高空锚杆钻机和蜘蛛人在高陡边坡生态修复施工中的应用

王 奕 兵， 曾 建， 苏 志 勇

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

近年来，我国废弃矿山生态修复治理工作受到全社会的高度重视[1]，生态修复治理呈快速增长的趋势，施工技术也各有所长。衢江区上方镇钙矿资源丰富，曾被誉为“上方钙都”。但因原钙企业多年无序、不规则开采，形成了多处高陡、直立、局部倒悬裸露的边坡。矿山关停废弃多年未及时复绿和支护，存在严重的视觉污染和岩体崩塌、滑坡风险。在此背景下，衢江区上方镇废弃矿山生态修复项目落地，通过一系列工程措施的实施实现了废弃矿山边坡加固和生态复绿的目标。

1 工程概述

该工程包括23座废弃矿山灰岩边坡，总面积达1 008 744 m2，单座边坡高度为80～150 m不等，平均高度近百米。施工内容包括边坡支护和生态绿化两个部分。边坡支护采用锚杆+SNS主动防护网封闭坡面以提高表层岩体的稳定性,阻止裂隙岩体滚落和崩塌；生态绿化采用钻孔植草辅以喷混植生、营养棒安装、种植围堰等方式使边坡覆盖绿植。

该工程所包含的23座边坡使用的锚杆量共计351 574 m，SNS主动防护网面积达545 565 m2，植草绿化面积达474 605 m2，坡面苗木种植1 810 293株，工程量大，施工周期长。目前，国内针对高陡边坡支护、生态绿化施工绝大多数采用沿整个坡面搭设脚手架、工人在脚手架上布设施工平台和设备进行钻孔、挂网和苗木种植作业。该工程若沿用传统脚手架方案施工安全风险大，进度慢，成本高，给项目管理带来了非常大的挑战。承担该工程的项目部对周边已实施和正在实施的类似工程进行了调研，实地查看了高陡边坡施工方法，经查阅有关规范并与国内高边坡施工设备厂商进行技术咨询后最终确定采用“高空锚杆钻机+蜘蛛人”替代“脚手架”进行高陡边坡支护和生态绿化施工，按时、保质、保量地完成了各项节点目标，取得了经济和社会效益双赢，介绍了具体的实施过程。

2 高空锚杆钻机+蜘蛛人施工方法

2.1 高空锚杆钻机

(1)设备参数：市场调查发现，50 m及以上高空钻孔设备没有成品。项目部技术人员经与有关行业专家、设备厂商技术人员研究后确定借助SY-550型挖掘机操控室、配重和行走履带+定制的液压伸缩臂+潜孔钻机+操作平台组装形成50 m高空锚杆钻机用于该工程50 m以下高陡边坡的钻孔。钻杆单根长度为1 m，钻孔直径为60～100 mm，钻孔速度为15 m/h，最大钻孔深度可达30 m。垂直作业高度为3～48 m，伸缩臂作业旋转半径为30°～145°。工作风压为1.7 MPa，伸缩臂整体重量为8 t，操作平台为(长)2.5 m×(宽)1.5 m×(高)1 m，整机额定功率为300 kW。

(2)设备优势：①大幅度减少了脚手架的搭设工程量，节约了工程投资，降低了施工成本和安全风险；②在钻机上安装了高清监控设备，可在选孔和钻孔时能清楚地看到岩面及钻孔情况，使钻孔质量得到实时监控；③增加了高压喷雾设施，大幅度降低了粉尘污染，保护了生态环境；④施工效率大幅度提高，比人工钻孔快5倍，提质增效明显；⑤机械作业替代了大部分人工作业，降低了安全风险。50 m高空锚杆钻机钻孔施工情况见图1。

2.2 “蜘蛛人”

(1)蜘蛛人释义：在城市高楼外墙上进行清洁工作，安装、维修景观、路灯能见到的空中工作者的身影。他们能很好地利用各种安全设备及自身平衡能力悬浮在空中，像蜘蛛一样，故称为蜘蛛人。在边坡施工现场，蜘蛛人依靠悬挂点与吊绳，通过人体翻、转、蹬、挪等动作安全、快速、准确地在坡面上移动，在高陡边坡完成施工作业[2]。

