深海急流域薄盤礁的炸礁施工技術(shù)

李辰發(fā)，何勇芳，應(yīng)海劍，王 磊

(大昌建設(shè)集團(tuán)有限公司，舟山 316021)

1 工程概況

岱山魚山港進(jìn)港主航道段有兩處礁石(秀山大橋東側(cè)1#礁石網(wǎng)倉礁，長白島附近的2#礁石)需要清理，礁石現(xiàn)狀見表1。按照遠(yuǎn)期規(guī)劃航道設(shè)計(jì)要求：底標(biāo)高低于-17.5 m，炸礁邊坡1∶1。1#礁石巖性部分為6級(jí)軟巖石(約占42%)，部分為8級(jí)中等硬度巖石(約占58%)。

表1 礁石現(xiàn)狀一覽表Table 1 List of reef status

該工程特點(diǎn)：(1)施工區(qū)域位于龜山航門的中心線南側(cè)，平潮期短，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)最大流速在4.6 m/s以上。

(2)該兩處礁盤在2007年已經(jīng)進(jìn)行過爆破，本次對(duì)航道進(jìn)行加深相當(dāng)于水下二次爆破，鉆孔難度非常大，成孔率非常低。

(3)由于該區(qū)域的潮水較大，而炸礁船鉆孔作業(yè)要求最大流速一般小于1.5 m/s，根據(jù)秀山潮水的特點(diǎn)，在小潮訊時(shí)可供施工的平潮時(shí)間只有約0.5 h，加平潮前、后約1 h，即小潮訊期間每潮可工作總時(shí)間約2 h，大潮汛期間每潮工作1 h。

(4)施工區(qū)待炸礁盤巖層很薄，大部分在1～2 m之間，有些甚至比1 m還小。

2 現(xiàn)階段炸礁通用技術(shù)

現(xiàn)在海域炸礁的通用技術(shù)是采用漂浮式炸礁船施工，炸礁船采用錨泊定位中的四錨定位，船上四個(gè)角配置四門錨具，船上配空壓機(jī)、鉆機(jī)若干套。具體工藝流程是根據(jù)爆破區(qū)域選定四個(gè)錨點(diǎn)下錨，采用TPK-GPS船舶定位系統(tǒng)調(diào)整錨繩長度、定位船只后，再由船舶和船機(jī)的相對(duì)位置定位炮孔[1]。鉆孔前先下180 mm套管，鉆桿沿套管將150 mm沖擊器推送至孔底后鉆孔。按設(shè)計(jì)孔深成孔后，將加固捆綁的直徑120 mm的條形藥包送入炮孔、壓入孔底，覆蓋砂子后，提升套管，整理起爆導(dǎo)爆管至船舷固定。沿起爆雷管加敷尼龍繩一根，與導(dǎo)爆管之間采用膠布固定，以使導(dǎo)爆管能承受一定的水流拉力而不致拉斷。

全部鉆孔、裝藥完成后，整理起爆雷管腳線，端頭處尼龍繩和導(dǎo)爆管分開。尼龍繩用于拽拉，起爆導(dǎo)爆管歸集后，采用雷管起爆。撤離炸礁船至安全區(qū)，警戒后起爆。

缺點(diǎn)是當(dāng)水流過大時(shí)，錨機(jī)容易跑位，同時(shí)水流沖刷套管引起鉆孔偏位，過大的水流還會(huì)將整理好捆綁在船舷側(cè)的導(dǎo)爆管拉斷，甚至把爆破藥包從孔底拉起。見圖1、圖2。

3 深急流復(fù)雜條件下薄盤礁的技術(shù)難點(diǎn)與施工中采取的對(duì)策

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

(1)平潮期短，最大流速大，平均流速大；受施工地點(diǎn)為半日潮、往復(fù)流、渦流，作業(yè)船受潮流影響大，炸礁船定位落錨后，在渦流時(shí)作用下容易走錨，造成鉆孔偏差。

(2)炸礁船固定后，套管、鉆桿是懸臂梁結(jié)構(gòu)，急流時(shí)，潮水對(duì)鉆桿沖刷，鉆桿彈性彎曲會(huì)造成炮孔偏位，見圖1。

(3)薄盤礁鉆孔深度小，裝藥長度和堵塞長度均短，急流時(shí)容易整體拉起。

(4)起爆器材在激流時(shí)容易拉斷，見圖2。

(5)產(chǎn)生盲炮極難處理，二次處理成本大。

(6)采用自升式炸礁平臺(tái)船，可在較大的潮流條件下施工[2]。但在15 m水深條件下，自升式炸礁船的最大潮流為2.8 m/s，仍具有局限性，該類船機(jī)少，調(diào)用該類船只需較長時(shí)間等候[3]。

