水下爆破技術(shù)在港口碼頭建設(shè)中的應(yīng)用

馬明生

水下爆破技術(shù)在港口碼頭建設(shè)中的應(yīng)用

馬明生

（重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司 重慶市渝北區(qū) 401121）

爆破技術(shù)指的是利用炸藥的爆炸能量，對(duì)某種物體的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，從而實(shí)現(xiàn)不同的工程目標(biāo)。現(xiàn)如今，爆破技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于港口碼頭建設(shè)中，對(duì)此，本文將以重力式碼頭作為研究對(duì)象，詳細(xì)探究水下爆破技術(shù)在港口碼頭建設(shè)中的應(yīng)用方式，以期為類(lèi)似工程提供借鑒。

碼頭建設(shè)；水下爆破技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

港口碼頭建設(shè)是土地資源開(kāi)發(fā)中十分重要的建設(shè)類(lèi)型，土石方量比較大，作業(yè)面比較寬，而且人力、物力消耗量比較大，現(xiàn)如今，水下爆破技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于港口碼頭建設(shè)中，有利于節(jié)約建設(shè)資源和建設(shè)成本。因此，對(duì)水下爆破技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探究至關(guān)重要。

2 工程概況

某港區(qū)碼頭基礎(chǔ)為拋石基床，上部為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，拋石基床頂面寬有兩種，即26.15m和22.1m兩種。另外，該碼頭基床爆夯總長(zhǎng)（含延伸段）為558m。碼頭基床由10～100kg和10～300kg兩種規(guī)格塊石拋填而成，基床前沿頂標(biāo)高為-12m和-16m，底標(biāo)高-20～-26m，基床拋石厚度4～14m。設(shè)計(jì)高水位+7.2m，設(shè)計(jì)低水位+0.75m，施工水深大于12m。由于碼頭建設(shè)地處開(kāi)敞式海域，基床爆夯施工受風(fēng)浪、水流影響很大，如何合理安排工期及高效的完成基床爆夯施工成為碼頭建設(shè)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3 參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）布藥網(wǎng)格。根據(jù)爆破規(guī)范，藥包平面用正方形網(wǎng)格布置。正方形網(wǎng)格采用4.0m×4.0m，以頂面寬26.15m斷面布藥如圖1所示。

（2）單藥包藥量Q。按如下公式計(jì)算：

圖1 爆夯藥包布置平面圖

式中：Q——單藥包藥量（kg）；

q0——爆夯單耗（kg/m3）；

本工程取4kg/m3；

a——藥包間距（m），本工程取為4m；

b——藥包排距（m），本工程取為4m；

H——爆夯前石層平均厚度（m）；

η——夯實(shí)率，本工程平均夯實(shí)率不低于13%；

n——爆夯遍數(shù)，本工程取3遍。

（3）懸掛高度 h。懸高控制范圍為：h≤（0.35～0.5）Q1/3，本工程藥包懸高取在石層上方50cm處。

（4）一次齊發(fā)起爆藥量。在綜合考慮爆破環(huán)境要求的條件下，一次齊發(fā)起爆藥量控制在465kg以?xún)?nèi)。

（5）藥包配重。因爆夯海域漲退潮水流急，配重為藥包重量1.5～2倍，配重材料選用碎石。

4 爆破施工前準(zhǔn)備工作

4.1 火工用品的選取

在水下爆破作業(yè)時(shí)，需考慮炸藥主要性能有：炸藥的起爆感度、炸藥抗水性能及炸藥的威力。導(dǎo)爆索應(yīng)采用塑料導(dǎo)爆索，要求具備抗水性能。

4.2 藥包和配重的制作

按設(shè)計(jì)要求采用巖石乳化炸藥，制作藥包時(shí)要求藥量偏差不大于5%，取一根足夠長(zhǎng)度的導(dǎo)爆索制作起爆頭，將其插入藥包中，并用麻繩將導(dǎo)爆索固定住。然后將炸藥連同一定長(zhǎng)度的導(dǎo)爆索一起放入編織袋中，扎緊袋口，留足夠長(zhǎng)的導(dǎo)爆索供起爆網(wǎng)絡(luò)之用。為了保證懸高藥包能懸浮，在藥包袋中放一定數(shù)量的泡沫，并在藥包下方連接一個(gè)配重袋。另外，還需要使用繩索將配重袋和炸藥包連接起來(lái)，并且沉到基床面，并且墜住炸藥包。為了確保藥包位置的準(zhǔn)確性，要求配重應(yīng)該大于藥包的浮力，其配重為藥包重量1.5～2倍，連結(jié)繩長(zhǎng)0.5～0.6m。

