廣汕鐵路博羅東江特大橋水下爆破安全技術研究

邱康敏

（中鐵二局集團有限公司，四川 成都610031）

1 工程概況

博羅東江特大橋位于惠州市博羅縣羅陽鎮(zhèn)，丘陵地貌，橋址處五年一遇洪水水位H/20%=7.97 m。其中心里程為DK110+898.473，全橋長3 325.685 m，共設84 個墩臺，DK109+930～DK110+375 段跨越東江，旱季水深約23 m、雨季水深約28 m，橋址處河面寬約500 m，跨河部分采用（52+88+52）m+（90+180+90）m+（52+88+52）m 孔跨組合，18、19、20 號墩基礎位于博羅東江中。博羅東江特大橋全景如圖1 所示。

圖1 博羅東江特大橋全景圖

2 周圍環(huán)境

橋址上游11.4 km 為東江劍潭水利樞紐，4.4 km 為博羅大橋，跨越東江主跨為2×80 m 鋼架拱，橋址下游8.4 km為博深高速公路東江橋。橋址18 號墩西側60 多米為民房。橋址東江規(guī)劃為Ⅲ級航道，通航凈寬按不小于150 m，凈高不小于10m，最高通航水位14.684 m。橋址處河面寬約500 m，兩岸上下游均有丁字壩，水位最深處約20 m，橋址處有采砂現(xiàn)象，部分地段因挖沙，水深較深，河段為潮河段。

3 氣象水文

東江是中國珠江的主要支流之一，全長523 km，流域面積占全珠江流域的6.3%，屬山區(qū)性河流。流經廣東省龍川、河源、惠州及東莞等城市。東江河源以南河段可以通航，是香港供水的主要來源。從博羅縣觀音閣至東莞市石龍為東江下游段，河長150 km，河道平均坡降0.173%。橋址上游11.4 km處的東江劍潭水利樞紐工程正常蓄水位為10.5 m，攔河閘50年一遇（P＝2%），設計洪水泄洪流量Q1%＝10 910 m3/s，200年一遇（P=0.5%） 校核洪水泄洪流量Q=13 000 m3/s。水流流向由左至右，與線路夾角85°。水文成果如下：Q0.33%=13 760 m3/s，Q1%=11 965 m3/s，H1%=15.49 m，V1%=2.43 m/s。

4 地質條件

橋址區(qū)部分地段分布有稍密-中密狀粉砂、淤泥、粗砂及卵石，基坑開挖時易失穩(wěn)滑坍，下狀基巖為強弱風化凝灰質砂巖及石英砂巖，風化不均，巖芯多呈砂狀、碎塊狀，基坑邊坡易滑坍。

18 號墩水深為4.0～6.5 m，淤泥層厚為0.5～3 m，砂夾卵石層為5.7～10.4 m，強弱風化巖層厚為5.1～6.2 m。18號墩工程地質情況如圖2 所示。

19 號墩水深13.37～16.23 m，淤泥層厚約0.8 m，砂夾卵石層為2.0～3.2 m，強弱風化巖層厚為8.2～9.9 m。

20 號墩水深為14.66～16.23 m，淤泥層厚為0.7～0.8 m，砂夾卵石層為3.0～3.3 m，強弱風化巖層厚為11.3～13.2 m。

圖2 18 號墩工程地質情況

5 水下爆破開挖技術

18 號、19 號、20 號墩橋梁樁基水下爆破施工采用專門炸礁船進行作業(yè)，采用抓斗船配合清渣，3 個橋墩位輪流鉆孔實施爆破，具體鉆爆順序是19 號、20 號、18 號，各墩按深水到淺水、下游往上游的順序進行，且一次鉆爆到設計深度，避免分層爆破。

施工順序為：施工準備→清挖覆蓋層→鉆爆試驗→水下鉆爆→水下清碴→棄碴→水深測量→補爆清底→完工自檢→交工驗收。

5.1 水下覆蓋層開挖

清挖覆蓋層工作擬采用抓斗式挖泥船配8 m3泥斗進行清挖施工。覆蓋層開挖施工流程如圖3 所示。

圖3 覆蓋層開挖施工流程圖

5.2 爆破工藝比選

本工程礁石面存在覆蓋層，炸礁施工前需清理礁石面覆蓋層，所以計劃清挖船時先清理礁石面覆蓋層，同時炸礁船在沒有覆蓋層區(qū)域施工，待炸出清礁面后，重新安排清礁船進入；對于已炸區(qū)域的清碴，合理安排各船舶的施工區(qū)域，互不影響。

5.2.1 工藝選擇

一般水下爆破方式有祼露爆破和鉆孔爆破，此次爆破選擇水下鉆孔爆破。

5.2.2 工藝分析

祼露爆破：操作簡單，適合工況好的水下大面積施工，但對超過0.6 m 厚巖石層的爆破，需采用分層多次爆破，效率低，且產生的爆破危害大，如噪聲、地震波、水中沖擊波等。

