高空錨桿鉆機(jī)和蜘蛛人在高陡邊坡生態(tài)修復(fù)施工中的應(yīng)用

王 奕 兵， 曾 建， 蘇 志 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

近年來，我國廢棄礦山生態(tài)修復(fù)治理工作受到全社會的高度重視[1]，生態(tài)修復(fù)治理呈快速增長的趨勢，施工技術(shù)也各有所長。衢江區(qū)上方鎮(zhèn)鈣礦資源豐富，曾被譽(yù)為“上方鈣都”。但因原鈣企業(yè)多年無序、不規(guī)則開采，形成了多處高陡、直立、局部倒懸裸露的邊坡。礦山關(guān)停廢棄多年未及時(shí)復(fù)綠和支護(hù)，存在嚴(yán)重的視覺污染和巖體崩塌、滑坡風(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，衢江區(qū)上方鎮(zhèn)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目落地，通過一系列工程措施的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了廢棄礦山邊坡加固和生態(tài)復(fù)綠的目標(biāo)。

1 工程概述

該工程包括23座廢棄礦山灰?guī)r邊坡，總面積達(dá)1 008 744 m2，單座邊坡高度為80～150 m不等，平均高度近百米。施工內(nèi)容包括邊坡支護(hù)和生態(tài)綠化兩個(gè)部分。邊坡支護(hù)采用錨桿+SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)封閉坡面以提高表層巖體的穩(wěn)定性,阻止裂隙巖體滾落和崩塌；生態(tài)綠化采用鉆孔植草輔以噴混植生、營養(yǎng)棒安裝、種植圍堰等方式使邊坡覆蓋綠植。

該工程所包含的23座邊坡使用的錨桿量共計(jì)351 574 m，SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)面積達(dá)545 565 m2，植草綠化面積達(dá)474 605 m2，坡面苗木種植1 810 293株，工程量大，施工周期長。目前，國內(nèi)針對高陡邊坡支護(hù)、生態(tài)綠化施工絕大多數(shù)采用沿整個(gè)坡面搭設(shè)腳手架、工人在腳手架上布設(shè)施工平臺和設(shè)備進(jìn)行鉆孔、掛網(wǎng)和苗木種植作業(yè)。該工程若沿用傳統(tǒng)腳手架方案施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，進(jìn)度慢，成本高，給項(xiàng)目管理帶來了非常大的挑戰(zhàn)。承擔(dān)該工程的項(xiàng)目部對周邊已實(shí)施和正在實(shí)施的類似工程進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)地查看了高陡邊坡施工方法，經(jīng)查閱有關(guān)規(guī)范并與國內(nèi)高邊坡施工設(shè)備廠商進(jìn)行技術(shù)咨詢后最終確定采用“高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人”替代“腳手架”進(jìn)行高陡邊坡支護(hù)和生態(tài)綠化施工，按時(shí)、保質(zhì)、保量地完成了各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，取得了經(jīng)濟(jì)和社會效益雙贏，介紹了具體的實(shí)施過程。

2 高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人施工方法

2.1 高空錨桿鉆機(jī)

(1)設(shè)備參數(shù)：市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，50 m及以上高空鉆孔設(shè)備沒有成品。項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)與有關(guān)行業(yè)專家、設(shè)備廠商技術(shù)人員研究后確定借助SY-550型挖掘機(jī)操控室、配重和行走履帶+定制的液壓伸縮臂+潛孔鉆機(jī)+操作平臺組裝形成50 m高空錨桿鉆機(jī)用于該工程50 m以下高陡邊坡的鉆孔。鉆桿單根長度為1 m，鉆孔直徑為60～100 mm，鉆孔速度為15 m/h，最大鉆孔深度可達(dá)30 m。垂直作業(yè)高度為3～48 m，伸縮臂作業(yè)旋轉(zhuǎn)半徑為30°～145°。工作風(fēng)壓為1.7 MPa，伸縮臂整體重量為8 t，操作平臺為(長)2.5 m×(寬)1.5 m×(高)1 m，整機(jī)額定功率為300 kW。

(2)設(shè)備優(yōu)勢：①大幅度減少了腳手架的搭設(shè)工程量，節(jié)約了工程投資，降低了施工成本和安全風(fēng)險(xiǎn)；②在鉆機(jī)上安裝了高清監(jiān)控設(shè)備，可在選孔和鉆孔時(shí)能清楚地看到巖面及鉆孔情況，使鉆孔質(zhì)量得到實(shí)時(shí)監(jiān)控；③增加了高壓噴霧設(shè)施，大幅度降低了粉塵污染，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境；④施工效率大幅度提高，比人工鉆孔快5倍，提質(zhì)增效明顯；⑤機(jī)械作業(yè)替代了大部分人工作業(yè)，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。50 m高空錨桿鉆機(jī)鉆孔施工情況見圖1。

2.2 “蜘蛛人”

