水下爆破工藝的應(yīng)用與安全控制

黃東

摘要：文章以欽州茅尾海某重力式碼頭水下基槽爆破開挖施工為例，針對工程鄰近建筑物密集、周邊水域海養(yǎng)多、紅樹林保護(hù)區(qū)限制、漁船活動頻繁等因素，采用優(yōu)化藥量、微差爆破、安全預(yù)控等措施，取得較好的爆破施工效果及安全指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：水下爆破;安全控制;爆破參數(shù)

中圖分類號：U615.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.056

文章編號：1673-4874（2019）09-0197-03

0引言

水運(yùn)工程航道疏浚、碼頭基礎(chǔ)開挖等施工遇到巖石的情況較多，常規(guī)疏浚挖泥船無法開挖硬土層，或者開挖成本很高，而使用水下爆破是有效的疏浚方法。

近年來，隨著材料和工藝的技術(shù)創(chuàng)新，水下爆破工藝越來越成熟。同時，在一些特定的工程中，由于環(huán)境因素的不同，對于爆破的主要控制目標(biāo)，特別是安全控制方面，要求有更大的可靠系數(shù)，需要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步優(yōu)化工藝，加強(qiáng)對危險因素的提前預(yù)見，確保實(shí)現(xiàn)安全、高效的爆破施工。

1爆破場地環(huán)境分析

擬建碼頭為重力式方塊碼頭，主體墻身采用無底空心方塊，拋石基床。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，碼頭基礎(chǔ)以及停泊水域硬土質(zhì)層為強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其上覆蓋層為淤泥層及中粗砂層。中風(fēng)化基巖為較硬-堅硬狀態(tài)，以泥巖為主，局部含泥質(zhì)粉砂，按疏浚巖土工程分級相當(dāng)于巖石類15級，需水下爆破方可開挖，爆破后可用抓斗、鏟斗、挖泥船疏浚。

工程相鄰有新建重力式碼頭且附近有居民集中區(qū)，周邊水域?yàn)閭鹘y(tǒng)大蠔養(yǎng)殖區(qū)及紅樹林保護(hù)區(qū)，附近漁船活動頻繁，對爆破作業(yè)有很大的制約，必須在利用已有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，最大限度地對爆破工藝進(jìn)行優(yōu)化，并在確保取得爆破開挖效果的同時，最大限度做好安全控制工作，保證全過程絕對安全生產(chǎn)。

2爆破參數(shù)確定

針對較復(fù)雜的施工影響因素，特別是;中擊波及涌浪對海養(yǎng)大蠔幼苗的影響，以及對相鄰碼頭的破壞等情況，為既能達(dá)到爆破施工效果，又能確保安全環(huán)保施工，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際環(huán)境，對爆破參數(shù)優(yōu)化。

2.1鉆孔參數(shù)確定

根據(jù)巖石特性及地質(zhì)構(gòu)造，結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)，為保證爆破效果，采用較小的孔排距，鉆孔參數(shù)采用炮孔間距=2.3m，炮孔排距=2.0m，各排炮孔距形布置，水下爆破鉆孔直徑為110mm。同時，為確保清渣全面，不留殘余巖石，采用超深鉆孔工藝，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場的特點(diǎn)，超鉆深度Δh按1.5m考慮。

2.2 火工品種類選取

水下爆破由于炸藥在水中的浸泡時間較長，為獲得較好的爆破效果，采用防水性能較好、安全且污染少的乳化炸藥。藥卷直徑為90mm，長度為40cm，藥卷用塑料袋包裝。采用起爆器作為擊發(fā)元件，工業(yè)數(shù)碼電雷管為傳爆元件及起爆元件，采用分段微差爆破以減小爆破地震波和水下沖擊波.

