淺談港口航道工程水下炸礁施工的質量控制

許宗意 中交廣州航道局有限公司

目前，水下炸礁施工在港口航道工程中得到了迅速的推廣與應用，但在水下爆破作業(yè)中，由于受到施工環(huán)境、地質條件以及水文特點等的影響與制約，使得水域爆破難度隨之增大。大量施工實踐證明：水下炸礁施工具有效果良好、所有炮孔全部起爆、礁石塊均被破碎、無淺點、爆破震動與水沖擊波可以控制在安全范圍之內，且不會對岸邊建筑物體和水中生物造成危害。

1.工程概況

陽江港進港航道改造工程位于海陵灣港區(qū)，航道范圍南端由原5萬噸級深水航道往南延伸至-15m自然水深處，北至陽江港海陵灣港區(qū)#5泊位附近。本工程在現有航道基礎上升級進行浚深和拓寬，航道全長20.055km（A-G段），按10萬噸級散貨船乘潮滿載單向通航標準建設，其中A-E段同時滿足80000mLNG船滿載單向全潮通航要求。

陽江港進港航道改造工程自南向北共分為AB、BC、CD、DE、EF、FG 共6 個航段，通航寬度215 m～265 m。其中AB段通航寬度265m，設計底高程-15.5m（-15.7 m，括號內為局部底質為巖石的區(qū)域設計取值，下同）；B-E段通航寬度240m，設計底高程-15.0 m（-15.2m）；E-G 段通航寬度215m，設計底高程-15.0m（-15.2m）。各航段航道邊坡均取1∶6（底質為巖石的區(qū)域局部取航段設計邊坡1∶2），本工程炸礁區(qū)域共有9 個區(qū)域，炸礁面積為157112 m，炸礁計算斷面工程量為186419m3，炸礁工程區(qū)域示意如圖1所示。

圖1 工程炸礁區(qū)域示意圖

2.爆破參數設計與選擇

2.1 炮孔布置與藥包直徑

水下爆破作業(yè)條件復雜，為有效降低本工程項目施工難度，減少鉆孔工作量，炮孔按三角形或梅花形錯開布置，藥包直徑應小于炮孔直徑10～20mm，且炮孔直徑使用Φ115mm的炮孔；

2.2 炸藥單耗

水下爆破作業(yè)除了需要破碎巖石之外，還應當努力克服水與礁石表面的阻力，炸藥單耗應綜合考慮自由面條件、爆區(qū)水深等的因素。而在通常情況下，水下作業(yè)炸藥單耗遠遠大于陸域爆破作業(yè)，根據瑞典水下炸礁爆破作業(yè)炸藥單耗，按照公式1計算本項目炸藥單耗：

式中：q1代表水下爆破作業(yè)爆破所需基本藥量，取值范圍為陸域爆破炸藥單耗的2倍，如果使用垂直鉆孔，在基本藥量上可增加10%；

q2代表爆破區(qū)上方由于水壓造成的炸藥量單耗增加量，應當為水深的0.01倍；

q3代表炸礁覆蓋層造成的炸藥單耗，為炸礁覆蓋層的0.02倍，

q4代表水下炸礁因膨脹或者擴容而造成的炸藥單耗量，為臺階高度的0.03倍；

根據水下礁石物理學性能和清礁設備的運行能力，并在參考同類工程項目成功經驗的基礎上，綜合考慮多方面的因素，得出本工程項目炸藥單耗量為：q=1.62-2.07kg/m。

2.3 孔排距

水下作業(yè)爆破布孔首先要綜合考慮與使用的鉆爆平臺一致性，作業(yè)流程越簡單越規(guī)則越好。同時，為了保證孔底開挖面不會留下未經過爆破的巖石，炮孔上部不會出現過多的大塊，并避免和減少二次水下作業(yè)，本工程項目采用垂直鉆孔、巨型布控相結合的方式，結合水下爆破成功經驗按照公式2計算孔排距：

式中：a代表孔排距；

md代表炮孔的直徑；

根據水下爆破作業(yè)平臺鉆機參數，爆破區(qū)域礁石性質以及施工過程中的自然環(huán)境因素，并通過實驗前后對比水下澆石暴露的效果和清渣效率，確定本項目孔排距a=2.5m，排距b=2.4m，在工程項目具體施工過程中，可以根據實際情況對孔排距進行微調整。