(1)蜘蛛人釋義：在城市高樓外墻上進(jìn)行清潔工作，安裝、維修景觀、路燈能見到的空中工作者的身影。他們能很好地利用各種安全設(shè)備及自身平衡能力懸浮在空中，像蜘蛛一樣，故稱為蜘蛛人。在邊坡施工現(xiàn)場，蜘蛛人依靠懸掛點(diǎn)與吊繩，通過人體翻、轉(zhuǎn)、蹬、挪等動(dòng)作安全、快速、準(zhǔn)確地在坡面上移動(dòng)，在高陡邊坡完成施工作業(yè)[2]。

(2)蜘蛛人使用的配套材料：主吊繩(高空作業(yè)繩)材質(zhì)為錦綸繩，φ16 mm，破斷拉力為52.7 kN；副繩(安全保護(hù)繩)：材質(zhì)及參數(shù)與主吊繩相同；坐式吊板由柳木制成，主要為施工人員提供工作平臺，板上配有φ10 mm鋼絲繩、U型鋼制卸扣和安全帶。蜘蛛人進(jìn)行坡面植草作業(yè)情況見圖2。

圖1 50 m高空錨桿鉆機(jī)鉆孔施工情況

圖2 蜘蛛人進(jìn)行坡面植草作業(yè)情況

3 高陡邊坡生態(tài)修復(fù)采用的施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工部署，高陡邊坡生態(tài)修復(fù)施工的總體程序?yàn)椋呵宄旅嫖Ｊ^桿施工、植草綠化鉆孔→SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)安裝→苗木種植→綠化養(yǎng)護(hù)施工。

3.1 腳手架方案與高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人方案的對比分析

(1)傳統(tǒng)腳手架施工方案。根據(jù)邊坡實(shí)際地形、結(jié)合邊坡施工內(nèi)容擬定腳手架專項(xiàng)方案，以安全可靠，利于施工為原則，搭設(shè)高度為50 m及以上的落地式腳手架編制專項(xiàng)方案后經(jīng)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人審批、專家論證后方可實(shí)施。腳手架搭設(shè)完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行邊坡支護(hù)和生態(tài)綠化施工。高邊坡搭設(shè)腳手架技術(shù)要求高，周轉(zhuǎn)材料多，搬運(yùn)極不方便；且其搭拆耗用時(shí)間長，成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)比較大，不利于現(xiàn)場實(shí)施。

(2)基于腳手架方案的諸多困難和不便，項(xiàng)目部最終決定采用高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人替代腳手架進(jìn)行坡面生態(tài)修復(fù)施工。對于48 m以下邊坡的鉆孔作業(yè)由高空錨桿鉆機(jī)獨(dú)立完成；48 m以上邊坡的鉆孔及坡面所有SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)安裝、苗木種植、綠化養(yǎng)護(hù)等作業(yè)均由蜘蛛人完成(高空錨桿鉆機(jī)亦可為48 m以下邊坡蜘蛛人掛網(wǎng)或苗木種植提供作業(yè)平臺)。高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠到達(dá)每一個(gè)角落；鉆機(jī)在地面移動(dòng)方便，不需要其他輔助設(shè)備，施工干擾少；機(jī)械比人工鉆孔效率高；以機(jī)換人節(jié)省了大量腳手架搭拆工作，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工期和施工成本。

3.2 蜘蛛人清坡

鑒于廢棄礦山坡面上散布較多的礦渣、浮石及破碎巖體，為確保蜘蛛人作業(yè)安全，施工前必須將礦渣、浮石及破碎巖體清除干凈。由于邊坡高陡、凹凸不平，無法采用機(jī)械進(jìn)行清坡施工，故該項(xiàng)目采用蜘蛛人拴雙安全繩在坡面上利用撬棍、風(fēng)鎬、電鉆作業(yè)，其效果需經(jīng)參建單位聯(lián)合驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序的施工。

蜘蛛人先在坡頂開口線外的安全位置(距邊坡開口線安全距離不小于1.5 m)鉆孔并安裝2根錨桿插筋(φ25 mm，HRB400E鋼筋)用于拴結(jié)固定主吊繩和副安全繩、用于蜘蛛人的唯一受力支撐點(diǎn)。錨桿插筋入巖2 m，外露1.2 m，內(nèi)傾25°，孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿[3](待砂漿強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拴繩承重)。吊繩在插筋上至少纏繞5圈，在插筋端頭設(shè)置倒鉤以防止吊繩滑落，經(jīng)專職安全員驗(yàn)收、做載重試驗(yàn)確保安全后方可允許蜘蛛人使用吊繩作業(yè)。吊繩、安全繩與邊坡巖體接觸面采用橡膠或軟布護(hù)墊，防止蜘蛛人作業(yè)時(shí)吊繩反復(fù)摩擦導(dǎo)致繩索斷裂。主吊繩與坐式吊板采用一種特殊的系扣方式，其受力越大，連接越牢固，在受力狀態(tài)下鎖定不會下滑，蜘蛛人可通過U型卸扣內(nèi)側(cè)活結(jié)靈活調(diào)整吊繩高度、上下自由作業(yè)。