鉆孔爆破：適合水下大部分礁石爆破，爆破可控性高，爆破產生的地震波、水中沖擊波小，特別在厚巖層爆破施工時爆破效果好、效率高。但其操作性相對比較復雜且施工成本高，需要專業(yè)的設備進行水下鉆孔及裝藥，施工的干擾因素相對較多。

5.3 水下爆破施工

5.3.1 測量

清完覆蓋層后，選用“中海達”RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）進行巖面測量，作為邊坡放樣和實際炸礁范圍的依據。巖面測量可利用測深儀對施工區(qū)域進行初步測量，如發(fā)現(xiàn)存在浮泥或仍有覆蓋層，可采用鉆桿進行探測，對施工區(qū)域進行排位布設，選用“中海達”RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）將施工船舶依次定位在布設的排位上，下探鉆桿，確定實際巖石面的標高。

5.3.2 爆破范圍確定

此次爆破開挖共有三個墩的水下基礎，分別為18 號墩、19 號墩、20 號墩。

18 號墩位于河東江河道內（靠近西岸坡），基坑底標高-15.41 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即18.2 m×22.185 m，超深1.5 m。覆蓋層底部開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即21.2 m×25.185 m，覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為29.2 m×33.185 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8～2.4 m 進行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風化砂礫巖，厚度6.16 m，炸、清礁量約2 487 m3。

19 號墩位于河東江河道內（18 號墩東側），基坑底標高-26.285 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即18.2 m×25.2 m，超深1.5 m。覆蓋層底部開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即21.2 m×28.2 m；覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為29.2 m×36.2 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8 m 進行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風化砂礫巖，平均厚度8.885 m，炸、清礁量約4 075 m3。

20 號墩位于東江河道內（靠近航道西側），基坑底標高為-30.79 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即21.8 m×32.4 m，超深1.5 m。覆蓋層底開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即24.8 m×35.4 m；覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為42.8 m×53.4 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8 m 進行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風化砂礫巖，平均厚度為10.316 m，炸、清礁量約7 286 m3。

5.3.3 爆破器材及參數

5.3.3.1 爆破器材的選取

水下爆破采用防水性能好的CLH 乳化炸藥和深水爆破專用水膠炸藥，藥卷用塑料袋包裝，藥卷直徑為90 mm，每條藥卷長度為40 cm，標準質量3 kg，炸藥的爆速為3 500～5 000 m/s，雷管選用防水抗拉型非電導爆管雷管，用非電雷管作為擊發(fā)元件、非電導爆管結合導爆索為傳爆元件，非電雷管為起爆元件引爆藥包。

5.3.3.2 各橋墩采用統(tǒng)一爆破參數

各橋墩采用統(tǒng)一爆破參數如下：炮孔直徑D=110 mm，藥卷直徑φ=90 mm，炮孔間距a=2.m，炮孔排距b=1.8 m（根據清渣效果可調整），鉆孔超深為1.5 m，梅花形布孔。

5.3.3.3 單孔藥量計算

單孔藥量Q=q0abH0，Q 為裝藥量，kg；q0為單位炸藥消耗量，kg/m3。

據現(xiàn)有地勘資料，基巖為弱風化砂礫巖，查表取中等硬度巖石單耗2.09 kg/m3；考慮炸藥換算指數e，CLH 乳化炸藥e=1.06；再考慮鉆孔為垂直孔、水的水壓增量、覆蓋層增量、巖石膨脹增量的影響，用藥量增加15%；所以q0=2.09×1.23×1.15=2.96 kg/m3。

H0為爆破巖層厚度，m；Q=q0abH0=2.96×1.8×1.5×H0=8.0H0。

同時還需考慮裝藥量必須達到鉆孔深度的80%左右、藥卷規(guī)格及便于加工等因數，水下裝藥量參數如表1 所示。

表1 水下裝藥量參數表

根據孔深進行裝藥，每節(jié)炸藥的長度是0.4 m、質量是3 kg，每孔保證有0.6～0.9 m 的堵塞長度，例如，4.5 m 孔深的實際裝藥為：（4.5-0.6）/0.4×3＝29 kg。

5.3.3.4 各橋墩單孔裝藥量

18 號墩巖層厚度為6.16 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為7.66 m，取表1 所列孔深7.5 m 的實際單孔裝藥量為51 kg，裝藥長度為6.8 m，堵塞長度為0.86 m。

19 號墩巖層厚度為8.885 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為10.385 m，取表1 所列孔深8.5 m 的實際單孔裝藥量為69 kg，裝藥長度為9.2 m，堵塞長度為0.8 m。

