鋼圍堰水下爆破關(guān)鍵施工技術(shù)研究

王 飛

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250000)

0 引 言

水下爆破相對于陸上爆破，最大的不同是施工不確定因素較多，因此如何有效地控制各爆破參數(shù)是爆破施工的關(guān)鍵點也是難點。本文針對張吉懷鐵路鋼圍堰施工水下爆破這一實際工程，對鋼圍堰水下爆破關(guān)鍵施工技術(shù)進行研究分析，確保后期鋼圍堰施工順利進行。

1 工程概況

中鐵十四局張吉懷鐵路項目部承建的張吉懷鐵路錦江特大橋在1#～4#墩處上跨錦江河流，采用(60+100+60)m連續(xù)梁形式跨越。2#、3#主墩均位于河流中，承臺尺寸為17 m×13.2 m×4.0 m，設(shè)計采用雙壁鋼圍堰進行圍護，雙壁鋼圍堰嵌入巖層，雙壁鋼圍堰外徑為25.92 m。

1.1 工程地質(zhì)資料

1.1.1 地形地貌

本橋位于隆家堡與蘭村鄉(xiāng)交界處。本橋為跨錦江而設(shè)，橋兩側(cè)均為丘坡，地面標(biāo)高為151～275 m，相對高差為10～50 m，山勢較陡，山上主要為樹林和灌木，植被茂盛。谷地局部辟為農(nóng)田，水系較發(fā)育，橋位區(qū)有村道相通，交通較便利。

1.1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)情況自上而下依次為：

(1) 粉質(zhì)黏土，褐紅色，可塑，主要由粉粒和黏粒組成，局部夾少量碎石；地基承載力σ0=120 kPa。

(2) 粉質(zhì)黏土，褐紅色，可塑，主要由粉粒和黏粒組成，局部夾少量碎石；地基承載力σ0=150 kPa。

(3) 泥質(zhì)粉砂巖，紅褐色，弱風(fēng)化，其易軟化、易風(fēng)化崩解，局部夾少量泥巖；地基承載力σ0=500 kPa。

1.2 工程水文資料

錦江為沅江上游的一級支流，匯水面積為5 305 km2，Q1%=10 100 m3/s，H1%=158 m，V1%=4.84 m/s，H10%=154 m(施工水位)。

2 爆破方案比選

根據(jù)橋墩基坑開挖特點，可供選擇的爆破技術(shù)方案主要有水下中深孔松動控制爆破和水下淺孔控制爆破兩種爆破方案。

(1) 中深孔松動控制爆破方案：使用鉆孔船在水面上鉆孔，導(dǎo)管下藥。施工工藝簡單、爆破效率高，適用于河水較深、水流急、工程量較大、工期緊的水下爆破工程。

(2) 淺孔控制爆破方案：該方案施工過程簡單，設(shè)備的成本相對較低，但爆裂較低，水中鉆孔難度較大。該方案適用于水淺、水流平穩(wěn)、工程量較小的工程。

根據(jù)項目情況及現(xiàn)場條件，為加快施工進度，確保安全，對比上述兩種方案，采用中深孔水下松動控制爆破方案進行爆破開挖，能更加滿足本工程需要。

3 爆破技術(shù)參數(shù)確定

3.1 裝藥結(jié)構(gòu)

本工程全部采用乳化炸藥。為方便裝藥考慮，裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計為連續(xù)裝藥。炮孔采用河沙填塞至孔口。

3.2 爆破網(wǎng)絡(luò)及起爆方式

采用非電爆破網(wǎng)絡(luò)。電雷管腳線與主線相連引出井外，采用電容式起爆器起爆。爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)示意圖如圖1所示。

圖1 爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)示意圖

雷管排列順序為中心孔、輔助孔、周邊孔，這樣既有利于掏槽形成自由面，也有利于減輕爆破震動效應(yīng)。

3.3 鉆爆參數(shù)

因每個墩臺面積都比較大，設(shè)計采用全斷面爆破開挖，向下垂直鉆孔。

孔深設(shè)計為L主=1.5～6.5 m。

炮孔超深l=L主×10%。

排距(最小抵抗線W)b=1.6 m。

孔間距a=(1～1.2)b=1.6～1.8 m。

炸藥單耗q按水下爆破設(shè)計，可以取1.1 kg/m3。單孔每米裝藥量Q平均為4.6 kg。采用卷裝Φ80 mm的2#防水乳化炸藥爆破。硬巖取大值，反之取小值。

在大規(guī)模爆破前，要按以上技術(shù)參數(shù)進行爆破試驗，并根據(jù)需要進行必要的爆破技術(shù)參數(shù)的校核和調(diào)整。

3.4 爆破耗材

錦江大橋2#墩基坑鉆爆孔合計161孔，分17輪次爆破，鉆爆孔布置平面圖如圖2所示。

圖2 鉆爆孔布置平面圖

爆破耗材要求：乳化炸藥的密度不得小于1.2 g/cm3，非電雷管導(dǎo)爆管破斷拉力不得小于7 kg，非電毫秒雷管(配導(dǎo)爆管)滿足10 m水下浸泡12 h，無滲漏，滿足正常起爆。

