高空錨桿鉆機和蜘蛛人在高陡邊坡生態修復施工中的應用

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，我國廢棄礦山生態修復治理工作受到全社會的高度重視[1]，生態修復治理呈快速增長的趨勢，施工技術也各有所長。衢江區上方鎮鈣礦資源豐富，曾被譽為“上方鈣都”。但因原鈣企業多年無序、不規則開采，形成了多處高陡、直立、局部倒懸裸露的邊坡。礦山關停廢棄多年未及時復綠和支護，存在嚴重的視覺污染和巖體崩塌、滑坡風險。在此背景下，衢江區上方鎮廢棄礦山生態修復項目落地，通過一系列工程措施的實施實現了廢棄礦山邊坡加固和生態復綠的目標。

1 工程概述

該工程包括23座廢棄礦山灰巖邊坡，總面積達1 008 744 m2，單座邊坡高度為80～150 m不等，平均高度近百米。施工內容包括邊坡支護和生態綠化兩個部分。邊坡支護采用錨桿+SNS主動防護網封閉坡面以提高表層巖體的穩定性,阻止裂隙巖體滾落和崩塌；生態綠化采用鉆孔植草輔以噴混植生、營養棒安裝、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351 574 m，SNS主動防護網面積達545 565 m2，植草綠化面積達474 605 m2，坡面苗木種植1 810 293株，工程量大，施工周期長。目前，國內針對高陡邊坡支護、生態綠化施工絕大多數采用沿整個坡面搭設腳手架、工人在腳手架上布設施工平臺和設備進行鉆孔、掛網和苗木種植作業。該工程若沿用傳統腳手架方案施工安全風險大，進度慢，成本高，給項目管理帶來了非常大的挑戰。承擔該工程的項目部對周邊已實施和正在實施的類似工程進行了調研，實地查看了高陡邊坡施工方法，經查閱有關規范并與國內高邊坡施工設備廠商進行技術咨詢后最終確定采用“高空錨桿鉆機+蜘蛛人”替代“腳手架”進行高陡邊坡支護和生態綠化施工，按時、保質、保量地完成了各項節點目標，取得了經濟和社會效益雙贏，介紹了具體的實施過程。

2 高空錨桿鉆機+蜘蛛人施工方法

2.1 高空錨桿鉆機

(1)設備參數：市場調查發現，50 m及以上高空鉆孔設備沒有成品。項目部技術人員經與有關行業專家、設備廠商技術人員研究后確定借助SY-550型挖掘機操控室、配重和行走履帶+定制的液壓伸縮臂+潛孔鉆機+操作平臺組裝形成50 m高空錨桿鉆機用于該工程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30 m。垂直作業高度為3～48 m，伸縮臂作業旋轉半徑為30°～145°。工作風壓為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，整機額定功率為300 kW。

(2)設備優勢：①大幅度減少了腳手架的搭設工程量，節約了工程投資，降低了施工成本和安全風險；②在鉆機上安裝了高清監控設備，可在選孔和鉆孔時能清楚地看到巖面及鉆孔情況，使鉆孔質量得到實時監控；③增加了高壓噴霧設施，大幅度降低了粉塵污染，保護了生態環境；④施工效率大幅度提高，比人工鉆孔快5倍，提質增效明顯；⑤機械作業替代了大部分人工作業，降低了安全風險。50 m高空錨桿鉆機鉆孔施工情況見圖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。在邊坡施工現場，蜘蛛人依靠懸掛點與吊繩，通過人體翻、轉、蹬、挪等動作安全、快速、準確地在坡面上移動，在高陡邊坡完成施工作業[2]。

(2)蜘蛛人使用的配套材料：主吊繩(高空作業繩)材質為錦綸繩，φ16 mm，破斷拉力為52.7 kN；副繩(安全保護繩)：材質及參數與主吊繩相同；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。蜘蛛人進行坡面植草作業情況見圖2。

圖1 50 m高空錨桿鉆機鉆孔施工情況

圖2 蜘蛛人進行坡面植草作業情況

3 高陡邊坡生態修復采用的施工方法

根據設計要求和施工部署，高陡邊坡生態修復施工的總體程序為：清除坡面危石→錨桿施工、植草綠化鉆孔→SNS主動防護網安裝→苗木種植→綠化養護施工。

3.1 腳手架方案與高空錨桿鉆機+蜘蛛人方案的對比分析

(1)傳統腳手架施工方案。根據邊坡實際地形、結合邊坡施工內容擬定腳手架專項方案，以安全可靠，利于施工為原則，搭設高度為50 m及以上的落地式腳手架編制專項方案后經單位技術負責人審批、專家論證后方可實施。腳手架搭設完成并經驗收合格后方能進行邊坡支護和生態綠化施工。高邊坡搭設腳手架技術要求高，周轉材料多，搬運極不方便；且其搭拆耗用時間長，成本高，安全風險比較大，不利于現場實施。