3.2 采取的對(duì)策

(1)采用漂浮式炸礁船候潮作業(yè)，增大船舶錨機(jī)噸位。

(2)采用六錨定位系統(tǒng)進(jìn)行錨泊定位[4]，見圖3。

(3)在預(yù)定潮流流速下完成鉆孔，不在漂浮式炸礁船整理起爆系統(tǒng)，安排另外船只整理，避免起爆系統(tǒng)受潮流沖刷力，見圖4。

(4)加密炮孔，加大超深，確保堵塞長度。

(5)加大堵塞材料密度，采用鐵砂堵塞炮孔。

(6)采用φ4 mm的鋼絲繩作為起爆線路的加固[1]。

4 深急流海域薄盤礁的炸礁施工技術(shù)

4.1 采用六錨系統(tǒng)進(jìn)行錨泊定位

掌握潮流即時(shí)速度，候潮施工，避開最大流速段；渦流作用下，炸礁船容易走錨，造成鉆孔偏差；改良錨體結(jié)構(gòu)，增加錨點(diǎn)，增大炸礁船的抗流性。

加大錨機(jī)噸位，每個(gè)錨機(jī)噸位改為3 t；改四錨定位為六錨定位。采用這個(gè)措施后，每個(gè)潮位可增加有效作業(yè)時(shí)間1 h。

4.2 調(diào)整套管直徑、壁厚

(1)鉆孔鉆頭為懸臂結(jié)構(gòu)，受潮流影響，下端擺動(dòng)大，影響鉆孔精度，采用長套管、長鉆桿，減少接頭。

(2)更改套管壁厚[5]，將160 mm鉆頭改為138 mm鉆頭，套管壁厚由8 mm改為12 mm。減小潮流沖刷力，增大套管抗彎能力，減小由于水流大引起的鉆孔偏差。

4.3 調(diào)整爆破參數(shù)

(1)保證最小鉆孔深度和堵塞長度，改用密度大的鐵砂堵塞，以增加堵塞材料的波阻抗，提高炸藥能量的利用率；相鄰爆區(qū)邊界炮孔超深增加，布置加密孔。

(2)邊界區(qū)域炮孔加深加密，使用較小的孔網(wǎng)參數(shù)，減小孔排距，增大炸藥單耗。

(3)藥卷直徑φ=110 mm，藥卷長度550 mm，每節(jié)藥卷重量6 kg。

詳細(xì)爆破參數(shù)見表2。

4.4 藥包的加工及裝藥結(jié)構(gòu)

藥包的加工在鋪有木板的房間內(nèi)進(jìn)行，每條藥包長度控制在8 m以內(nèi)。加工方法如下：用PVC管把藥柱夾好、綁緊，安裝2個(gè)導(dǎo)爆管雷管,最后用膠帶把導(dǎo)爆管與炮繩綁扎在一起，雷管分別放置在總裝藥長度的1/4和3/4處。裝藥時(shí)將藥包慢慢地放入套管內(nèi)并拉緊炮繩，用竹竿將藥包慢慢送入孔內(nèi)。裝藥過程中需利用鋼絲繩對(duì)主爆網(wǎng)路進(jìn)行保護(hù)[1]，裝好藥后，檢查藥包的頂標(biāo)高應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高以下(誤差范圍0～20 cm)，用瓜子石回填。

表2 爆破參數(shù)表Table 2 Blasting parameter list

4.5 起爆網(wǎng)路及安全措施

為了避免爆破地震造成的危害，起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)采取如下措施：

微差爆破減震：微差爆破與齊發(fā)爆破相比，平均降震率為50%。微差段數(shù)越多降震效果越好，實(shí)踐表明，段間間隔時(shí)間大于100 ms時(shí)降震效果比較明顯。

本次爆破網(wǎng)路采用導(dǎo)爆管雷管并串聯(lián)網(wǎng)路，以確保微差網(wǎng)路的實(shí)現(xiàn)，見圖5。

針對(duì)在連接起爆網(wǎng)路時(shí)潮流對(duì)起爆系統(tǒng)的拉拽作用，改為在順流下游方向用輔助船連接起爆網(wǎng)路，起爆點(diǎn)選擇在爆區(qū)的下游側(cè)，有效減小潮流阻力[6-8]。

4.6 施工組織及后勤保障

(1)做好施工進(jìn)度計(jì)劃和詳細(xì)的爆破分區(qū)；對(duì)每個(gè)炮孔進(jìn)行編號(hào)，詳細(xì)標(biāo)注坐標(biāo)、鉆孔長度、裝藥長度、堵塞長度等參數(shù)。

(2)做好后勤保障和施工組織，提高作業(yè)人員的積極性和主觀能動(dòng)性。

(3)對(duì)潮流流速、流向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為鉆孔作業(yè)設(shè)置預(yù)偏差提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

渦流、深急流較大作用下，一般采用自升式炸礁船進(jìn)行炸礁作業(yè)。本工程采用漂浮式炸礁船，并在船機(jī)定位、鉆具調(diào)整、優(yōu)化炮孔參數(shù)、設(shè)置鉆孔預(yù)偏差，提升后勤管理保障模式等方面提出改進(jìn)措施，增加了有效鉆孔、裝藥作業(yè)時(shí)間。使用漂浮式炸礁船在流速較大的渦流、深急流條件下是一個(gè)成功的工程典范，給類似工程提供參考和啟示。