福建沿海水下鉆爆工藝研究

趙凱

摘 要：我國東南沿海一帶新建航道、航道改造升級工程增多，航道等級越來越高，規(guī)模也越來越大。無論是新建航道，還是航道拓寬加深，都將遇到水下炸礁工程。本文從施工部署、鉆孔及裝藥等方面，對福建沿海一帶的鉆爆技術(shù)進行了初步探討。

關(guān)鍵詞：福建沿海地區(qū) 航道等級 水下鉆爆

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，福建沿海一帶新建航道逐漸增多，不少原有航道因適應(yīng)不了新形勢發(fā)展的需要，也在不斷進行拓寬、增深，提高原航道等級。因航道深度不斷增加，因此在進港段不可避免的要遇到水下基巖突出部分，必須要用到水下鉆爆技術(shù)將基巖進行爆破后開挖運走，來滿足工程需要。

福建沿海炸礁的不同之處

首先是潮差相對較高。福建沿海區(qū)域?qū)儆诎肴粘保蟛糠指劭跒閺姵焙?。以泉州灣石湖港為例，該區(qū)域為正規(guī)半日潮，當(dāng)?shù)刈罡叱蔽粸?.86m，最低潮位為0.19m，最大潮差達7.67m，多年平均高潮位為5.96m。如此高的潮差給施工帶來較多困難，比如說漲落潮時流速增大，高潮時水深變深等。

第二是受干擾因素較多。福建沿海位于我國東南，每年6～9月臺風(fēng)較多，10月份以后，逐漸進入季風(fēng)季節(jié)。該區(qū)域季風(fēng)為強東北風(fēng)，風(fēng)力最高可達10級以上。季風(fēng)季節(jié)時，海面上涌浪較大，浪高可達3m以上。

第三是地質(zhì)條件復(fù)雜。近年來的航道工程多是在原航道上進行升級，拓寬、加深以提高航道等級。這樣的話，鉆爆施工會遇到以前施工造成的破碎帶，水底基巖已經(jīng)不是一個完整的整體，給鉆孔帶來困難。并且某些地方存在著基巖斷層現(xiàn)象，也是給鉆孔工作帶來不利影響。

自然條件的惡劣是無法改造的，我們在施工中只能用改進工藝、改進工具的方法，來適應(yīng)它，以達到我們的目的。

合理規(guī)劃施工順序的重要性

一個工程，往往分為好幾個施工區(qū)或炸礁區(qū)。在鉆爆開工之前，一定要仔細研究設(shè)計圖紙、地勘報告、歷年潮位表、當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料等，多走訪當(dāng)?shù)馗劭诓块T、有經(jīng)驗的漁民，準(zhǔn)確了解到該地區(qū)的潮位規(guī)律、臺風(fēng)季風(fēng)規(guī)律、海面波浪規(guī)律等，對整體鉆爆的施工部署有極大的幫助。原則上，要把風(fēng)浪條件最為不利的區(qū)域放在施工條件最好的時段來進行施工；把風(fēng)浪條件較好的區(qū)域放在施工條件不好的時段來進行。這樣才能保證整體施工效率，確保施工進度，否則到了臺風(fēng)季風(fēng)季節(jié)，風(fēng)浪條件變得惡劣，整個現(xiàn)場將無法施工，面臨停工的困境。

以泉州灣深水航道工程為例，該工程共有15塊礁石需要鉆爆炸除。該地區(qū)季風(fēng)為東北風(fēng)，在施工部署的時候，便充分考慮施工區(qū)附近的小墜島，在季風(fēng)季節(jié)有一定的防風(fēng)阻浪效果（見下圖），因此在施工布置的時候，將3#、6#、7#、9#礁作為最不利位置，將8#和10#作為最有利位置，總體進行平行施工。風(fēng)浪條件最好的時段，施工3#、6#、7#、9#礁，風(fēng)浪條件不好時施工8#、10#礁。