2.3單孔裝藥量計算

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》，單孔裝藥量可按式（1）計算：

Q=q×a×b×H（1）

式中：Q為單孔裝藥量kg;q為水下鉆孔爆破單位炸藥單耗量，爆破土質(zhì)屬軟巖石或風(fēng)化石，則水下鉆孔炸藥單耗量取為1.72kg/m;H為鉆孔深度，包括計算超深值（m），H=H+Δh，H，為設(shè)計爆層厚度，按地質(zhì)勘察資料，巖層最大厚度約2m。

綜上數(shù)據(jù)代入（1）式計算得單孔裝藥量Q=27.7kg。按最大鉆孔深度為3.5m，70%裝藥計算裝藥高度為3.0m×70%=2.45m，每節(jié)乳化炸藥標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長度0.4m、重量3kg，則實(shí)際裝藥節(jié)數(shù)為2.45÷0.4m≈8節(jié)，實(shí)際單孔最大裝藥量為3kg× 8節(jié)=24kg。在實(shí)際施工中，單孔裝藥量應(yīng)根據(jù)爆破效果、鉆孔深度、地形地質(zhì)條件，特別是初期作業(yè)時對相鄰碼頭的影響觀測結(jié)論進(jìn)行適量調(diào)整.

2.4 裝藥工藝

為防止碎石堵孔及泥沙回淤，鉆孔完成后應(yīng)立即裝藥。裝藥前，應(yīng)先用裝藥桿檢查鉆孔的質(zhì)量。采用竹片、繩子等材料將炸藥加工成長度<2m的藥柱，以便裝藥。根據(jù)單孔裝藥量，現(xiàn)場決定采用起爆體的個數(shù)。當(dāng)藥柱長度<2m時，用一個起爆體（2發(fā)同段別雷管），當(dāng)藥柱長度>2m時，采用兩個起爆體。確認(rèn)炸藥到達(dá)孔底后采用泥沙進(jìn)行炮孔堵塞，并保證堵塞長度≥0.5m。

2.5爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接設(shè)計

（1）為確保爆破點(diǎn)附近建筑物和船舶的安全，實(shí)施微差爆破起爆法以減少爆破產(chǎn)生的地震波影響，起爆網(wǎng)路采用復(fù)式并串聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)（見圖1）。

（2）采用微差分段爆破的方法。由于前排爆碴對后排巖塊的拋出起了阻礙作用，因此需要采取合適的時間間隔，使后排爆起的巖塊與前排爆起的巖石相互碰撞，增加巖石破碎度，而且前排孔爆破后，為后排孔提供了自由面，提高了爆破效果.此外，合適的爆破時間間隔，有利于巖石的拋擲，同時避免了爆破引起地震波疊加，有利于減小震動效應(yīng)。

（3）每1個孔為一個段別，則最大段別裝藥量為24kg×1=24kg，每鉆好3排起爆一次，則一次起爆總藥量為24kg×18=432kg。一次爆破的所有炮孔設(shè)計與基槽軸線一致，以使爆破形成的漏斗滿足邊坡設(shè)計要求。

（4）總裝藥量接近設(shè)計要求時，連接爆破網(wǎng)絡(luò)，并安排警戒船舶和人員進(jìn)行爆破警戒，鉆爆船移至安全區(qū)域，確認(rèn)各方安全后起爆。

3安全生產(chǎn)控制

3.1爆破地震安全距離驗(yàn)算

因擬建碼頭相鄰就是已建新碼頭，故為確保爆破地震不破壞已建碼頭及附近構(gòu)筑物，需嚴(yán)格掌握安全距離參數(shù)，同時因環(huán)境因素不同，適當(dāng)考慮富余量。爆破地震安全距離根據(jù)式（2）進(jìn)行驗(yàn)算：

R=（K/V）×Q （2）

式中：R為爆破地震安全距離（m）;y為爆破地震安全速度，根據(jù)爆破工程規(guī)范和現(xiàn)場實(shí)地查勘情況，鄰近已建碼頭沉降破損嚴(yán)重，且存在貫穿性裂縫，則爆破振動安全速度允許值選取2.5cm/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)，根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況，K取250，α取1.5。