4.3 布藥工藝

布藥寬度以及爆破作業(yè)具有階段性集中的特點(diǎn)，因此，在本工程中，可以將自航250t鐵駁船作為布藥船，并且采用線形形式進(jìn)行布藥。具體的布藥工藝如下所示：①根據(jù)爆夯參數(shù)，在船上制作藥包，同時(shí)還需要加入配重體，并且將藥包安裝在船邊；②對(duì)水深進(jìn)行測(cè)量，然后在藥包上捆扎好藥包的繩索，然后準(zhǔn)備好漂浮物；③根據(jù)設(shè)計(jì)間距，使用導(dǎo)爆索在船上連接好藥包，并且嚴(yán)格控制繩索；④將施工船定位在爆區(qū)，并且使用GPS對(duì)藥包位置進(jìn)行測(cè)量；⑤組織工作人員沿著船邊將藥包放置在基床表面，并且拉脫藥包引繩，然后移動(dòng)布藥船，并且放置第二段藥包，兩段藥包之間的間距應(yīng)該控制在15m以上，這樣能夠有效避免第一段起爆時(shí)，炸壞第二次爆破所用藥包，循環(huán)上述作業(yè)方法。

4.4 布藥注意事項(xiàng)

在布藥過(guò)程中，需要嚴(yán)格選取平潮；在爆破前后，還需要對(duì)基床標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，明確爆夯沉降規(guī)律。另外，還需要注意的是，對(duì)于局部補(bǔ)拋石，要求在平均厚度大于50cm的范圍布設(shè)布藥網(wǎng)格時(shí)，必須根據(jù)原設(shè)計(jì)藥量減少一半進(jìn)行補(bǔ)夯，補(bǔ)夯范圍的藥包按原設(shè)計(jì)位置、距離布放。

4.5 起爆系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)

在本工程施工中，需要采用導(dǎo)爆索傳爆網(wǎng)絡(luò)和毫秒微差爆破技術(shù)。為保證深水條件下的爆夯安全準(zhǔn)爆，起爆系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為：選用導(dǎo)爆索起爆頭起爆藥包，導(dǎo)爆管雷管起爆導(dǎo)爆索，擊發(fā)針起爆導(dǎo)爆管，擊發(fā)針接頭與爆破母線相連，爆破母線引至擊發(fā)電源的起爆網(wǎng)絡(luò)。

5 試驗(yàn)段施工

為檢驗(yàn)單藥包藥量、爆破夯實(shí)單耗、藥包間排距離、一次爆夯段數(shù)、爆夯遍數(shù)等參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，項(xiàng)目部按已設(shè)計(jì)的爆夯參數(shù)及施工方法，選取具有代表性的K0+190～K0+260段進(jìn)行典型施工。

（1）在爆夯前后分別對(duì)該試驗(yàn)段基床標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，按每5m取一個(gè)斷面，爆夯前基床面平均標(biāo)高為-16.10m（本試驗(yàn)段基床底標(biāo)高平均為-22.26m），爆夯后基床面平均標(biāo)高為-16.97m，計(jì)算得該爆夯段夯沉率為14.11%，滿足設(shè)計(jì)的不小于13%夯沉率的要求。

（2）經(jīng)過(guò)測(cè)量，夯后基床面大致平整，邊坡處基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大坍塌。通過(guò)試驗(yàn)段爆夯結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的爆夯參數(shù)是可行的。

6 爆破安全防護(hù)與質(zhì)量控制措施

6.1 爆破施工安全防護(hù)措施

在本工程水下爆破施工過(guò)程中，為了有效避免爆破施工對(duì)建筑物造成破壞，保證船舶以及作業(yè)人員人身安全，可以采用分段起爆的方式進(jìn)行爆破，并且根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》以及《水下爆破對(duì)周?chē)h(huán)境影響》中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)爆破安全距離進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