需要注意的是，施工部署定下的施工順序只是一個大的原則上的范疇，在施工中，往往會因為一些具體的原因作出調(diào)整，調(diào)整時也應(yīng)把握住有利施工的原則，盡量做到全面考慮。

施工工藝的改進

施工工藝不是一成不變的，不同地區(qū)往往采取不同的工藝，這取決于每個工程的實際情況、地理環(huán)境、氣象水文因素等多方面綜合原因。為適應(yīng)福建沿海地區(qū)的水下鉆爆工程，需要滿足以下條件。

1、鉆孔工藝

為適應(yīng)高潮差下鉆孔需要，必須采用雙層鉆孔平臺，一般多是采用高鉆架加單套管的鉆孔工藝。鉆爆平臺的設(shè)計要注意，要能在漲落潮水位變化的時候（一般潮差漲落速度為0.01～0.015m/min），適應(yīng)潮位進行鉆孔。

因福建沿海地區(qū)花崗巖分布較廣，非常堅硬，鉆機應(yīng)選用液壓高風(fēng)壓鉆機以提高鉆孔速度。高風(fēng)壓鉆機速度在0.2～0.125m/min左右，一個6米深的鉆孔需要鉆30～48分鐘左右，考慮到準(zhǔn)備時間、裝藥時間及其他等待時間，一個鉆孔完成的時間大概在80分鐘左右，此段時間的潮差最大可達1.2m，在施工中則需要隨時關(guān)注水位情況，保證孔底標(biāo)高。

由于沿海區(qū)域的無遮擋海面上，大部分時間波高都在1.0m～1.5m以上，鉆孔時鉆爆船的定位至關(guān)重要，如定位不穩(wěn)則易出現(xiàn)危險情況，輕則鉆桿被拉彎、鉆頭丟失，重則出現(xiàn)險情。泉州灣深水航道施工時，高潮時水位最深達20m，就是說鉆桿和鋼套管的長度都超過了20m，遇有緊急情況時，要想將鉆桿和鋼套管全部取出的時間較長。經(jīng)過研究改造，可采取在鉆機頂部增加液壓牽引機的方式，加大套管及鉆桿的牽引力；同時可以在平臺中增強鋼套管的保護裝置，以抵抗波浪的沖擊。

2、裝藥連線工藝

成孔后，藥包順著套管往孔里裝的時候，如果遇到潮流沖擊，套管稍有偏移，柔軟的藥包便無法入孔。可以采取以下辦法解決：

選用優(yōu)質(zhì)、具有良好強度和韌性的PVC管，藥包按照計算長度加工好以后裝進PVC管內(nèi)做成一個整體，前端做成楔狀，這樣可以大大減小裝藥的時間和難度，提高裝藥成功率；同時也可以保證藥柱的整體性，增強爆破效果。

一般來說，鉆孔裝藥一定數(shù)量后再進行移船放炮，一次爆破最大藥量是根據(jù)經(jīng)驗公式及修正系數(shù)得到的。每鉆完一個孔并檢驗合格后，就要將炸藥裝進孔內(nèi)，同時將導(dǎo)爆線集中收并，最后再連線進行爆破。隨著鉆爆船不斷移位、鉆孔，導(dǎo)爆線也不斷的放長，不能受力，否則將導(dǎo)致導(dǎo)爆線或?qū)П苁軗p拒爆。為保護導(dǎo)爆線，應(yīng)用強度較高的尼龍繩將導(dǎo)爆線保護起來，無論是水流沖力還是人工的拉力，都作用在尼龍繩上，導(dǎo)爆線始終處于不受力狀態(tài)。福建沿海地區(qū)漲落潮時形成的流速通常達到2～3m/s，必須要做好保護措施，防止水流的強大沖擊力拉斷或拉傷導(dǎo)爆線。隨著鉆孔不斷增加，導(dǎo)爆管數(shù)量、長度也不斷增加，潮流過大時，可以將已裝藥的導(dǎo)爆線集中包扎好，系上浮標(biāo)放入水中，浮標(biāo)用尼龍繩套緊后，預(yù)留足夠長度系在鉆爆船上。鉆爆過程中應(yīng)隨時將連接浮標(biāo)的尼龍繩收緊或放松。