上述參數(shù)代入式（2）計算，R=（X/V） Q，=37m。故當(dāng)最大段藥量為24（kg）時，爆破點(diǎn)到周圍建筑物的安全距離為37m，即在此距離之內(nèi)需要進(jìn)一步控制藥量及采用微差爆破，并考慮結(jié)合其他工藝開挖，確保相鄰碼頭結(jié)構(gòu)安全。

3.2 水中沖擊波

根據(jù)規(guī)范，在水深<30m的水域內(nèi)進(jìn)行水下鉆孔爆破時，水中沖擊波對施工船舶的安全距離取100m。

水下沖擊波對蠔排幼苗影響較大，雖然部分海養(yǎng)蠔排已經(jīng)遷至理論安全距離，但經(jīng)常有移動或新增蠔排靠近施工區(qū)域。為防止出現(xiàn)不確定風(fēng)險及索賠情況，同時為保證紅樹林區(qū)域生物安全，采用氣泡帷幕技術(shù)減少對蠔苗的沖擊波。

3.3安全生產(chǎn)措施

（1）爆破振動監(jiān)測措施

進(jìn)行爆破測試，包括對采用減震技術(shù)措施后的爆破進(jìn)行震動測試，然后根據(jù)測試的結(jié)果分析制定被保護(hù)目標(biāo)的最大安全藥量以及檢驗(yàn)所采用減震技術(shù)方法的效果。

在爆破施工過程中，用爆破振動測試儀器對相鄰碼頭、鄰近住宅區(qū)及紅樹林保護(hù)區(qū)等區(qū)域布控測點(diǎn)，對其振動速度進(jìn)行監(jiān)測。在監(jiān)試過程中要確保記錄數(shù)據(jù)詳盡全面，以便更好掌握被保護(hù)目標(biāo)的震動特征。對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以指導(dǎo)裝藥量的調(diào)整及爆破施工控制。

（2）安全工藝控制

為了更好地控制爆破震動，保證施工的安全，在爆破施工中應(yīng)做好控制措施。①采用毫秒延時微差爆破施工，減少單段別使用藥量，降低地震波和;中擊波的影響，爆破后及時清礁，創(chuàng)造更多臨空面，減小炮孔側(cè)面最小抵抗線，避免下次爆破時限制爆破，減小震動傳輸。②減小裝藥密度，嚴(yán)格按照要求裝藥，單段藥量不能超出最大允許單段藥量。③設(shè)計鉆孔直徑為110mm，為了增大不耦合系數(shù)，并要求保證爆破效果，擬使用φ90mm的藥柱，不耦合系數(shù)為1.22。④爆破施工前，對可能影響的主要安全保護(hù)物進(jìn)行調(diào)查取證，以便進(jìn)行爆破前后對比。施工過程中布設(shè)觀測點(diǎn)，用儀器進(jìn)行地震及位移觀測，并分析結(jié)果以指導(dǎo)藥品的增加量。

（3）安全管理控制

成立安全生產(chǎn)責(zé)任管理小組，建立嚴(yán)格的安全管理制度及實(shí)操流程。確保爆破物品采購、運(yùn)輸、存儲、領(lǐng)料、轉(zhuǎn)場運(yùn)輸、裝藥施工全過程專人負(fù)責(zé)。作業(yè)人員必須持有效證件上崗。根據(jù)環(huán)境實(shí)際，并按海事部門要求嚴(yán)格做好警戒、調(diào)度、通航維護(hù)工作。

4 結(jié)語

本工程施工結(jié)合不同的工程環(huán)境影響因素，通過優(yōu)化爆破工藝以及在相應(yīng)環(huán)境下爆破安全控制，取得較好的爆破開挖效果，并有效保障了各項(xiàng)防護(hù)目標(biāo)的安全，可為類似工程提供一定參考。