪水期施工最大的问题就是安全问题突出，金沙江水位线有突涨突落的现象，存在施工中江水突然上涨，流量变大的现象，给施工定位及钻孔增加了难度。
⑶ 雨季水下爆破作业网络安全问题突出，由于目前水位在EL265有将近10m深度，在施工中非电雷管的导爆管极有可能断开，导致出现哑炮，为避免这一情况我部建议水下爆破规模适当放小，且最好不对爆破时间进行限制。
⑷ 江面来往船只过多而江面窄，导致施工中干扰极大，爆破警戒难度增加。
3.4.1 钻爆规划
根据现有水位、水深情况，结合进度安排，拟定将爆破区域分为三段，即沿低水平台港池从上游往下游分为A区（K0+40以上）、B区（K0+40~K0+120）、C区（K0+120以下），施工时按照B区A区C区的顺序组织施工，这样能达到先易后难，先提供泊位后提供回旋区的目的。因为A区水流急，难度大，C区爆破量大，耗时长。
3.4.2 钻爆船组装
⑴ 组装程序
① 根据周边现有水下钻爆设备情况及施工区钻爆船定位条件，计划采用2条60t平板驳通过槽钢、角钢焊结而成双体船；
② 然后在左侧船体上用槽钢焊接而成双轨道，轨道长度12m，一侧轨道布置在船舷上，轨道宽度应满足钻机轨道宽度要求，确保钻机在轨道上能够自由移动；
③ 同时，在船体适当位置焊接固定卷扬机，以来提供动力；
④ 最后使用汽车吊吊装钻机（2台QC-100型潜孔航道钻机）、空压机（1台20m3柴油空压机）等，空压机放置在右侧船体上。
钻爆船组装示意图
⑵ 注意事项
① 在利用槽钢、角钢焊结成双体船时，应用两根整体槽钢贯穿两条船体进行焊接，均匀布置在穿的中部，其它位置就用短节槽钢在船舷上焊接连接即可；
② 焊接采用满焊连接，其工艺应满足相关工艺要求；
③ 卷扬机的布置位置不得影响到钻机钻孔使用，且又方便使用。
3.4.3 钻爆船定位
钻爆船定位采用5缆定位方法，即船艏1根主缆，前后各2根横缆，具体定位示意图如下图，其施工程序和注意事项如下。
⑴ 施工程序
① 选定缆绳，直径为Ф16，主缆长度约500m，横缆长度100m；；
② 将缆绳一端固定在钻爆船的船舷上，而开锚（船艏的右横缆）和倒锚（船艉的右横缆）用缆绳的另一端固定水泥锚；
③ 利用80马力的机驳船（拖船）将主缆的另外一端拖至上游选定的岸边锚墩上进行固定（岸边大孤石或中水平台系船环）；
④ 利用拖船将开锚拖至拟定的位置后将水泥锚抛至江中，抛锚位置根据缆绳角度（一般是15º~30º）计算，本项目拟定抛锚距离为30~50m，实际施工时由水手据情而定，与此同时，将靠岸侧船艏横缆固定在低水平台已施工完成的系船环上；
⑤ 由测量人员确定钻爆区域，并在周围边界设置浮标，然后利用拖船将钻爆船拖至规划爆破的区域，再利用卷扬机将5条缆绳锁定，用被锁定的缆绳将钻爆船固定。
⑵ 注意事项
① 钻爆船主要靠主缆承受水流的作用力，因此主缆应尽量平行与水流方向，布设主缆必须采用岸上系缆方式，这种方法安全可靠，便于检查，结合本项目现场实际情况，主缆固定在中水平台与大峡谷取水泵站间的岸上大孤石上。
② 布设横缆时，应先布设船艏的左右横缆，再布设船艉的左右横缆。
③ 钻爆船船舷方向应与水流方向尽量保持一致，便于安放和固定套管，同时有利于船舶自身安全。
④ 钻爆船定位根据分段（纵向）分排（横向）采用岸边设立导标控制（粗定）；钻机钻孔定位采用全站仪测量（精定），钻孔定位必须准确，防止漏钻和叠钻。