鉆爆過程中，在施工區(qū)域兩端均應(yīng)設(shè)置警戒船，以防止有漁船或其他小型船舶突然闖入施工區(qū)，掛斷炮線引起事故。

3、不良地質(zhì)影響

一般來說，原始礁石因未經(jīng)施工擾動，在進行鉆孔時最為有利。實際施工中，經(jīng)常遇到較破碎的巖層，或者工程本身就是在原航道基礎(chǔ)上進行加深、拓寬施工，礁石在原航道建設(shè)時已經(jīng)被鉆爆過，整體性較差，這種情況下鉆孔就變得比較困難。鉆孔時經(jīng)常會遇到卡鉆現(xiàn)象，或是一個鉆孔完成，鉆桿一提出就出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，鉆孔被破碎的巖石填滿，無法裝藥。

針對這種情況，一般來說首先要探清水下基巖的大致情況，才能制定出相應(yīng)對策：①首先應(yīng)進行一次全面水下測量，然后用抓斗挖泥船進行一次全面開挖，將面層上的碎石或是松動巖石清挖干凈。清挖時如果遇到明顯松動卻無法開挖的松動巖石要在圖中標(biāo)記，另作處理。清挖后再進行一次水下測量，將兩次測量圖紙進行對比，根據(jù)清挖中的記錄分析破碎帶分布情況。②鉆孔前，應(yīng)抽出一定的時間，用鉆爆船上的鉆機將整個礁石探摸一遍（為節(jié)約時間，可不放鋼套管），確定整個區(qū)域的巖石完整情況，記錄下破碎層大致的深度，判斷可以成孔的深度。③根據(jù)探摸情況，進行布孔設(shè)計，盡量避開破碎區(qū)域；實際施工中，如無法成孔，可以將鉆孔位置進行左右稍微偏移（50cm左右），并做好記錄。④改進鋼套管及鉆桿的連接方式。一般鉆爆時，鋼套管末端停留在基巖表面，鉆頭持續(xù)鉆進成孔，如遇到破碎層影響，鉆頭提出時，鉆孔往往又被填滿；可以通過改進鋼套管的末端尺寸及形狀，使之隨著鉆桿一起深入孔內(nèi)，相當(dāng)于為鉆孔增加一個鋼護筒，有效阻止塌孔現(xiàn)象。此種方法鉆孔時間相對要增加一半左右，但能解決無法成孔現(xiàn)象。⑤如某區(qū)域卡鉆現(xiàn)象特別嚴重，可以選用偏心鉆頭進行鉆孔。偏心鉆頭施工效率相對低一點，成孔時間約比普通鉆頭多出一半左右，但能大幅度提高成孔率。⑥如遇到大型松動孤石，無法開挖也無法鉆爆時，可利用挖泥船開挖時的坐標(biāo)記錄，找到其精確位置，有條件的話用潛水員將加工好的藥包放到孤石底部，進行裸爆處理，效果最佳；如不能用潛水員下水，用其他辦法將藥包放到孤石四周（比如挖泥船的抓斗）進行裸爆，此種方法必須經(jīng)過論證，采取必要措施來滿足安全的前提下才可進行。

結(jié)語

海上鉆爆施工與內(nèi)河相比，施工條件要惡劣得多，所遇到的情況也更為復(fù)雜。本文只是列舉出部分在實際施工中遇到的問題及常用解決辦法，在實際施工中，往往會遇到更多各種各樣的難題，需要根據(jù)實際情況，進行分析研究，確定出最佳的施工方法來解決難題。

參考文獻：

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[3] 交通運輸部.水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn).人民交通出版社.2008

（作者單位：長江重慶航道工程局）