航道擴(kuò)建工程爆破開(kāi)挖技術(shù)研究

龔靜

（江西省路港工程有限公司，江西 南昌 330200）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)與社會(huì)高速發(fā)展之下，交通設(shè)施建設(shè)加速，規(guī)模不斷擴(kuò)大，很多通航設(shè)施的建設(shè)，還有較多的擴(kuò)能工程項(xiàng)目建設(shè)，應(yīng)該加強(qiáng)水下礁石的爆破處理。水下鉆孔爆破是主要的航道擴(kuò)建作業(yè)方式，其一般將制作好的炸藥放置在巖石內(nèi)進(jìn)行爆破處理。較之路堤爆破的方式來(lái)說(shuō)，水下爆破的方式施工難度較高，爆破技術(shù)水平要求較高，水流干擾的影響比較大，所以是爆破的難點(diǎn)和關(guān)鍵。在我國(guó)的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展之下，深水以及大范圍的水下爆破方式作業(yè)，應(yīng)用GPS 定位系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而使炮孔位置精度合格，鉆孔更加精確，實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控和管理。深入研究分析水下爆破技術(shù)，可以確保航道擴(kuò)建工程順利進(jìn)行，保證作業(yè)的安全性、便捷性，還能充分保護(hù)生態(tài)自然環(huán)境。此次工程項(xiàng)目建設(shè)中，應(yīng)用雙GPS 定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水下炸礁鉆孔定位，滿足航道的通航需要。結(jié)合設(shè)計(jì)方案確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的控制，減少工程成本，促進(jìn)爆破水平的全面提高。

1 工程概況

1.1 工程概述

某航道擴(kuò)建工程項(xiàng)目對(duì)于當(dāng)?shù)氐耐ê綏l件改善較為明顯，該項(xiàng)目位于我國(guó)的長(zhǎng)江支流上，上游和水電站的距離在9km 左右，與最近的城市大約有5km 的距離。該項(xiàng)目按照評(píng)級(jí)確定為三等工程，屬于中型規(guī)模的項(xiàng)目。項(xiàng)目主要的目標(biāo)是升高水電站的下游水位，水流量、深度等符合要求，為改善當(dāng)?shù)氐耐ê綘顟B(tài)產(chǎn)生積極的作用。當(dāng)前，該項(xiàng)目的右岸一期工程已經(jīng)全部施工結(jié)束，為了快速達(dá)到通航的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)加強(qiáng)右岸下游通航道的疏浚處理，提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效果。通過(guò)疏浚處理后確定，航道臨近右岸的位置上存在比較多的礁盤，最大高程-1.83m，設(shè)計(jì)開(kāi)挖高程為-5.0m。為了提高疏浚能力和水平，滿足通航的標(biāo)準(zhǔn)，本文選擇應(yīng)用水平爆破的處理方式，將現(xiàn)場(chǎng)存在的礁盤及時(shí)清理掉。整個(gè)爆破作業(yè)的范圍比較大，東西30m、南北70m，預(yù)計(jì)總爆破量3000m3。

1.2 爆區(qū)周邊環(huán)境

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn)，爆破作業(yè)的范圍內(nèi)緊鄰鐵路項(xiàng)目，最小距離的位置只有526m。西側(cè)右岸為國(guó)道工程，與此次爆破作業(yè)范圍最小距離100m。在國(guó)道周邊分布著較多的居民建筑，大多數(shù)都是磚混的結(jié)構(gòu)形式，和爆破作業(yè)范圍的平均距離為105m，同時(shí)還分布著比較多的高壓線路，與爆破范圍的距離在260m 左右。經(jīng)過(guò)對(duì)以上周邊環(huán)境的分析，發(fā)現(xiàn)爆破區(qū)域內(nèi)分布著比較多的建筑物與構(gòu)造物，所以爆破難度較高，影響也比較大[1]。

