水下炸礁工程施工淺點(diǎn)控制方法研究

邵克晨

摘 要：應(yīng)用傳統(tǒng)方法水下炸礁工程施工后，受特殊地質(zhì)條件限制，容易形成一定數(shù)量的礁石淺點(diǎn)難以清除。為順利清除礁石淺點(diǎn)，保證航道達(dá)到設(shè)計(jì)通航水深，提出此水下炸礁工程施工淺點(diǎn)控制方法研究。以防水性能和爆破性能良好的?90mm的乳化炸藥作為水下炸礁炸藥，根據(jù)水下炸礁工程礁石層厚度確定藥包藥量，根據(jù)實(shí)際情況確定裝藥位置，根據(jù)水下巖石厚度把控鉆孔孔徑、深度等鉆孔參數(shù)，嚴(yán)格按照引爆順序?qū)副P(pán)進(jìn)行爆破，將爆破振動(dòng)影響降到最低，最大程度上降低淺點(diǎn)的形成，實(shí)現(xiàn)了炸礁工程施工淺點(diǎn)的有效控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用設(shè)計(jì)方法施工后形成淺點(diǎn)數(shù)量小于傳統(tǒng)方法，設(shè)計(jì)方法淺點(diǎn)控制效果更佳。

關(guān)鍵詞：炸礁工程;淺點(diǎn)控制;乳化炸藥;鉆孔參數(shù)

中圖分類號(hào)：U615? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）02-0063-03

航道疏浚工程是指將航道中多余的泥沙進(jìn)行清除的施工作業(yè)，保證航道可以正常通行。航道疏浚是維護(hù)航道和開(kāi)發(fā)航道的一種有效手段。針對(duì)特殊地質(zhì)條件，僅采用航道疏浚施工（如采用耙吸船、絞吸船、抓斗船、鏈斗船等進(jìn)行航道疏浚施工），部分區(qū)域可能剩余礁石無(wú)法清除，這種情況下可運(yùn)用水下炸礁技術(shù)，該技術(shù)亦是目前港口航道工程領(lǐng)域主要應(yīng)用的技術(shù)形式之一，具有收效快、機(jī)動(dòng)靈活、施工相對(duì)比較簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且具有良好的航道治理效果。受到水下地形地質(zhì)條件以及施工工藝的影響，水下炸礁工程施工作業(yè)后容易出現(xiàn)淺點(diǎn)，水下地形地質(zhì)比較復(fù)雜，巖石內(nèi)部軟硬結(jié)構(gòu)分布不夠均勻，當(dāng)巖石節(jié)理發(fā)育明顯時(shí)，經(jīng)過(guò)航道爆破處理后就會(huì)容易產(chǎn)生淺點(diǎn)。其次，水下炸礁工程施工工藝中炸藥的性能不佳，炸藥引爆的位置不合理，以及防水措施沒(méi)有做到位都會(huì)影響到施工后淺點(diǎn)的出現(xiàn)。為了減少水下炸礁工程施工淺點(diǎn)，大部分水下炸礁工程中會(huì)采取二次水下炸礁的方式處理施工后出現(xiàn)的淺點(diǎn)，但是該措施會(huì)極大的增加炸礁工程施工成本，同時(shí)還會(huì)影響到水下炸礁工程施工效率，因此必須要采取有效方法和手段對(duì)炸礁工程施工工藝各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，避免淺點(diǎn)的形成，但是現(xiàn)有方法控制效果比較差，施工后仍然會(huì)形成較多的淺點(diǎn)，為此，提出此水下炸礁工程淺點(diǎn)控制方法研究。

1水下炸礁工程施工淺點(diǎn)控制方法設(shè)計(jì)

水下炸礁工程施工工藝主要涉及到炸藥制作及布局、鉆孔、爆破三個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合各個(gè)環(huán)節(jié)中施工要點(diǎn)，以及其對(duì)水下炸礁工程施工淺點(diǎn)形成的影響，對(duì)其進(jìn)行控制，以下將從三個(gè)方面對(duì)該控制方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1.1炸藥選擇及裝藥位置