20 號墩巖層厚度為10.316 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為11.816 m，取表1 所列孔深10 m 的實際單孔裝藥量為81 kg，裝藥長度為10.8 m，堵塞長度為0.7m。

5.3.4 鉆孔

鉆爆船拋設6 具錨，首尾2 具中錨，兩側共4 具錨。采取梅花狀布孔的施工方法進行施工。本工程水下鉆孔定位使用中海達RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）進行定位，先按爆破設計的孔距、排距編制布孔圖，定位時，結合水位、流速變化，移動錨具，使實測孔位與設計孔位點的平面偏差控制在±0.2 m 以內，以確保炮眼平面位置、傾斜度與設計一致。根據鉆孔時的實時水位計算該點的下桿深度，要求一次鉆爆到設計深度。下桿深度=實時水位（m）+設計底標高（m）+超深值（m）。水下爆破自動化鑿巖鉆孔船如圖4 所示。

圖4 水下爆破自動化鑿巖鉆孔船

5.3.5 裝藥

藥包加工：在鉆爆船上加工，將條形藥柱對接，并用竹片把藥柱夾好綁緊，捆扎藥包必須結實、平、直，每節(jié)藥卷捆3 度，每條藥包長度控制在2 m 內；如果超過2 條藥包，應外加導爆索，讓2 條藥包能利用導爆索的傳爆能力變成1個起爆體。

雷管安裝：安裝雷管時，用竹簽在藥包內輕輕插孔，用手指將雷管輕輕推進藥包內：裝藥長度小于等于4 m 時，同一位置裝2 個非電導爆雷管，裝在裝藥底部1/4 處；裝藥長度大于4 m 時，裝4 個非電導爆雷管，各2 個發(fā)裝在同一位置上，各裝在裝藥底部的1/4 和3/4 位置；然后用手指將孔壓平，最后用膠帶把導爆管藥包與吊炮繩綁扎在一起。

套管裝藥：裝藥時將加工好的單孔藥包連續(xù)慢慢地放入套管內并拉緊吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢推入孔內，裝好藥后檢查藥包的頂標高應在設計的巖面標高以下，否則取消爆破作業(yè)，在巖面上另投藥包進行誘爆?？變冗B續(xù)裝藥結構如圖5 所示。

圖5 孔內連續(xù)裝藥結構圖

炮孔堵塞：18 號、19 號、20 號墩樁基堵塞長度分別為0.6 m、0.6 m、0.7 m，堵塞物均采用塑料袋裝砂填塞，砂袋跟最后一根炸藥綁在一起跟進孔內，其中砂袋直徑不小于90 mm。

起爆網絡設計：按每簇不超過20 發(fā)的原則，采用水面“大把抓”的聯(lián)接形式進行聯(lián)接。起爆網絡如圖6 所示。

圖6 起爆網絡圖

網絡聯(lián)接形式：18 號、19 號、20 號墩樁基均采用孔間微差爆破，即每個孔利用一個段別雷管起爆，計劃2 排共14 個孔一次引爆。示意如下：一排為7 個孔，每個孔各1個段別，MS1 代表1 段、MS2 代表2 段。爆破孔間微差爆破聯(lián)接如圖7 所示。

爆破順序：18 號墩樁基為保證后續(xù)鉆爆有更好的臨空面，在施工時，取一船位第1 排和第2 排（一區(qū)）作掏槽爆破施工，爆破順序由中間往兩側進行，為第3 排爆破創(chuàng)造臨空面。施工一船位第3 排到13 排時，每兩排為一個爆區(qū)，爆破順序為由中間往兩側進行，施工完一船位后再施工二船位，每兩排為一個爆區(qū)，爆破順序為借一船位的臨空面，靠一船先爆往上游方向后爆。18 號墩樁基水下爆破布孔如圖8所示。

圖7 爆破孔間微差爆破聯(lián)接圖

圖8 18 號墩樁基水下爆破布孔圖

5.3.6 起爆

當總藥量趨近一次最大起爆藥量時，檢查導爆管雷管網路有無漏接和錯接，接點連接牢固，做好起爆前的準備工作，警戒船舶到警戒區(qū)進行警戒，接上起爆器。警戒人員發(fā)回警戒范圍安全信號后，起爆船在確認安全后方可起爆。水下爆破鑿巖鉆孔及裝藥機械化作業(yè)如圖9 所示。

圖9 水下爆破鑿巖鉆孔及裝藥機械化作業(yè)

6 爆破安全

6.1 爆破地震波安全距離計算

根據《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，爆破地震波安全距離按式（1）計算：

式（1）中：R 為爆破點與被保護建（構）筑物的距離，m；K、α 為與爆破點地形、地質等條件有關的系數和衰減指數；V 為爆破地震安全速度；Q 為一次起爆炸藥量，kg，延時起爆時取最大一段的裝藥量。