2 設(shè)計(jì)原則

由于項(xiàng)目爆破范圍周邊有國(guó)道、鐵路線路、建筑物等，水上有船舶在通行，所以要加強(qiáng)爆破強(qiáng)度的控制，以避免產(chǎn)生不利的影響。在爆破周邊有居民建筑，還有已經(jīng)存在的航道建筑物的形式，所以要加強(qiáng)爆破強(qiáng)度的控制，振動(dòng)強(qiáng)度必須加強(qiáng)控制。經(jīng)過(guò)對(duì)以上的情況分析，為了使爆破作業(yè)更具安全性，應(yīng)用多循環(huán)、小規(guī)模、小孔距的水下深孔爆破強(qiáng)度，從而達(dá)到爆破作業(yè)的要求，還不會(huì)給周邊的建筑物以及構(gòu)造物造成不利的影響，達(dá)到正常的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。第一，結(jié)合不同形式的爆破作業(yè)區(qū)間范圍，應(yīng)用多種爆破參數(shù)以及裝藥結(jié)構(gòu)形式，按照裂、松、散的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，才能實(shí)現(xiàn)炮孔數(shù)據(jù)的控制，并根據(jù)爆破破碎性的變化標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)調(diào)整。第二，如果炮孔設(shè)置的爆破高度較高，則爆破的標(biāo)準(zhǔn)以“裂”為主，即爆炸的強(qiáng)度要稍微超過(guò)巖石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，不能以完全破碎的方式為主，可以爆炸后形成較多的裂紋，巖體不會(huì)發(fā)生移動(dòng)變化的情況，也沒(méi)有松散的問(wèn)題。其他結(jié)構(gòu)的爆裂應(yīng)該達(dá)到“松”的狀態(tài)，這種狀態(tài)之下就會(huì)在爆裂后形成位移變化，裂縫相對(duì)較大，但是沒(méi)有遠(yuǎn)離原位。第三，爆破標(biāo)高較低的位置，爆破的目標(biāo)是達(dá)到“散”的效果，巖石移動(dòng)性比較小，但是不能出現(xiàn)飛濺的情況。在變化區(qū)域范圍內(nèi)的抵抗線距離與起爆順序加強(qiáng)火巖位移走向等，通過(guò)機(jī)器聯(lián)合人工方式操作，加強(qiáng)爆破性的控制。

3 爆破方案

3.1 施工順序

對(duì)于爆破的方式來(lái)說(shuō)，應(yīng)用漂浮式炸礁船開(kāi)展作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)施工按圖1要求進(jìn)行。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)施工圖

3.2 鉆孔孔網(wǎng)參數(shù)

水下炸礁現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，鉆孔位置的確定要通過(guò)雙GPS 信標(biāo)機(jī)實(shí)現(xiàn)定位，總計(jì)需要兩臺(tái)，一臺(tái)完成定位，另外一臺(tái)定向處理，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成測(cè)量控制，達(dá)到精度的要求，誤差在5～10cm。通過(guò)測(cè)量水深的參數(shù)，并結(jié)合相應(yīng)的水位高度與基底高程估算巖石的厚度，以確定鉆孔深度參數(shù)。在爆破作業(yè)中，按照從深到淺的順序進(jìn)行，且每次爆破作業(yè)都必須做好水深的控制，預(yù)防出現(xiàn)分層爆破的問(wèn)題發(fā)生[2]。

3.3 爆破器材的選用

該項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，應(yīng)用的是防水性能優(yōu)越的乳化炸藥的形式，防水性能符合標(biāo)準(zhǔn)，爆炸強(qiáng)度合格，加工和操作比較方便?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用180m 的塑料導(dǎo)管進(jìn)行傳爆，非電雷管進(jìn)行爆炸作用，引導(dǎo)藥包與藥柱?；鹚帒?yīng)用的是乳化膠質(zhì)火藥，直徑90mm。導(dǎo)爆管嚴(yán)格控制，符合水深的要求，并且根據(jù)需要做出形式的選擇。根據(jù)要求進(jìn)行密封處理，達(dá)到封閉性要求，以達(dá)到性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

在爆破網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，目前廣泛應(yīng)用的是導(dǎo)爆管與非電避雷器并聯(lián)的設(shè)置方式，應(yīng)用2～3 排孔并聯(lián)組合成為一組，組合之間應(yīng)穩(wěn)定連接。根據(jù)需要使用1～12 段分別進(jìn)行導(dǎo)爆管逐孔引爆處理，利用微差爆破的方式進(jìn)行處理，以減小引爆量數(shù)據(jù)，并且要抵抗沖擊波、撞擊波方面的作用，使破碎范圍得以擴(kuò)大，促進(jìn)爆破效率的提高，達(dá)到爆破使用的下過(guò)要求。在爆破網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行中，巖石薄的一排空藥包先爆破碎裂，并且沿著巖石結(jié)構(gòu)的厚度變化逐排進(jìn)行爆破作業(yè)，提高爆破的效果，滿足施工的要求。在爆炸網(wǎng)絡(luò)的連接中，在裝藥與堵塞結(jié)束之后進(jìn)行處理。引爆網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)該保證短路性設(shè)置。水下炸礁的傳爆網(wǎng)絡(luò)控制，沿著水流的方向分組連接[3]。