炸藥制作及布局是水下炸礁工程施工中重要環(huán)節(jié)，炸藥的性質(zhì)、制作方式以及裝藥位置都會(huì)影響到施工淺點(diǎn)的形成，根據(jù)水下炸礁工程施工質(zhì)量要求，對(duì)該施工環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。水下炸礁工程施工屬于水下施工作業(yè)，因此炸藥需要具備一定的防水性質(zhì)，并且水下礁石硬度較高，體積較大，為了取得良好的水下炸礁效果，針對(duì)以上要求，在施工中選擇?90mm的乳化炸藥。然后，根據(jù)技術(shù)要求將?90mm的乳化炸藥制作成藥包，藥包的制作要在制定房間內(nèi)進(jìn)行，保證制作安全。炸藥最終的抗水抗壓效果與藥包中炸藥用量有直接關(guān)系，因此要準(zhǔn)確計(jì)算出藥包中炸藥用量，其計(jì)算公式如下：

公式（1）中，表示為水下炸礁工程施工中單個(gè)藥包炸藥用量;表示水下炸礁工程中炸藥層的厚度;表示單位炸藥消耗量;表示藥包的間距;表示藥包的排距。利用上述公式計(jì)算出單個(gè)藥包的炸藥用量，將藥包制作成矩形，藥包長(zhǎng)度要控制在1.5m以內(nèi)，因?yàn)樗幇L(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致在后續(xù)爆破過(guò)程中產(chǎn)生較大的振動(dòng)，藥包的制作加工效果如下圖所示。

如上圖所示，將3-5條竹片擺成品字形，將炸藥柱夾緊，在炸藥柱之間增設(shè)2-3個(gè)引爆雷管，為了避免雷管松動(dòng)，將雷管一端的三分之一插入炸藥柱之間，并利用吊炮繩將雷管與炸藥柱連接起來(lái)，當(dāng)位置擺正之后將竹片勒緊。

水下炸礁工程施工目的是將航道內(nèi)的障礙物清理干凈，而炸藥的作用是將航道內(nèi)難以清除的巖石結(jié)構(gòu)破壞掉，因此炸藥安裝的位置與水下達(dá)到航道疏浚標(biāo)準(zhǔn)的巖石上，通常利用雙頻旁側(cè)聲納掃海儀對(duì)航道范圍內(nèi)巖石高度進(jìn)行掃描，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)確定巖石高度，其計(jì)算公式如下：

公式（2）中，h表示航道范圍內(nèi)巖石高度;表示水下巖石回波信號(hào)陰影的長(zhǎng)度;表示雙頻旁側(cè)聲納掃海儀掃測(cè)時(shí)拖魚(yú)到海底的深度;表示雙頻旁側(cè)聲納掃海儀掃測(cè)時(shí)拖魚(yú)到水下巖石陰影的距離[1]。將計(jì)算出的數(shù)值與航道疏浚標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，如果達(dá)到了要求，表示該巖石為航道疏浚工程中爆破目標(biāo)，將其作為爆破點(diǎn)，即裝藥位置。

1.2鉆孔參數(shù)確定

水下炸礁工程鉆孔大小、深度以及排布方式關(guān)系到淺點(diǎn)的形成，因此對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行控制。鉆孔的直徑和孔深和水下巖石厚度有直接關(guān)系，在對(duì)鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)利用以下公式對(duì)鉆孔直徑和孔深進(jìn)行計(jì)算。

公式（3）中，表示鉆孔直徑;表示水下炸礁工程施工水位高程;表示水下炸礁工程施工設(shè)計(jì)底高程;表示水下巖石厚度;表示鉆孔孔深;表示水下淤泥厚度[2]。利用上述公式計(jì)算出航道疏浚工程鉆孔孔徑和孔深，在鉆孔過(guò)程中嚴(yán)格按照計(jì)算數(shù)值施工。其次鉆孔之間的間距要控制在1200mm-1500mm之間，鉆孔傾斜角度要控制在45°-65°之間，最終每排鉆孔連線要與邊坡邊線保持平行，并且鉆孔孔位要呈現(xiàn)出梅花形錯(cuò)開(kāi)，這樣可以減小爆破過(guò)程中相鄰孔位炸藥振動(dòng)影響。為了最大程度上控制炸藥爆破振動(dòng)，在相鄰的主炮孔之間布置一排減振孔，起到減振作用，減振孔的直徑大小控制在30mm-50mm之間，孔間距控制在1200mm-1300mm之間，利用減振孔將相鄰的主炮孔之間產(chǎn)生一條減振帶，確保炸藥爆破的穩(wěn)定性。

