廈門港古雷航道水下炸礁施工技術(shù)

戢向東 中鐵廣州工程局集團(tuán)有限公司

1.水下炸礁簡述

深水港口航道建設(shè)和日常運行中，容易遇到礁石的阻礙，不利于各項工作的高效開展，為此，需根據(jù)現(xiàn)場礁石分布情況采取適宜的炸礁措施，排除礁石產(chǎn)生的安全隱患。在水下礁石的清理環(huán)節(jié)，可選擇的技術(shù)方法較多，其中，以爆破方法的應(yīng)用較為廣泛，包含鉆孔爆破、裸露爆破等。從炸礁工程的工作經(jīng)驗來看，以水下鉆孔爆破施工技術(shù)較為主流，具體需根據(jù)現(xiàn)場的礁石分布特點、水深地形等條件做合理的技術(shù)優(yōu)化，以提高安全系數(shù)為基本前提，有效完成炸礁作業(yè)，從而給港口航道工程建設(shè)和日常使用中船舶的運輸提供良好的條件。

2.工況概述

廈門港古雷航道二期工程，重點建設(shè)內(nèi)容在于對既有古雷10萬噸級航道做擴(kuò)建升級，新增用海面積6.19km，水深超20m，炸礁平均厚度4m，炸礁工程量約為49.59萬m。現(xiàn)場的水域風(fēng)浪較小、水深較大、待爆破的礁石硬度較大，諸如此類特點均是水下炸礁施工技術(shù)應(yīng)用中需要考慮的內(nèi)容。

3.水下炸礁爆破施工工藝

爆破施工采用到特定規(guī)格的炸藥，將其布置到位，在土石介質(zhì)、水及其他物質(zhì)中發(fā)生爆炸，從而起到拋擲、松動等效果。在各類型土質(zhì)中，爆破施工工藝普遍具有可行性，但施工現(xiàn)場存在風(fēng)化巖時，作業(yè)難度有所增加。其中，水下炸礁爆破施工工藝更具復(fù)雜性，需要充分考慮到爆破要求、現(xiàn)場生態(tài)環(huán)境要求、安全防護(hù)要求等，總體來看施工環(huán)境復(fù)雜，可能由于爆破工藝不合理而導(dǎo)致周邊的水域受到影響，甚至誘發(fā)安全事故。因此，需要提前采取控制措施，做好設(shè)備布置、既有設(shè)施防護(hù)等相關(guān)工作，并制定具有可行性的作業(yè)方案，以便水下炸礁爆破作業(yè)的順利開展。

（1）爆破設(shè)計。根據(jù)古雷港區(qū)的海況，選用2233t的83m漂浮式炸礁船、800t液壓升降式專用炸礁船各1艘，均配套RTK-DGPS數(shù)字化測量定位系統(tǒng)，以滿足高精度的定位要求。

（2）爆破器材的選用?，F(xiàn)場海水深度在20m以上，考慮到爆破的有效性要求，選用直徑95mm、長度50cm、密度在1.35g/cm以上、爆速在560m/s以上的銨梯震源藥柱，此類藥柱具有足夠的抗壓防水性能，即便在巖石堅硬的水下爆破環(huán)境中也依然具有可行性。孔內(nèi)雷管選用的是具有防水特性的毫秒雷管，并采用以雙層抗拉高強塑料為基礎(chǔ)材料制作而成的導(dǎo)爆管，要求在持續(xù)1min的8.0kg的靜拉力作用下不出現(xiàn)從卡口塞內(nèi)脫出的情況。

（3）起爆網(wǎng)絡(luò)的連接與防護(hù)。雷管腳線綁在結(jié)實的細(xì)尼龍繩上，再將尼龍繩綁在藥柱上，按照設(shè)計要求裝藥，并對炮孔做堵塞處理，待其具有嚴(yán)密性后，將雷管腳線和尼龍繩拉出水面，綁在船臺，切實保證穩(wěn)定性后，方可連接起爆網(wǎng)絡(luò)。以貼身防護(hù)法實現(xiàn)對起爆網(wǎng)絡(luò)的有效防護(hù)，基本思路為：將起爆線松弛地綁在主繩上，敷設(shè)主線（要求此材料具有防水、抗拉的突出特性，以免在水下炸礁作業(yè)環(huán)境中發(fā)生異常），待起爆網(wǎng)絡(luò)連接到位后，移動現(xiàn)場的施工船舶，使其駛至安全區(qū)域，避免因爆破而受損。

（4）爆破效果分析。工程技術(shù)人員遵循因地制宜的原則，根據(jù)現(xiàn)場礁石地形地質(zhì)特點，富有針對性地優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，全面做好前期設(shè)計工作，共布置移動船位爆破120余次，完成深水炸礁5.3萬m，爆破效果良好，爆破全程無安全事故以及各類異常狀況。從實際檢驗效果來看，爆破塊度和松散度均達(dá)到要求，平均大塊率為3.5%，有利于清挖作業(yè)的順利進(jìn)行，既保證了清渣效果，又提高了清渣作業(yè)效率。