3.3 高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人鉆孔

錨桿孔深3.5 m，孔徑為60 mm，間排距為4.2 m×3.5 m，植草孔深度為0.7 m，孔徑為90 mm，間排距為0.85 m×0.85 m，呈梅花形布置。高空錨桿鉆機(jī)的最大作業(yè)高度為48 m，主要用于48 m以下邊坡的錨桿鉆孔、植草孔鉆孔施工。鉆孔前，按照設(shè)計(jì)圖紙測量放線定點(diǎn)。高空錨桿鉆機(jī)按孔位要求就位后啟動(dòng)風(fēng)、油、電路、除塵、降噪系統(tǒng)，由專業(yè)操作人員將鉆頭調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)入射角度后即可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。錨桿孔深3.5 m，由蜘蛛人在作業(yè)平臺上完成鉆桿的更換，鉆進(jìn)過程中蜘蛛人必須做好安全防護(hù)措施以確保機(jī)械和人員的施工安全。植草孔深度為0.7 m，單根鉆桿長度可滿足設(shè)計(jì)要求，高空錨桿鉆機(jī)上自帶的監(jiān)控系統(tǒng)可隨時(shí)查看鉆孔狀態(tài)和孔深等，若發(fā)現(xiàn)不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

對于48 m以上的邊坡，高空錨桿鉆機(jī)無法鉆孔，此時(shí)，依靠蜘蛛人采用YT-28手風(fēng)鉆+定制鉆頭在坡面上完成鉆孔作業(yè)。蜘蛛人沿吊繩自上而下手持風(fēng)鉆機(jī)濕鉆孔，施工過程中需佩戴防護(hù)用具和對講機(jī)與地面安全管理人員隨時(shí)保持聯(lián)系，出現(xiàn)緊急情況及時(shí)呼叫；降雨、超過五級以上大風(fēng)[4]、氣溫低于5 ℃、高于35 ℃時(shí)嚴(yán)禁施工。

項(xiàng)目實(shí)踐表明：“下龍寺、嶺頭、西京山、塘源口”等邊坡均采用高空錨桿鉆機(jī)鉆孔。錨桿平均鉆孔速度為3孔/h，比常規(guī)手風(fēng)鉆快3倍；植草孔平均鉆孔速度為15孔/h，比常規(guī)手風(fēng)鉆快5倍。

3.4 蜘蛛人安裝SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、苗木種植和綠化養(yǎng)護(hù)

SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安裝、苗木種植均通過蜘蛛人完成。48 m以下邊坡可借助高空錨桿鉆機(jī)為蜘蛛人提供作業(yè)平臺。

錨桿的注漿強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)要求并經(jīng)抗拔試驗(yàn)檢測合格后方可安裝SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。蜘蛛人首先在錨桿上安裝橫向和縱向支撐繩，采用5 t手拉葫蘆拉緊后用2個(gè)繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接牢固[5]。蜘蛛人系吊繩和安全繩沿坡面自上而下鋪掛格柵網(wǎng)，格柵網(wǎng)間的重疊寬度不小于5 cm，格柵網(wǎng)以及格柵網(wǎng)與支撐繩之間均用φ1.5 mm鐵絲進(jìn)行綁扎，綁扎間距可根據(jù)坡度適當(dāng)調(diào)整。格柵網(wǎng)鋪設(shè)完成后即可鋪設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)與橫、縱繩之間用1根φ8 mm鋼絲繩縫合固定，通過網(wǎng)片、支撐繩及縫合繩將邊坡全部覆蓋以達(dá)到整體防護(hù)效果。

植草孔施鉆完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后根據(jù)季節(jié)情況選擇合適的時(shí)間種植苗木。蜘蛛人將袋裝苗木(不超過20袋,含種植土)放在背簍里(總重量不超過25 kg)自上而下逐孔安裝。對于枯萎的苗木亦采用該方式進(jìn)行更換。

苗木種植完成后，每天安排專人利用灑水車、養(yǎng)護(hù)水管等多種方式進(jìn)行綠化養(yǎng)護(hù)，局部區(qū)域由蜘蛛人灑水養(yǎng)護(hù)以提高苗木的存活率，盡早實(shí)現(xiàn)綠化要求。

4 實(shí)施效果及應(yīng)用前景

目前，“高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人”在衢江區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中已得到成功應(yīng)用，5個(gè)月內(nèi)圓滿完成了8座、總面積約200 000 m2廢棄礦山的生態(tài)修復(fù)，提前40 d通過交工驗(yàn)收，其安全、質(zhì)量、進(jìn)度滿足合同要求，實(shí)施效果獲得省級驗(yàn)收專家組的一致好評。經(jīng)綜合測算，管理費(fèi)節(jié)約45萬元，施工成本節(jié)約308.2萬元，社會和經(jīng)濟(jì)效益明顯。項(xiàng)目部擬將在工程區(qū)內(nèi)其他的礦山邊坡全面推廣應(yīng)用“高空錨桿鉆機(jī)+蜘蛛人”施工方法，以提高施工效率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約施工成本，為今后類似礦山生態(tài)修復(fù)工程快速施工提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，其應(yīng)用前景廣闊。