鉆孔方法采用“三管兩鉆法”進(jìn)行施工，它的操作過(guò)程是這樣的：

（1）船舶定好位后，先下好導(dǎo)向管;

（2）再放下套管;

（3）根據(jù)巖石表面情況，如果比較破碎，則先對(duì)套管進(jìn)行合金鉆進(jìn);

（4）合金鉆進(jìn)至完整基巖后，提起有關(guān)鉆具;

（5）下鉆桿進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆至設(shè)計(jì)底標(biāo)高：

（6）量孔深，如不夠深，則重復(fù)上述步驟。

1.3爆破環(huán)節(jié)控制

鉆孔完成后，根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度校核鉆孔深度，按計(jì)算的單孔裝藥量現(xiàn)場(chǎng)綁扎炸藥，安裝導(dǎo)爆管雷管，沿鉆機(jī)的套管往炮孔裝填炸藥，將導(dǎo)爆管整理好，檢查無(wú)誤后移船進(jìn)行下一排鉆孔，鉆機(jī)船不得越過(guò)已鉆孔裝藥的區(qū)域。水下爆破均采用防水性優(yōu)良的爆破器材。采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，起爆藥柱放在藥柱的下三分之一處和上三分之一處，每個(gè)起爆藥包按設(shè)計(jì)段別放2發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管。將制作好的炸藥放入主炮孔內(nèi)，在施工中要準(zhǔn)確把控鉆孔內(nèi)的藥包數(shù)量，因?yàn)樗聨r石厚度是不同的，為了保證最后的水下炸礁工程施工質(zhì)量，避免淺點(diǎn)產(chǎn)生，必須要確定炮孔內(nèi)炸藥量，其計(jì)算公式如下：

公式（4）中，表示水下炸礁工程施工中鉆孔內(nèi)的炸藥量;表示鉆孔間距;表示水下巖石極限抗壓強(qiáng)度;表示線裝藥密度;表示最小抵抗線[3]。利用上述公式計(jì)算出每個(gè)炮孔的炸藥量，將炸藥放入鉆孔內(nèi)，并采用并聯(lián)的方式將各個(gè)鉆孔內(nèi)的藥包引爆雷管尾端連接，遵循均勻分布的基本原則，在引爆雷管周邊設(shè)置一條導(dǎo)爆管，連接起爆網(wǎng)絡(luò)。為了保證爆破可以順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)想的爆破效果，在爆破前對(duì)整個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查是否有漏接和錯(cuò)接現(xiàn)象，檢查無(wú)誤后進(jìn)入引爆環(huán)節(jié)。在爆破施工過(guò)程中要按照先減振爆破、后主爆孔爆破的順序，減振孔爆破要優(yōu)先于主炮孔爆破，注意控制爆破間隔時(shí)間，并利用測(cè)振儀對(duì)炸藥爆破施工進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，把控爆破振動(dòng)速度，將爆破振動(dòng)速度控制在工程施工要求范圍內(nèi)，以此最大程度上減小淺點(diǎn)的形成。

為了避免爆破地震對(duì)較近周邊建筑物造成的危害，起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采取如下措施：

（1）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)間一般是50～100毫秒，所以導(dǎo)爆管雷管的段別向廠家定制1～13段，以便于采取孔內(nèi)或孔間微差爆破。為確保微差時(shí)間的準(zhǔn)確性，爆破前對(duì)導(dǎo)爆管雷管取樣進(jìn)行測(cè)試。

（2）預(yù)裂爆破減震：采用預(yù)裂爆破，降震率可達(dá)60%～70%。當(dāng)爆破滿足不了建筑物安全要求時(shí)，則采用預(yù)裂爆破，降低爆破震動(dòng)速度。

（3）爆破網(wǎng)路：采用孔內(nèi)分段，全非電起爆網(wǎng)路，入孔裝2發(fā)同段導(dǎo)爆管雷管，臨近的導(dǎo)爆管采用一把抓聯(lián)接方式，用2發(fā)傳爆雷管引爆，每組最多不超過(guò)20根，考慮電雷管的安全隱患問(wèn)題，采用激發(fā)針起爆，所以最后需連接1發(fā)導(dǎo)爆管雷管，激發(fā)針起爆。激發(fā)針做好防水脫離水面，用高脈沖起爆器起爆。