本爆破器材依次使用數(shù)量，在實際鉆爆過程中，根據(jù)實際孔深和地質(zhì)情況，及時調(diào)整。單輪使用后的剩余器材必須及時嚴(yán)格按程序回庫。炮孔確保裝填質(zhì)量和堵塞質(zhì)量。

爆破器材使用量如下：

1#孔位：乳化炸藥400 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)60發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

2#孔位：乳化炸藥350 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

3#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)56發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管：2枚。

4#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

5#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

6#孔位：乳化炸藥280 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)44發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

7#孔位：乳化炸藥230 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)36發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

8#孔位：乳化炸藥180 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)28發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

9#孔位：乳化炸藥80 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)12發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

第10～17輪次鉆爆使用爆破器材數(shù)量和規(guī)格依次基本同第2～9輪次鉆爆，僅僅7段非電毫秒雷管用完后改成9段非電毫秒雷管。

3.5 爆破設(shè)備

根據(jù)本橋爆破特點，考慮設(shè)備配置，擬投入本橋梁的主要施工裝備見表1。

表1 施工裝備表

4 爆破施工流程及工藝要點

鉆爆法工藝流程：測量放樣→布眼→鉆眼→裝藥堵塞→聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)→起爆→出渣→清底。在施工之前，首先根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件進行爆破試驗，并且不斷校正設(shè)計參數(shù)以實現(xiàn)最佳爆破效果。

4.1 放樣布眼

通過測量樁基，承臺邊點放樣，距離邊線表面30 m處設(shè)置臨時水準(zhǔn)點。鉆孔前，利用全站儀測出開挖線，標(biāo)識炮孔位置(誤差<5 cm)，檢查符合設(shè)計要求后方可鉆孔。

4.2 定位開眼

采用空壓機鉆眼，按炮孔布置圖畫點定位后鉆孔。梅花形布置，周邊眼離邊線10 cm，開孔誤差<5 cm。

4.3 鉆眼

固定鉆頭，鉆孔深度為100 cm。鉆工要求能熟練操作空壓機，且熟悉炮眼布置圖，特別是周邊眼，鉆工要有較豐富經(jīng)驗，專人指揮。根據(jù)眼端口位置的不均勻性，調(diào)節(jié)孔位以確保炮孔的底部位于同一平面上。

周邊眼沿樁基、承臺設(shè)計輪廓線上的間距誤差<5 cm；眼底不得超出開挖線10 cm；眼深誤差<100 mm。

鉆眼完成后，必須嚴(yán)格進行成孔檢查。

4.4 裝藥

分組裝藥，根據(jù)炮眼設(shè)計圖確定裝藥量，雷管對號入座，不得亂裝藥。用炮泥堵塞所有炮眼，堵塞長度>20 cm。

4.5 聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以確保爆破的可靠性和準(zhǔn)確性。聯(lián)結(jié)時要注意：導(dǎo)爆管不得拉細、打結(jié)；各炮眼雷管連接次數(shù)應(yīng)相同；引爆雷管離導(dǎo)爆管自由端距離>10 cm。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)好后，要有專人負責(zé)檢查。

5 其他控制保證措施

5.1 盲炮的處理程序

施工人員必須做好爆破器材質(zhì)量的檢測工作,減少盲炮。萬一出現(xiàn)盲炮，檢查人員必須立即報告,由工程師根據(jù)實際情況制定處理方案，安排有經(jīng)驗的爆破員進行處理，并注意回收未爆的雷管和炸藥，嚴(yán)禁擅自處理盲炮。

5.2 安全警戒范圍、起爆程序和時間

5.2.1 安全警戒距離

警戒距離對人、對船均設(shè)計取200 m。因為爆破區(qū)域的范圍大、走向長，安全警戒的范圍應(yīng)由爆破工程師根據(jù)每次爆破點位置的情況做相應(yīng)調(diào)整。

5.2.2 起爆程序

嚴(yán)格執(zhí)行市公安局制訂的《爆破作業(yè)安全操作規(guī)定》。

由安全員檢查網(wǎng)絡(luò)后發(fā)出第一次信號，開始警戒；待無關(guān)人員撤離后，安全員向工程師報告安全檢查情況和警戒情況，工程師檢查確認(rèn)后發(fā)可以起爆的信號(第二次信號)；爆破后，經(jīng)安全員或工程師檢查無誤后，發(fā)出解除警戒信號(第三次信號)。

6 結(jié)束語

水下爆破作為鋼圍堰水下施工的關(guān)鍵性技術(shù)，在各大水下施工中應(yīng)用廣泛。本文通過對張吉懷鐵路水下爆破施工技術(shù)的介紹，以達到為此類施工提供借鑒作用的目的。