⑤ 横缆在平面上与水流方向的角度应尽量垂直，一般在70º ~110º之间。
3.4.4 下套管、钻孔
⑴ 下套管
为保证钻具不受水流作用，必须使用套管钻透覆盖层（淤泥层），钻具在套管的保护下进行钻进，同时套管还在装药时起到导向作用。
套管应尽量保证竖直安放，便于成孔和装药，垂直于水流方向的倾斜比较容易控制。顺水流方向由于水流的冲刷作用，容易倾斜，故在套管底部采用提头钢缆牵引，以抵消水流的作用力，提头钢缆另一端固定在船艏绞锚机上，通过绞锚机松紧钢缆来调整套管偏差。
⑵ 钻孔
水下爆破优先采用垂直钻孔作业。其优点是钻孔定位易于控制，简便操作，利于装药，提高工效。钻孔机具选用QC-100潜孔钻机加钢套管钻孔，孔径 Φ90mm，
钻孔深度根据当时水位及设计孔深加钻孔超深值计算该点位的钻孔深度。为了确保开挖达到设计深度，防止出现欠挖，钻孔应有一定的超钻深度，超钻深度取1.0-1.2m。
钻机钻孔示意图如下：
3.4.5 装药、堵塞及爆破网络
⑴ 火工品的品种及防水
选用具有防水性能良好的乳化炸药，由Φ80、70mm硬质塑料壳包装，非电雷管用环氧树脂灌封后，再用防水白粘胶布密封。起爆网络采用孔内高段位、孔外低段位毫秒微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。装药前，进行炸药抗水试验，测试炸药泡水（一到三天）后性能不降低。
⑵ 测量孔深
采用装药杆顺套管进入钻孔，插入孔底，装药杆套管口以下长度减去套管长度即为钻孔深度。
⑶ 装药
将加工好的药柱使用装药杆顺套管缓慢推入孔底，在推入过程中如遇卡药现象，禁止强行推行，应向上适度提升药卷后再向下推入直至孔底。
⑷ 堵塞
虽然水和淤泥覆盖层是天然的堵塞材料，但为了确保安全，应用特制的堵塞材料将炮孔堵满，防止冲炮，避免水流冲刷炮孔，冲走雷管和炸药。拟定采用细小卵石或碎石进行炮孔堵塞，堵塞长度控制在0.5～0.8m。堵塞物从套管口进入钻孔，倒入时轻轻抖动炮线，防止被堵塞物卡在套管内。由于套管底部设置有一段开孔的花管，受水流作用，部分堵塞物下落过程中会流失。在这种情况下，需采用双套管进行，即在套管内再放入一根孔径略小的塑料管，称为内套管，采用内套管来堵住花管开孔段，注意内套管孔径不能太小，否则堵塞物容易卡在其内。
⑸ 提升套管
确认堵塞完成后，用钻机卷扬提起套管，捞出炮线。套管提升时同时向套管内送入炮线，应做到“慢提快送”，即套管提升应缓慢进行，但炮线送入套管速度应稍快。待套管脚提露水面后，从套管外捞起炮线加以固定、保护。
⑹ 导爆管的放置
在水中放置浮胎，使其固定地飘浮在水面上，将“每船同排”的导爆管按绑在一只轮胎上，按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用 “同段”非电雷管连接起来，为了不使传爆雷管将其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。
⑺ 布孔方式和孔网参数
水下炮孔布置原则上越简单越好。介于本工程水下爆破为浅孔开挖，采用矩形钻孔排列方式，即孔排距均为1.5m。
施工时，每钻完1孔，即装药并引出导爆雷管至浮胎上，钻完每炮设计工作量后（每排6孔，共2～4排），即进行联线。