爆破施工完成后利用挖泥機(jī)械設(shè)備（抓斗船組）將爆破后的巖石清除干凈，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)水下炸礁工程施工淺點(diǎn)控制。

2實(shí)驗(yàn)論證分析

本次實(shí)驗(yàn)以某水下炸礁工程為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該工程施工面積為5.15km2，航道長(zhǎng)度為1.26km，預(yù)計(jì)該水下炸礁工程水下炸礁約156212.15m3，實(shí)驗(yàn)利用此次設(shè)計(jì)方法結(jié)合傳統(tǒng)方法對(duì)該水下炸礁工程施工淺點(diǎn)進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)采用了防水效果和爆破效果都比較好的?90mm的乳化炸藥制作藥包，藥包的長(zhǎng)度為550mm，厚度為150mm，利用公式（1）計(jì)算出單個(gè)藥包的藥量為2.56kg，引爆雷管采用的是SF26防水金屬殼工業(yè)電雷管。采用HTRU-A14F型號(hào)雙頻旁側(cè)聲納掃海儀對(duì)水下巖石高度進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)測(cè)量水壓巖石最高高度為156.15m，平均高度為86.45m，水下炸礁標(biāo)準(zhǔn)高度為20m，經(jīng)過(guò)公式（2）計(jì)算確定了156個(gè)裝藥位置。以鉆機(jī)船為鉆孔基礎(chǔ)平臺(tái)，鉆機(jī)采用的是SFARG/AS25F6型號(hào)中風(fēng)壓鉆機(jī)，該工程中共配置20臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)鉆孔作業(yè)，利用公式（3）計(jì)算出鉆孔直徑和深度，平均直徑為60mm，最大鉆孔孔深為150.56m，鉆孔施工中鉆孔的傾角為56°，鉆孔的間距為1450mm，將SFARG/AS25F6型號(hào)中風(fēng)壓鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度設(shè)定為12.36r/min，額定轉(zhuǎn)矩為1200r/min，鉆進(jìn)給進(jìn)力為36.5kN。利用鉆機(jī)共鉆取186個(gè)主炮孔，145個(gè)減振孔，減振孔的直徑為45mm，間距為1150mm，工程中共設(shè)置了三排主炮孔和兩排減振孔。利用公式（4）確定鉆孔的炸藥量，將炸藥填塞到炮孔內(nèi)，按照順序進(jìn)行引爆，減振孔與主炮孔藥包引爆間隔時(shí)間為110ms。引爆完成后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有出現(xiàn)未爆破的藥包，利用抓斗船組將水下巖石和淤泥進(jìn)行清除。為了檢驗(yàn)兩種方法淺點(diǎn)控制效果，利用DFFG-262水下掃描儀對(duì)水下淺點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，將該水下炸礁工程分成五個(gè)航段，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定每個(gè)航段內(nèi)淺點(diǎn)的數(shù)量，具體如下表所示。

根據(jù)上表中數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用此次設(shè)計(jì)方法水下炸礁工程施工后形成的淺點(diǎn)比較少，而應(yīng)用傳統(tǒng)方法水下炸礁工程施工后形成的淺點(diǎn)數(shù)量比較多。根據(jù)相關(guān)航道工程施工技術(shù)規(guī)范要求，施工后淺點(diǎn)的數(shù)量不能超過(guò)3個(gè)，本文設(shè)計(jì)方法可以滿足相關(guān)航道工程使用淺點(diǎn)控制需求，具有良好的控制效果，相比較傳統(tǒng)方法更適用于水下炸礁工程施工淺點(diǎn)控制。

3結(jié)語(yǔ)

此次根據(jù)水下炸礁工程施工中影響施工淺點(diǎn)的因素，以及水下炸礁工程施工質(zhì)量需求，設(shè)計(jì)了一套新的淺點(diǎn)控制方法，有效控制了水下炸礁工程施工淺點(diǎn)，確保水下炸礁工程施工質(zhì)量，對(duì)降低水下炸礁工程淺點(diǎn)處理成本，以及提高施工效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

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