4.基于工程實例的水下炸礁施工技術(shù)分析

4.1 施工流程

根據(jù)現(xiàn)場施工條件和工程要求，采用水下鉆孔爆的方法，以炸礁船為主要作業(yè)設(shè)備，配套13m抓斗船，以便清碴。

水下炸礁的基本施工流程為：布孔→移船定位→鉆孔→裝藥→接線移船→警戒→起爆→檢查（是否有盲炮）→清碴→運碴→掃床檢測→淺點補炸→清碴→檢驗。

4.2 爆破參數(shù)的設(shè)計

綜合考慮現(xiàn)場巖石特性、工程對巖石破碎塊度的要求等，組織爆破參數(shù)設(shè)計工作，主要有以下方面：

1）孔距a：以2.2m為宜，具體視現(xiàn)場情況做靈活的調(diào)整。

2）孔徑d：取100mm。

3）排距b：取2.0m。

4）超鉆深度△h：取1.5m。

5）藥柱直徑D：根據(jù)工程材料的類型進(jìn)行設(shè)計，本次施工采用特制塑料筒裝藥柱，D值取80mm。

6）炸藥：震源藥柱，要求此類炸藥有足夠的抗水性能。

7）雷管：聯(lián)合應(yīng)用到工業(yè)8號防水雷管和毫秒導(dǎo)爆管防水雷管，導(dǎo)爆管雷管作為藥包起爆體。

4.3 移船定位

用GPS定位系統(tǒng)精準(zhǔn)測量放樣，并確定各鉆孔的具體位置，實測值與設(shè)計值的平面偏差需在0.2m以內(nèi)；靈活移動錨具，使其準(zhǔn)確到位。

4.4 鉆孔

1）鉆孔方法。設(shè)備采用炸礁船上潛孔沖擊器，由專員操作，借助該設(shè)備以沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法成孔，孔徑取100mm。將現(xiàn)場基準(zhǔn)點引測至施工區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇不易遭到船只碰撞的區(qū)域，于該處布設(shè)臨時水尺，并設(shè)工作水準(zhǔn)點，以便鉆孔期間及時進(jìn)行水位的觀測。下、起鉆桿前均報告水位，根據(jù)實測結(jié)果有效控制深度。施鉆期間，若水位變幅達(dá)到0.1m，均及時報告，完整記錄對應(yīng)的水位數(shù)據(jù)。鉆孔作業(yè)采取的是由深水至淺水的流程，遵循連續(xù)作業(yè)的原則，一次鉆至設(shè)計底標(biāo)高。

2）鉆孔布置。綜合考慮巖體的自由面類型、形狀、面積，按照梅花形、三角形的方式布孔。

4.5 裝藥

鉆孔后，炮工做好如下幾項工作：1）檢查炮孔的深度，不滿足要求時重新鉆進(jìn)成孔，再次安排檢測，直至實測結(jié)果滿足要求為止；2）加工起爆體、裝填炸藥；3）對炸藥的裝填情況做詳細(xì)的檢查，判斷其是否到達(dá)孔底，若未到達(dá)則用炮棍推動，直至到位為止；4）裝藥后，向炮孔上部填塞砂筒，保證該部分的嚴(yán)密性；5）拉起套管，取出導(dǎo)爆管；6）在確認(rèn)炸藥裝好后，聯(lián)接起爆網(wǎng)絡(luò)。

嚴(yán)格控制炮孔裝藥量，具體按照如下公式計算而得：

式中：Q為炮孔裝藥量（kg）；q為炸藥單耗（kg/m）；H為實際鉆孔深度（含超深）（m）。

炸藥裝至距離巖孔口0.5～1.5m的位置較為合適，具體根據(jù)巖性做靈活的調(diào)整，軟巖取大值，硬巖取小值。施工中，藥量的控制根據(jù)爆破點的位置（主要指的是其與被保護(hù)對象的位置關(guān)系）、水下沖擊波的強弱、現(xiàn)場地質(zhì)條件而定，在保證爆破效果的同時，還需最大限度減小爆破造成的不良影響，以保證生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

4.6 起爆網(wǎng)絡(luò)

工程采用毫秒微差起爆網(wǎng)絡(luò)，分別在各起爆體內(nèi)裝導(dǎo)爆管雷管（2發(fā)，并聯(lián)），并以簇聯(lián)的方式有效聯(lián)接整個起爆網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)爆管先由電雷管引爆，然后引爆炸藥。藥柱的設(shè)置位置應(yīng)準(zhǔn)確，連接需有足夠的穩(wěn)定性，并用膠布做纏繞處理。雷管盡可能處于藥柱的中心軸處，炸藥緊貼雷管，在此布置方式下有利于高效傳爆和起爆。導(dǎo)爆管必須用膠布纏繞緊密，確保在裝藥時導(dǎo)爆管雷管不被拉離起爆體。注重對導(dǎo)爆管的防護(hù)，禁止出現(xiàn)打結(jié)和對折180°的情況。起爆體所處位置以孔底的第二節(jié)炸藥上最為合適，目的在于保證孔底的有效起爆。用交流電起爆時，流經(jīng)每發(fā)電雷管的電流強度不小于4.0A，直流電起爆時該值不小于2.5A，且無論采取何種方法，均要保證電路電流的正常和穩(wěn)定，使各電雷管均能夠引爆導(dǎo)爆管。