2.4 超深

近海水域礁石表面覆蓋層后，泥沙量較大，如果套管保護不當，泥沙很有可能會淤填炮孔。同時，由于水下鉆孔爆破如果欠挖、超挖，補爆破難度較大，費力且費時，考慮到本工程項目為航道增深，為了保證一次爆破可以達到施工組織設計要求，故此超深取值范圍為：Δh=1.5m

3.裝藥和起爆

3.1 裝藥結構

水下爆破炸藥選擇類型對于爆破效果具有重要的影響，根據對成功施工經驗以及爆破效果的綜合分析，本工程項目采用防水性能強特制水下專用乳化炸藥，藥柱直徑為90mm，長度為50cm，每支裝藥3kg。

藥包需要經過專業(yè)加工后，保證可以發(fā)揮良好的爆破效果，具體方法如下：

（1）使用3只竹片將藥柱夾好、裹緊、藥柱與藥柱之間應當緊密連接；

（2）在藥包底部安裝起爆體，在起爆體內部并聯安裝兩發(fā)導爆管雷管，將其安裝于要住長度的1/3處，使用膠帶將導爆管、炮繩、藥包綁扎于一起，裝藥流程如圖2所示。

圖2 裝藥流程示意圖

3.2 起爆網絡

（1）為保證本工程項目施工質量，在充分考慮項目所在區(qū)域內自然環(huán)境和保證爆破安全的基礎上，使用排間毫秒延期爆破方式，延期時間應大于等于25ms；

（2）孔內起爆體中安裝兩發(fā)防水毫秒導爆管雷管，不同孔排采用連接形式，并將導爆管均勻地布設到起爆周圍，導爆管端頭和起爆雷管之間的距離不小于15cm，水管的聚能指向導報管傳爆的反方向，使用膠帶將其綁扎牢固，排間并聯采用電力起爆；

（3）淺孔時，每一次起爆6-7排，爆破面積大約為216～252m；

（4）深孔時，每一次起爆4～5排，爆破面積大約為144～180m；

為有效防止淤泥進入鉆孔內，鉆孔作業(yè)完畢后，應在套管保護下裝藥，并堵塞，起爆網絡示意圖3所示。

圖3 起爆網絡示意圖

4.水下炸礁施工的質量控制

港口航道工程水下炸礁施工質量水平的高低對于航道工程的使用效果至關重要，為了保證水下炸礁施工質量可以達到預期，根據同類工程項目成功施工經驗以及查閱相關參考文獻，水下炸礁施工質量控制措施如下所述：

4.1 合理確定爆破參數

本工程項目根據同類工程項目成功爆破參數以及實際試挖結果，通過不斷調整爆破參數，已獲得合理爆破參數，保證爆破效果。

4.2 精準鉆孔定位

精準鉆孔定位是防止水下炸礁漏礁和重炸的重要手段之一，這就需要相關人員將炮孔的位置與施工組織設計偏差值控制在0.2m范圍之內，并采用測量精度高的GPS-RTK進行準確定位。

4.3 減少爆破次數

對于面積較大的鉆孔爆破，每一次鉆孔爆破之后，邊界巖石的爆破裂縫都會受到不同程度的影響，此保證下一次鉆孔效率和清渣效率。因此，應當注重和加強對裝炮與接線爆破重視程度，減少和降低爆破次數，保證爆破效果。

4.4 提高爆破準確率

大量施工實踐證明，每一個炮孔藥包直接放入至少兩個引爆導爆管，這是有效提升水下炸礁爆破效率的重要方法，在大面積和多炮孔的爆破工作開始之前，必須要進行爆破網絡設計，所使用到的炮孔引爆雷管、導線等的材料、線路連接方式以及藥包的防水性能都要進行全面考慮，進行爆破模擬實驗，以此能夠及時優(yōu)化和完善網絡設計；對于流水比較復雜的爆破區(qū)域，應當將爆破網線設置于在方便網絡連接檢查，防止由于急流造成的導線斷裂而出現的拒爆問題。