4 爆破振動(dòng)安全控制

在此次爆破的作業(yè)中，由于周邊分布著居民房、國(guó)道、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，所以要加強(qiáng)這些項(xiàng)目的保護(hù)，以確保安全性的要求，才能將爆破振動(dòng)限定在合理的范圍內(nèi)，不會(huì)給其他結(jié)構(gòu)的運(yùn)行帶來(lái)任何影響。爆破振動(dòng)的主要特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間比較短，通常在0.6～2.0s，衰變的速度也很快，而每次衰變的速度與裝藥量、爆源以及防護(hù)建筑的距離存在著直接的關(guān)系。

在此次工程的建設(shè)中，加強(qiáng)起爆規(guī)模的控制，且應(yīng)用多點(diǎn)或者分批的方式起爆處理，加強(qiáng)延時(shí)的控制，切實(shí)提升爆破的效果，預(yù)防爆破力量過(guò)大而影響總體的效果，還要避免振動(dòng)給周邊構(gòu)造物造成不利的影響。結(jié)合原爆區(qū)的時(shí)間推移變化，安全距離要加強(qiáng)控制，以計(jì)算確定具體的爆破藥量參數(shù)。為了不會(huì)給操作人員造成任何的傷害和影響，在此次工程中根據(jù)100kg 以內(nèi)單次起爆量，爆區(qū)周邊水域900m 內(nèi)沒(méi)有潛水作業(yè)，700m 內(nèi)無(wú)游泳人員，100m 內(nèi)沒(méi)有任何船只通行，同時(shí)在陸地布置警戒區(qū)域范圍，達(dá)到安全性的標(biāo)準(zhǔn)。在此次工程的水下爆破作業(yè)的前后對(duì)比各個(gè)構(gòu)造物變化的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)并未有任何傷害事故問(wèn)題，說(shuō)明該次水下爆破的質(zhì)量符合要求[4]。

5 水下爆破的具體施工要點(diǎn)控制

目前，我國(guó)所應(yīng)用的航道水下爆破作業(yè)中主要的工序就是設(shè)計(jì)、建設(shè)平臺(tái)、鉆孔、裝藥、平臺(tái)撤除、引爆、效果檢查等方面，每個(gè)工序包含多個(gè)細(xì)節(jié)方面，要在細(xì)微方面有效控制，如在裝藥的階段應(yīng)進(jìn)行連線與堵孔處理。下面將具體分析各個(gè)重要的環(huán)節(jié)：

5.1 施工準(zhǔn)備工作

在現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備階段加強(qiáng)控制，必須做好下述幾個(gè)方面的工作：首先，應(yīng)該確?，F(xiàn)場(chǎng)的爆破作業(yè)環(huán)節(jié)達(dá)到安全性的要求，并在現(xiàn)場(chǎng)施工前做好現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的劃分和控制，明確標(biāo)記好施工的范圍和界限，從而有效控制項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工情況。其次，對(duì)爆破點(diǎn)的水流速度、水壓高低、風(fēng)浪等方面進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)綜合分析后確定具體的裝藥難度、鉆孔難度等；模擬爆破的效果，以選擇最為合適的爆破點(diǎn)。最后，經(jīng)過(guò)對(duì)以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)備好符合爆破要求的藥包，確定最佳的裝藥量數(shù)據(jù)信息，在分析水體壓力、黏滯等方面的因素之下，確保爆破的環(huán)節(jié)產(chǎn)生的小粒徑碎石最少，可以減少后續(xù)疏浚的作業(yè)量，提高航道通航的標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的爆破需要確定藥包的形成，可以制作為圓柱形，填藥的過(guò)程中加強(qiáng)藥包密度的控制，在填裝工作結(jié)束后進(jìn)行防水密封性試驗(yàn)檢測(cè)。除了上述措施之外，在現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)還要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)容易產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行分析，并采取必要的應(yīng)急處理措施，以免造成安全事故，提高項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的安全性水平[5]。