按照工程計劃完成爆破作業(yè)后，抓斗船進(jìn)入現(xiàn)場做清渣處理，并安排水深測量，這期間作業(yè)人員詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，然后掃床檢驗，判斷施工情況。在水下炸礁施工中，必須安排硬式掃床檢驗，以實測結(jié)果顯示無淺點的狀態(tài)為宜。此外，嚴(yán)格依據(jù)超挖邊線開展爆破作業(yè)，禁止出現(xiàn)超寬、超深的異常狀況。

5.水下炸礁施工的安全措施

為了保證全程施工安全，施工人員在開展作業(yè)過程中，需要注意做好以下幾方面的安全技術(shù)措施。

（1）加強對爆破安全距離的合理控制。綜合考慮地震波、沖擊波和分散波3種爆破效應(yīng)，對比分析計算結(jié)果，取其中的最大值作為爆炸源與人員的安全允許距離。爆破前，先安排人員和各類無關(guān)設(shè)備有序撤離現(xiàn)場，以防誘發(fā)安全事故；加強現(xiàn)場管控，禁止爆破時有船舶通行和人員通行的情況。同時，根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（J TS 204—2008），按如下公式計算爆破地震安全距離：

式中：K、α分別為與爆破點地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，K取150、α取1.5（以中等以上硬度巖石為例，其他地質(zhì)條件時參數(shù)需靈活調(diào)整）；V為安全震動速度，取值根據(jù)結(jié)構(gòu)特點而定，以碼頭、水閘為例，取5cm/s；Q為最大一段的炸藥量（kg）；m為炸藥量指數(shù)，取1/3。

水下炸礁的安全防護(hù)要求較高，為最大限度減小對周邊構(gòu)筑物和環(huán)境的破壞，采取深孔內(nèi)微差爆破的方法。加強爆破震動監(jiān)測，根據(jù)實測結(jié)果確定合適的K值、α值，在明確此類參數(shù)的具體取值后，計算一次起爆的最大安全用藥量，以此兼顧爆破有效性和周邊設(shè)施防護(hù)的雙項要求。同時，在明確K、α、Q值后，計算合適的爆破安全距離。

（2）爆破時，精準(zhǔn)控制起爆藥量，避免因過多造成大范圍的不良影響或過少達(dá)不到爆破效果。礁區(qū)離建筑物較近時，可采取分段裝藥、開挖防震溝等相關(guān)方法，起到減震的作用。

（3）工程準(zhǔn)備階段，通過業(yè)主與當(dāng)?shù)睾Ｊ戮值认嚓P(guān)部門取得聯(lián)系，建立溝通機(jī)制，根據(jù)掌握的現(xiàn)場條件編制可行的施工組織方案，為水下炸礁施工的正式進(jìn)行打好基礎(chǔ)。

（4）提前向海事和航道部門申請發(fā)布航行和航道通告，以便告知過往船舶，且為了引導(dǎo)船舶的正常航行，需要設(shè)置適量的臨時助航標(biāo)志。

（5）在爆破主線與起爆電源連接前，先檢測線路的總電阻值，要求該檢測結(jié)果與理論計算值的誤差不超過±5%，否則禁止連接。

（6）全面落實放炮前的各項警戒工作，包括以下方面：①根據(jù)規(guī)劃的放炮時間，提前30min采取水上、陸上警戒措施，禁止無關(guān)人員和船只進(jìn)入現(xiàn)場，以免由于前期防控不當(dāng)而發(fā)生安全事故；②經(jīng)過檢查后，若確認(rèn)危險區(qū)域無過往船只，則發(fā)出信號，開始正式爆破；③指揮長發(fā)出起爆命令，在此前提下，爆破員方可根據(jù)計劃進(jìn)行爆破的相關(guān)作業(yè)；④為了保證爆破安全，指揮長在發(fā)出起爆命令前，需要收到各警戒點返回的確認(rèn)信息，在保證現(xiàn)場無異常狀況時方可起爆。

6.結(jié)語

綜上所述，水下炸礁施工有其明顯的復(fù)雜性，工程對水下炸礁施工技術(shù)提出較高的要求。在實際工程項目中，技術(shù)人員需要加強現(xiàn)場勘察，明確礁石的分布、周邊既有構(gòu)筑物的建設(shè)情況等，結(jié)合炸礁作業(yè)要求制定一套可行的水下炸礁施工方案，再由專員將鉆孔、裝藥、起爆網(wǎng)路連接等各項工作有序落實到位，全程加強安全防控，確認(rèn)無誤后方可起爆，最終達(dá)成“有效起爆、減小對周邊環(huán)境不良影響”的炸礁作業(yè)目標(biāo)。