起爆网络采用微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。以非电雷管引爆炸药、电雷管起爆非电雷管的起爆网路。为了确保每个孔的准爆，每孔装2发非电雷管（装药长度超过4m，分段加装2发雷管）。
⑻ 拖线浮筒设置
激流河段施工每炮次钻孔超过2排应考虑设置托线浮筒，托线浮筒设置在爆破区上游方向20～50m左右，并与移船的方向相反。采用抛锚方式并使用直径12～14mm的钢缆连接浮筒，炮线再连接到浮筒上。
3.4.6 钻爆船移位起爆
钻完每炮设计工作量后（每排6孔，共2～4排），即进行联线起爆。在相关安全管理协调通过后，采取随钻随爆的方式，以便加快施工进度，没有协调通过时爆破时间应根据施工区统一安排组织进行。
起爆前必须将钻爆船及其他辅助船舶移至安全区域。移船时根据施工区域和河道实际情况，采用上移结合横移的方法将钻爆船移出爆破区域，安全距离应根据爆破设计的要求充分考虑，并采用全站仪测量船位。移船时应防止钻爆船的舵叶、船艉钢缆损坏爆破网络。
3.4.7 钻爆船归位（定位）
爆破结束后，采用全站仪测量船位，将钻破船移至下一个造孔作业面。
3.4.8 爆破安全控制
⑴ 水下爆破应使用防水的或经防水处理的爆破器材，用于深水区的爆破器材，应具有足够的抗压性能，或采取有效的抗压措施。
⑵ 搬运起爆药包上下船或跨船舷时，应有必要的防滑措施。用船只运送起爆药包时，航行中应避免剧烈的颠簸和碰撞。
⑶ 爆破工作应根据爆破区的地质、地形、水位、流速、流态、风浪和环境安全等情况布置爆破作业。
⑷ 进行爆破作业前设定警戒区域，并派专人警戒，爆破作业时爆破区水域1km以内严禁任何人员潜水、游泳，爆破区水域200m以内，严禁上下水船舶进入。
⑸ 爆破作业船上的工作人员，作业时应穿好救生衣，不能穿救生衣作业时，应备有相应数量的救生设备，无关人员不准许登上爆破作业船。
⑹ 水下钻孔位置应准确测定，经常校核，防止船位移动，孔口应注意保护药包引出线，移船时应注意保护起爆网路。
⑺ 水下深孔采取分段装药时，各段均应装有起爆药包，各起爆药包的导线应标记清楚，防止错接。
⑻ 用电雷管或非电雷管起爆时，每个起爆药包内安放的雷管数不得少于2发。雷雨及大雾天气不得进行水下爆破作业。
3.5 水下开挖出渣
爆破完成后，采用挖泥船开挖出渣。
挖泥船作业时，挖渣船按照标示区域、由外向内、由上游到下游，分块作业，不留死角。先将挖渣作业船定位，采用抓斗式水下抓渣，起吊后将渣放到驳船上。驳船集满渣后，在地方临时码头泊船部位预留的弃渣坑，打开舱门弃渣到坑内。用1.2m3斗容长臂反铲站在码头上，探臂将泥沙块石二次挖装到停放在码头上的15t自卸汽车上，然后运到渣场。
3.6 扫床验收
水下挖渣结束后，为了保证施工质量，应进行硬式扫床，检验施工质量。
4结语
本项目在开挖实施过程中根据金沙江水情情况、码头功能等论证分析，进行了一定的方案优化，减少了超水深（大于12米的）区域的开挖，一定程度上降低了开挖难度。且通过采用两首驳船组装成钻爆船，利用缆绳定位后，在钻爆船上利用QC-100潜孔钻机加钢套管钻孔装药爆破，并在爆破完成后使用挖泥船开挖出渣的水下开挖施工技术，保证了新滩坝码头低水港池的水下开挖进度，确保了向家坝水电站在当年大江截流后将此翻坝转运码头投入使用。
作者简介：罗启元，贵州省水利投资有限责任公司工程师