(2)基于腳手架方案的諸多困難和不便，項目部最終決定采用高空錨桿鉆機+蜘蛛人替代腳手架進行坡面生態修復施工。對于48 m以下邊坡的鉆孔作業由高空錨桿鉆機獨立完成；48 m以上邊坡的鉆孔及坡面所有SNS主動防護網安裝、苗木種植、綠化養護等作業均由蜘蛛人完成(高空錨桿鉆機亦可為48 m以下邊坡蜘蛛人掛網或苗木種植提供作業平臺)。高空錨桿鉆機+蜘蛛人優勢互補，能夠到達每一個角落；鉆機在地面移動方便，不需要其他輔助設備，施工干擾少；機械比人工鉆孔效率高；以機換人節省了大量腳手架搭拆工作，降低了安全風險，節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，無法采用機械進行清坡施工，故該項目采用蜘蛛人拴雙安全繩在坡面上利用撬棍、風鎬、電鉆作業，其效果需經參建單位聯合驗收合格后方可進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)用于拴結固定主吊繩和副安全繩、用于蜘蛛人的唯一受力支撐點。錨桿插筋入巖2 m，外露1.2 m，內傾25°，孔內灌注M30水泥砂漿[3](待砂漿強度達到100%后方可拴繩承重)。吊繩在插筋上至少纏繞5圈，在插筋端頭設置倒鉤以防止吊繩滑落，經專職安全員驗收、做載重試驗確保安全后方可允許蜘蛛人使用吊繩作業。吊繩、安全繩與邊坡巖體接觸面采用橡膠或軟布護墊，防止蜘蛛人作業時吊繩反復摩擦導致繩索斷裂。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，在受力狀態下鎖定不會下滑，蜘蛛人可通過U型卸扣內側活結靈活調整吊繩高度、上下自由作業。

3.3 高空錨桿鉆機+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。高空錨桿鉆機的最大作業高度為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，按照設計圖紙測量放線定點。高空錨桿鉆機按孔位要求就位后啟動風、油、電路、除塵、降噪系統，由專業操作人員將鉆頭調節至設計入射角度后即可進行鉆孔作業。錨桿孔深3.5 m，由蜘蛛人在作業平臺上完成鉆桿的更換，鉆進過程中蜘蛛人必須做好安全防護措施以確保機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計要求，高空錨桿鉆機上自帶的監控系統可隨時查看鉆孔狀態和孔深等，若發現不滿足設計要求時可及時進行調整。

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

項目實踐表明：“下龍寺、嶺頭、西京山、塘源口”等邊坡均采用高空錨桿鉆機鉆孔。錨桿平均鉆孔速度為3孔/h，比常規手風鉆快3倍；植草孔平均鉆孔速度為15孔/h，比常規手風鉆快5倍。

3.4 蜘蛛人安裝SNS主動防護網、苗木種植和綠化養護

SNS主動防護網的安裝、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為蜘蛛人提供作業平臺。

錨桿的注漿強度需達到設計要求并經抗拔試驗檢測合格后方可安裝SNS主動防護網。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個繩卡與錨桿外露環套固定連接牢固[5]。蜘蛛人系吊繩和安全繩沿坡面自上而下鋪掛格柵網，格柵網間的重疊寬度不小于5 cm，格柵網以及格柵網與支撐繩之間均用φ1.5 mm鐵絲進行綁扎，綁扎間距可根據坡度適當調整。格柵網鋪設完成后即可鋪設主動防護網，主動防護網與橫、縱繩之間用1根φ8 mm鋼絲繩縫合固定，通過網片、支撐繩及縫合繩將邊坡全部覆蓋以達到整體防護效果。

植草孔施鉆完成并經驗收合格后根據季節情況選擇合適的時間種植苗木。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行更換。

苗木種植完成后，每天安排專人利用灑水車、養護水管等多種方式進行綠化養護，局部區域由蜘蛛人灑水養護以提高苗木的存活率，盡早實現綠化要求。

4 實施效果及應用前景

目前，“高空錨桿鉆機+蜘蛛人”在衢江區生態修復工程中已得到成功應用，5個月內圓滿完成了8座、總面積約200 000 m2廢棄礦山的生態修復，提前40 d通過交工驗收，其安全、質量、進度滿足合同要求，實施效果獲得省級驗收專家組的一致好評。經綜合測算，管理費節約45萬元，施工成本節約308.2萬元，社會和經濟效益明顯。項目部擬將在工程區內其他的礦山邊坡全面推廣應用“高空錨桿鉆機+蜘蛛人”施工方法，以提高施工效率、降低安全風險，節約施工成本，為今后類似礦山生態修復工程快速施工提供可借鑒的經驗，其應用前景廣闊。