4.5 運用微差爆破技術

套孔裝置應當使用毫秒延期的微差爆破技術，盡全力減少最大一段距離炸藥使用量，以此有效降低地震波與水沖擊波對附近建筑物體、船舶安全造成的威脅；對于爆破面積較大的多孔爆破，在運用微差爆破技術進行爆破時，每一個炮孔爆破而產生的地震波，更加有利于延遲破碎和提升機械設備的清渣效率。

4.6 改進炸藥和雷管裝置

本工程項目水下炸礁延時厚度高、硬度大，綜合考慮到潮起潮落，水深深度應控制在25m及以上，由于一般的乳化炸藥難以滿足相關要求和標準，同時深水水下炸礁在深水中由于受到水壓的作用，爆破的速度和力度都會降低。加之，深水炸礁水漲時水深可達25m左右，爆速就會降低25%，力度衰減30%，如果不采取針對性的措施，不僅會增加炸藥單耗量，還會導致起爆不全面，傳爆中斷等問題的出現，進而出現盲炮、殘炮等，給爆破效果造成較大的負面影響。為此，本工程項目經過對施工現象的實地考察、炸藥生產廠家溝通以及實驗等的多種舉措，最終確定使用一種密度高、性能強炸藥并配合普通乳化炸藥進行爆破，取得了良好的效果。

4.7 使用質量好的清礁船

清礁船斗的大小、重量對于水下清礁作業(yè)的順利進行起著決定性的作用。在通常情況下，清礁船應當使用8m以上的抓斗船，這樣的清礁船不僅具有良好的清礁抓斗，還具備較強的抗流水能力。

4.8 采用RTK-DGPS 定位和全站儀定位

水下炸礁定位應當使用RT KDGPS 定位和全站儀進行準確定位，保證實測的孔位與施工組織設計孔位偏差不超過10cm，對于水流較急的水下炸礁區(qū)域要定期對孔位進行復測。

4.9 確保鉆孔套管長度

保證鉆孔套管長度，可以有效防止瞳孔由于受到水流沖擊而產生的位移以及泥沙淤孔問題的出現，起、落鉆孔前委派專業(yè)人員向爆破人員準確報告潮位，鉆孔作業(yè)過程中朝位每變化10cm就應當報告一次水位。與此同時，根據工程項目實際情況，嚴密觀察水下地形，結合實際水深確定各個鉆孔深度，鉆孔作業(yè)完畢之后使用測深繩仔細檢查孔深，如果未能達到施工組織設計，應當繼續(xù)下鉆，直至滿足設計要求孔深停止。

4.10 使用防水性能好的毫秒雷管

（1）為保證本工程項目水下炸礁施工質量，在具體施工過程中還應當使用防水性能好的毫秒雷管以及性能優(yōu)良的抗水乳化炸藥，并對藥包進行專業(yè)的生產加工，將炸藥裝滿起爆體，避免拒爆。

（2）嚴格按照施工組織設計要求裝填藥包，通過利用將炸藥下裝于孔底的1.0-1.5m處，根據工程項目實際情況，嚴格控制藥量使用，以此更好滿足施工組織設計要求，保證工程項目施工質量。

4.11 其他質量控制措施

（1）水下鉆孔爆破的各項爆破參數滿足施工要求，符合現行行業(yè)標準《水運工程爆破技術規(guī)范》（JTS204-2008）的有關規(guī)定；

（2）炸礁邊坡不陡于設計邊坡，底標高應符合設計圖紙要求，并且不小于設計規(guī)定；

（3）裝藥時配用伸縮性小的防護繩，將起爆線和導爆管等松弛地綁在防護繩上，防止折斷；

（4）根據各鉆孔直徑布置較密的孔排距，盡量避免大塊產生；

（5）保證超挖深度。根據爆破效果和石渣的粒徑確定超挖深度；

（6）定期對船上定位系統(tǒng)進行校準，加強施工過程檢測工作，以防止漏挖、欠挖、超挖，確保工程質量。

5.結語

港口航道工程水下炸礁施工作為一種特殊的水運工程項目，在具體的施工過程，應當根據工程項目所在區(qū)域內的地形地質條件、水文特點以及自然環(huán)境，制定針對性的質量控制措施，選擇合理的施工技術，確定最佳爆破方法，唯有如此才能為水下炸礁施工質量奠定堅實基礎。