根據式（1）確定安全藥量。

本次爆破施工區(qū)域的地質為弱風化砂礫巖，屬于中等堅硬巖石，根據以往在工程所在地周邊施工的經驗，結合本工程的特點，地質系數取K=250，α=1.8，此次爆破的主要保護對象為18 號墩西岸側的民房跟施工現(xiàn)場棧橋，因此單段起爆藥量絕對不允許超出表中相對距離的單段起爆藥量，以確保爆破振動速度控制在安全值內。

6.2 各橋墩爆破對西岸側民房的安全藥量取值

18 號墩距離民房最近距離為61.5 m，距離棧橋最近距離為80 m，單響最大藥量取值不應超過74.4 kg，實際施工時按60 kg 以內進行取值，一次最大起爆藥量不大于960 kg，能保證民房和棧橋的安全。

19 號墩距離民房最近距離為114.2 m，距離棧橋最近距離為130 m，單響最大藥量取值不應超過476.6 kg，實際施工時按300kg 以內進行取值，一次最大起爆藥量不大于960kg，能保證民房和棧橋的安全。

20 號墩距離民房最近距離為203.7 m，距離棧橋最近距離為220 m，單響最大藥量取值不應超過2 704.7 kg，實際施工時按960 kg 以內進行取值，一次最大起爆藥量不大于960 kg，能保證民房和棧橋的安全。

6.3 爆破水中沖擊波對人員安全的驗算

根據《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，在水深小于30 m 的水域內進行水下鉆孔爆破，當炸藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對水中人員的安全允許距離按照游泳1 100 m、潛水1 400 m 確定。

6.4 爆破水中沖擊波對非施工船舶安全的驗算

水中沖擊波對客船的安全允許距離應為1 500 m，其他船舶航行時的安全允許距離應為1 000 m。

非施工船舶停置時，當炸藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對非施工船舶的安全允許距離為：木船250 m，鐵船150 m。

6.5 爆破水中沖擊波對施工船舶安全的驗算

水下鉆孔爆破藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對施工船舶的水中沖擊波安全距離按照木船250 m、鐵船150 m確定。

6.6 爆破飛石對人員安全的驗算

根據《水運工程爆破技術規(guī)范》規(guī)定，施工爆破點水深均大于6 m 時，不會形成飛石，因此不考慮飛石對地面或水面以上人員的影響。

7 驗收及保證措施

7.1 驗收

采用鉆桿或測深儀器測量結合巖面標高進行探測，無硬質淺點即為合格。

7.2 保證措施

鉆孔前采用RTK 定位（精度±2 cm）放樣，確保炮孔定位準確并按規(guī)范要求超寬、超深；準確測量基巖頂面高程，以確保鉆孔深度達到設計要求，避免漏爆。

施工過程中，把好鉆孔質量關，要求鉆至設計標高（含超深），并按設計裝藥量裝藥。

使用雷管前必須檢查。加強對導爆管雷管、乳化炸藥的檢驗，要求導爆管雷管、乳化炸藥有出廠檢驗報告及合格證。確保使用爆破器材的可靠性，確保爆破的安全及效果。爆破技術人員必須嚴格按爆破設計控制裝藥量和起爆次序，并根據地形情況、巖性、基巖形狀、安全距離等因數及時調整有關爆破參數，以確保施工安全和取得最佳爆破效果。

測量組隨時跟蹤疏浚清挖石質，監(jiān)測清渣情況，及時了解挖泥船清渣情況，對每次鉆爆礁石的破碎效果進行分析，同時向施工船舶反饋信息，以便施工船舶及時調整施工方法及爆破參數，提高挖泥船清渣效率，減少補炮范圍。

為保證爆破開挖后的寬度跟深度能達到設計要求（含超寬1.5 m，超深0.5 m），在鉆孔布孔時應有足夠的超爆范圍（超邊線1.8～2.0 m）與超爆深度（超深1.5 m），因爆破形狀為漏斗形，加之水下開挖施工工藝的限制，因此，爆破開挖只能控制底標高的深度值，無法清完爆破后淺余在漏斗底部的虛渣。施工完成后，采用RTK 定位（精度±2 cm）儀器，結合測深儀器對開挖范圍和深度進行校核，如發(fā)現(xiàn)有漂浮物影響儀器測量結果，再利用鉆桿對基坑范圍內的深度進行探測，確?；忧逋诤筮_到規(guī)定深度與寬度。

8 結語

廣汕鐵路博羅東江特大橋18～20 號墩水下爆破具有一次性開挖成形速度快，礁石爆破均勻有利于出渣，對周邊建筑物，水上船只、水下作業(yè)人員影響??；其水下精確定位和爆破技術可應用于水下基礎的開挖、水運航道的加深、航道的疏浚等，其成功實施對相關工程有指導和借鑒意義，具有廣泛推廣和使用價值。