6.1.1 爆破地震安全距離

R=（K/V）1/α·Q1/3

式中：R為爆破地震安全距離（m）；Q為一次齊爆總用藥量（kg），V為爆破地震安全速度（cm/s），K、α為與爆破地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

6.1.2 飛石對(duì)構(gòu)筑物、人員的安全防護(hù)措施

（1）根據(jù)《水電水利工程爆破技術(shù)規(guī)范》（DL/T5135-2001），對(duì)岸上爆破時(shí)個(gè)別飛石安全距離進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：

在上述公式中，RF指的是飛石對(duì)人的安全距離m；n指的是計(jì)算藥包 在上述公式中，RF指的是飛石對(duì)人的安全距離m；n指的是計(jì)算藥包的爆破作用指數(shù)；W指的是最大一個(gè)藥包的最小抵抗線；KF指的是安全系數(shù)。

（2）根據(jù)《水電水利工程爆破技術(shù)規(guī)范》（DL/T5135-2001）中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)飛石安全距離進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

在上述公式中：L指的是安全距離，m；Q指的是藥包中心到測(cè)點(diǎn)的距離；h指的是水深，mm；n指的是系數(shù)，與地形、地質(zhì)有關(guān)。

根據(jù)計(jì)算公式，如果水深在2～4m，則應(yīng)該講飛石距離控制在100～200m之間，如果水深大于4m，則在爆破施工過(guò)程中，塊石不容易飛出水面，因此，只需要將安全距離控制在100m以?xún)?nèi)。

6.1.3 水中沖擊波

水不同于空氣，為近似不可壓縮介質(zhì)，藥包爆炸后產(chǎn)生的沖擊波傳播更快更遠(yuǎn)，影響范圍更大，故通常水中沖擊波為水下爆破的主要危害。對(duì)于水中沖擊波，可依照下式，水下爆破沖擊波壓力經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：ΔP指的是水中沖擊波超壓峰值，MPa；Q指的是產(chǎn)生水中沖擊波的等效藥量，即長(zhǎng)度等于5倍藥卷直徑的炸藥量，kg；R指的是爆破點(diǎn)與被保護(hù)處的距離，m。

6.2 爆破施工質(zhì)量控制措施

炸礁過(guò)程質(zhì)量控制對(duì)爆破效果的好壞至關(guān)重要，為使工程爆破效果達(dá)到預(yù)期，根據(jù)積累的施工經(jīng)驗(yàn)及參考相關(guān)文獻(xiàn)，施工過(guò)程中實(shí)行相關(guān)質(zhì)量控制措施如下：

（1）測(cè)量定位采用RTK-DGPS定位和全站儀定位，確保實(shí)測(cè)孔位和設(shè)計(jì)孔位偏差不超10cm；當(dāng)水流較急或轉(zhuǎn)潮時(shí)要經(jīng)常進(jìn)行孔位復(fù)測(cè)。

（2）采用防水性能較好的毫秒雷管和高性能的抗水乳化炸藥，并對(duì)藥包進(jìn)行專(zhuān)門(mén)加工，裝填起爆體，避免拒爆。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求裝填藥包，借助炮棍將炸藥下裝至孔底；同時(shí)要求裝藥至距孔口1.0～1.5m，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行藥量控制，以滿足要求。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)水下爆破技術(shù)在重力式碼頭建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在本工程中，基床爆夯施工技術(shù)應(yīng)用效果比較好，具有同期段、投入的船機(jī)少以及后期沉降量小等優(yōu)點(diǎn)，因此，在碼頭建設(shè)中應(yīng)該廣泛推廣和應(yīng)用。

[1]楊錫潤(rùn).水下爆破技術(shù)在港口碼頭建設(shè)和航道建設(shè)、整治中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（12）：36～37.

[2]趙睿.港口碼頭與航道的建設(shè)、整治中水下爆破技術(shù)的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（24）：76～77.

[3]余啟燦.水下爆破施工安全防護(hù)設(shè)計(jì)[J].大科技，2014（25）：136.

U656.1

A

1004-7344（2016）31-0296-02

2016-10-22

馬明生（1978-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水運(yùn)工程建設(shè)管理工作。