(2)蜘蛛人使用的配套材料：主吊绳(高空作业绳)材质为锦纶绳，φ16 mm，破断拉力为52.7 kN；副绳(安全保护绳)：材质及参数与主吊绳相同；坐式吊板由柳木制成，主要为施工人员提供工作平台，板上配有φ10 mm钢丝绳、U型钢制卸扣和安全带。蜘蛛人进行坡面植草作业情况见图2。

图1 50 m高空锚杆钻机钻孔施工情况

图2 蜘蛛人进行坡面植草作业情况

3 高陡边坡生态修复采用的施工方法

根据设计要求和施工部署，高陡边坡生态修复施工的总体程序为：清除坡面危石→锚杆施工、植草绿化钻孔→SNS主动防护网安装→苗木种植→绿化养护施工。

3.1 脚手架方案与高空锚杆钻机+蜘蛛人方案的对比分析

(1)传统脚手架施工方案。根据边坡实际地形、结合边坡施工内容拟定脚手架专项方案，以安全可靠，利于施工为原则，搭设高度为50 m及以上的落地式脚手架编制专项方案后经单位技术负责人审批、专家论证后方可实施。脚手架搭设完成并经验收合格后方能进行边坡支护和生态绿化施工。高边坡搭设脚手架技术要求高，周转材料多，搬运极不方便；且其搭拆耗用时间长，成本高，安全风险比较大，不利于现场实施。

(2)基于脚手架方案的诸多困难和不便，项目部最终决定采用高空锚杆钻机+蜘蛛人替代脚手架进行坡面生态修复施工。对于48 m以下边坡的钻孔作业由高空锚杆钻机独立完成；48 m以上边坡的钻孔及坡面所有SNS主动防护网安装、苗木种植、绿化养护等作业均由蜘蛛人完成(高空锚杆钻机亦可为48 m以下边坡蜘蛛人挂网或苗木种植提供作业平台)。高空锚杆钻机+蜘蛛人优势互补，能够到达每一个角落；钻机在地面移动方便，不需要其他辅助设备，施工干扰少；机械比人工钻孔效率高；以机换人节省了大量脚手架搭拆工作，降低了安全风险，节约了工期和施工成本。

3.2 蜘蛛人清坡

鉴于废弃矿山坡面上散布较多的矿渣、浮石及破碎岩体，为确保蜘蛛人作业安全，施工前必须将矿渣、浮石及破碎岩体清除干净。由于边坡高陡、凹凸不平，无法采用机械进行清坡施工，故该项目采用蜘蛛人拴双安全绳在坡面上利用撬棍、风镐、电钻作业，其效果需经参建单位联合验收合格后方可进行下一道工序的施工。

蜘蛛人先在坡顶开口线外的安全位置(距边坡开口线安全距离不小于1.5 m)钻孔并安装2根锚杆插筋(φ25 mm，HRB400E钢筋)用于拴结固定主吊绳和副安全绳、用于蜘蛛人的唯一受力支撑点。锚杆插筋入岩2 m，外露1.2 m，内倾25°，孔内灌注M30水泥砂浆[3](待砂浆强度达到100%后方可拴绳承重)。吊绳在插筋上至少缠绕5圈，在插筋端头设置倒钩以防止吊绳滑落，经专职安全员验收、做载重试验确保安全后方可允许蜘蛛人使用吊绳作业。吊绳、安全绳与边坡岩体接触面采用橡胶或软布护垫，防止蜘蛛人作业时吊绳反复摩擦导致绳索断裂。主吊绳与坐式吊板采用一种特殊的系扣方式，其受力越大，连接越牢固，在受力状态下锁定不会下滑，蜘蛛人可通过U型卸扣内侧活结灵活调整吊绳高度、上下自由作业。