5.2 鉆孔

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔作業(yè)的質(zhì)量對(duì)整個(gè)爆破的效果造成過(guò)大的影響，根據(jù)工程的需要展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的分析，從而可以有效提高鉆孔作業(yè)的質(zhì)量水平，并且落實(shí)精度管控的措施。對(duì)于鉆孔工具選擇方面來(lái)說(shuō)，目前應(yīng)用比較廣泛的是浮箱式簡(jiǎn)易起升鉆爆工作平臺(tái)船，其尺寸為16m×6m，去除自重后，大約浮力在15t 左右。現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)的過(guò)程中，應(yīng)用外伸浮箱的設(shè)計(jì)形式，在上部焊接有兩個(gè)鉆孔作業(yè)的工作平臺(tái)，在行駛到規(guī)定的部位之后，直接對(duì)河底沉入鋼管柱，以達(dá)到平臺(tái)的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)防在作業(yè)時(shí)受到風(fēng)浪的作用而導(dǎo)致失穩(wěn)，促進(jìn)成孔效果的全面提升。要想全面提升安裝位置的精度水平，就要通過(guò)使用GPS 定位設(shè)備以達(dá)到定位精度的要求。該方式較之傳統(tǒng)的全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，防止出現(xiàn)偏差過(guò)大的問(wèn)題，提高鉆孔的精度。

鉆孔工作中由專業(yè)技術(shù)人員開(kāi)展作業(yè)，配合應(yīng)用鉆孔套管的方法以保證精度尺寸合格。深度必須嚴(yán)格控制，達(dá)到精準(zhǔn)性要求。通常來(lái)說(shuō)，鉆孔作業(yè)的深度應(yīng)該在預(yù)設(shè)深度尺寸增加1～1.5m，孔徑根據(jù)鉆孔作業(yè)的工具設(shè)定。鉆孔工作全部完成后及時(shí)進(jìn)行清孔處理，為后續(xù)的藥物裝填以及爆破提供基礎(chǔ)和根本。

5.3 裝藥

裝藥環(huán)節(jié)應(yīng)該通過(guò)使用預(yù)制爆破藥包的方法填充處理，經(jīng)過(guò)填充完成且檢測(cè)合格后及時(shí)進(jìn)行堵孔處理。如果經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)水深在6m 以上，則不需要堵孔作業(yè)；水深在6m 以下的情況下，根據(jù)每米增加0.6m 的堵孔標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施；水深在2m 以下的情況，根據(jù)露天爆破的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展堵孔作業(yè)。裝藥時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)起爆網(wǎng)絡(luò)的安裝布置，目前最為主要的方式是孔內(nèi)高段位、孔外低段位的方法，使起爆網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效果符合要求，傳爆精度符合標(biāo)準(zhǔn)。在導(dǎo)爆管的安裝階段，每船每排的導(dǎo)爆管全部都綁扎到一只輪胎上，為了使爆破的環(huán)節(jié)不會(huì)炸斷后續(xù)的導(dǎo)爆管而發(fā)生拒爆的問(wèn)題，必須將所有的雷管都設(shè)置在漂浮物的上部，穩(wěn)固性符合要求。

5.4 撤離和引爆

在移船撤離的環(huán)節(jié)，應(yīng)該在現(xiàn)場(chǎng)布置警戒性標(biāo)志，明確具體爆破作業(yè)的范圍。起爆開(kāi)始之后，進(jìn)行振動(dòng)影響的監(jiān)測(cè)和分析，必須掌握波浪變化的情況。引爆結(jié)束后，及時(shí)組織人員、船舶進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理與測(cè)量，使人員、環(huán)境都處于安全的范圍內(nèi)，同時(shí)還要做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的記錄和處理工作，以免產(chǎn)生不利影響。

6 結(jié)語(yǔ)

航道通航受到水深、水流方面的影響，因此為了能夠提高通航的水平，必須加強(qiáng)航道擴(kuò)建工程建設(shè)。在具體施工中，應(yīng)加強(qiáng)爆破開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用，做好各項(xiàng)參數(shù)的控制，使每個(gè)環(huán)節(jié)都符合要求，提高通航標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)航道運(yùn)行安全性提升，從而帶動(dòng)航運(yùn)事業(yè)發(fā)展。