3.3 高空锚杆钻机+蜘蛛人钻孔

锚杆孔深3.5 m，孔径为60 mm，间排距为4.2 m×3.5 m，植草孔深度为0.7 m，孔径为90 mm，间排距为0.85 m×0.85 m，呈梅花形布置。高空锚杆钻机的最大作业高度为48 m，主要用于48 m以下边坡的锚杆钻孔、植草孔钻孔施工。钻孔前，按照设计图纸测量放线定点。高空锚杆钻机按孔位要求就位后启动风、油、电路、除尘、降噪系统，由专业操作人员将钻头调节至设计入射角度后即可进行钻孔作业。锚杆孔深3.5 m，由蜘蛛人在作业平台上完成钻杆的更换，钻进过程中蜘蛛人必须做好安全防护措施以确保机械和人员的施工安全。植草孔深度为0.7 m，单根钻杆长度可满足设计要求，高空锚杆钻机上自带的监控系统可随时查看钻孔状态和孔深等，若发现不满足设计要求时可及时进行调整。

对于48 m以上的边坡，高空锚杆钻机无法钻孔，此时，依靠蜘蛛人采用YT-28手风钻+定制钻头在坡面上完成钻孔作业。蜘蛛人沿吊绳自上而下手持风钻机湿钻孔，施工过程中需佩戴防护用具和对讲机与地面安全管理人员随时保持联系，出现紧急情况及时呼叫；降雨、超过五级以上大风[4]、气温低于5 ℃、高于35 ℃时严禁施工。

项目实践表明：“下龙寺、岭头、西京山、塘源口”等边坡均采用高空锚杆钻机钻孔。锚杆平均钻孔速度为3孔/h，比常规手风钻快3倍；植草孔平均钻孔速度为15孔/h，比常规手风钻快5倍。

3.4 蜘蛛人安装SNS主动防护网、苗木种植和绿化养护

SNS主动防护网的安装、苗木种植均通过蜘蛛人完成。48 m以下边坡可借助高空锚杆钻机为蜘蛛人提供作业平台。

锚杆的注浆强度需达到设计要求并经抗拔试验检测合格后方可安装SNS主动防护网。蜘蛛人首先在锚杆上安装横向和纵向支撑绳，采用5 t手拉葫芦拉紧后用2个绳卡与锚杆外露环套固定连接牢固[5]。蜘蛛人系吊绳和安全绳沿坡面自上而下铺挂格栅网，格栅网间的重叠宽度不小于5 cm，格栅网以及格栅网与支撑绳之间均用φ1.5 mm铁丝进行绑扎，绑扎间距可根据坡度适当调整。格栅网铺设完成后即可铺设主动防护网，主动防护网与横、纵绳之间用1根φ8 mm钢丝绳缝合固定，通过网片、支撑绳及缝合绳将边坡全部覆盖以达到整体防护效果。

植草孔施钻完成并经验收合格后根据季节情况选择合适的时间种植苗木。蜘蛛人将袋装苗木(不超过20袋,含种植土)放在背篓里(总重量不超过25 kg)自上而下逐孔安装。对于枯萎的苗木亦采用该方式进行更换。

苗木种植完成后，每天安排专人利用洒水车、养护水管等多种方式进行绿化养护，局部区域由蜘蛛人洒水养护以提高苗木的存活率，尽早实现绿化要求。

4 实施效果及应用前景

目前，“高空锚杆钻机+蜘蛛人”在衢江区生态修复工程中已得到成功应用，5个月内圆满完成了8座、总面积约200 000 m2废弃矿山的生态修复，提前40 d通过交工验收，其安全、质量、进度满足合同要求，实施效果获得省级验收专家组的一致好评。经综合测算，管理费节约45万元，施工成本节约308.2万元，社会和经济效益明显。项目部拟将在工程区内其他的矿山边坡全面推广应用“高空锚杆钻机+蜘蛛人”施工方法，以提高施工效率、降低安全风险，节约施工成本，为今后类似矿山生态修复工程快速施工提供可借鉴的经验，其应用前景广阔。