水下鉆孔爆破技術(shù)在水運工程建設(shè)中的應(yīng)用

◎丁群 浙江省海港投資運營集團有限公司

1.水下巖石爆破作用機制

水下巖體與地面爆破的主要區(qū)別在于，水下巖體的含水率一般處于飽和狀態(tài)。巖層表面和水體界面承載著水層的靜壓荷載，在爆破時，巖體將被水阻力所影響。第一，相對空氣來講因巖層波阻抗比要比其高出一個數(shù)量級，所以，在水界面處因巖石爆炸的沖擊波而形成的反射波能量較小。同時，在水下爆破時，反射拉應(yīng)力對巖石的拉力破壞作用不強烈。第二，在水下爆破時，巖石爆破位移變形需要克服水壓，所以，水下鑿巖爆破的單位藥量必須大于地面爆破的單位藥量。第三，在水下巖石爆破中，沖擊波、應(yīng)力波和地震波的衰減速度相較于陸地爆破慢許多倍。所以，水下巖石爆破形成的振動影響更加強烈，其危害的范圍更加廣泛。

2.項目背景

寧波-舟山港衢山港區(qū)蛇移門水道南北貫通，長約3.8k m，寬約2km，航道水深通常在22m以外，除了蚊蟲山島、外葉山礁、小盤山西礁外。爆破區(qū)域位于蛇移門航道，東臨最近的鼠浪湖島約180m，西邊與蚊蟲山島間隔約900m、與萬良碼頭間隔1900m，南北走向均為蛇移門航道。該項目是針對41萬噸卸船碼頭前端百米區(qū)域內(nèi)的暗礁，采取爆破清除措施，總爆破范圍大概是3.2萬m，清理炸礁總量大概是23萬m。

3.水下鉆孔爆破施工方法

3.1 水下爆破材料的選擇

該炸藥使用硝化橡膠（也就是硝化甘油），具有防水性能。由于爆破的目標(biāo)是松散巖石，并盡量減小鉆孔直徑，所以采取了巨能穴型橡膠炸藥，使爆炸產(chǎn)生的大量能量主要集中在巖石上，從而使巖石松散，而不會對孔壁造成任何影響。炸藥采用雷管起爆，其雷管類型選用MS23毫秒級雷管，這種雷管僅由引爆器發(fā)出爆炸，具有良好的防水、安全性能。

3.2 爆破方法

為了最大限度地發(fā)揮松散爆破的效果，必須將炸藥送入孔底，盡量與孔底的巖石相接觸，炸藥的頂部需要承受足夠的壓力，以平衡炸藥的沖擊力，所使用的工具是用鋼筋做成的圓環(huán)，直徑1200mm（圓環(huán)里用棉線編織成一個倒錐形的網(wǎng)眼，底部比較密集，用來裝炸藥），吊車、支架、鋼絲繩和塑料袋等。在爆炸前，將炸藥與雷管相連，用一個塑料袋密封，用少量泥土填滿，使之位于中心，讓巨能穴垂直于下，然后將塑料袋放在圓錐形網(wǎng)眼底部，用一個袋子（大約300公斤）將塑料袋均勻地蓋住，然后用吊籃將它吊到孔底，確認安全后，用起爆器將它起爆，爆炸完成后，用卷揚機將網(wǎng)抬起，旋轉(zhuǎn)鉆孔，再次進行鉆進，同時必須要求有經(jīng)驗豐富的司鉆操作，防止爆炸后的巖層沒有明顯松動，導(dǎo)致鉆具和工作人員受到損傷。

3.3 爆破施工參數(shù)

從該項目實際狀況出發(fā)，參考《爆破工程安全規(guī)程》（GB6722-2003）和《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）的有關(guān)規(guī)范與經(jīng)驗，該項目初始認定爆破參數(shù)如下：

爆破孔直徑D=165mm；藥筒直徑ф=145mm；藥筒長度50cm；每段藥筒重量為8kg；

爆破孔間距a=3.0m；

炮孔排距b=2.5m，梅花形炮孔布置；

超深鉆孔h=2.5m。

3.4 爆破分層

按該項目實際情況：該項目水深大，底部巖層高低起伏大，巖面高差落差較大，巖面至高點為6.47m，將要爆破的巖石厚度最大應(yīng)滿足20.23m；所以，該范圍適宜劃分為兩層進行施作，劃分層的高度臨時確定為16.5m，也就是：將超出16.5m高度的巖層作為一層進行爆破（最大的巖石厚度為10.03m），并將該區(qū)域內(nèi)爆破后的碎礁石進行清除，再繼續(xù)打孔爆破低于16.5m的巖層。

A區(qū)將大概16.5m作為分層的標(biāo)高，首層（A1區(qū)）最大巖石厚度為：26.8-16.50=10.30m，本范圍內(nèi)的爆破面積約為3500m。

B區(qū)擬一次爆破至底，最大巖層厚度：26.8-13.37=13.43m。本區(qū)段作為安全施工的檢查區(qū)段。

3.5 單孔藥量計算

按照《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）單孔裝藥量公式（4.3.3）進行計算。

式中：Q─單孔裝藥量，其單位為kg；

q─水下鉆孔爆破單位炸藥消耗量，其單位為kg/m，參照《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）表4.3.3－2選取，根據(jù)該項目實際狀況，選用的含藥量為1.70kg/m。

a、b、H─炮孔間距、炮孔排距、設(shè)計爆層厚度，單位為m，即開挖巖層厚度和超深計算見《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）表4.1.8爆破工程超深、超寬值，超深取0.5m，每側(cè)超寬取1.0m。

該項目最大巖層厚度為B 區(qū)無分層施工區(qū)：其厚度為26.8-13.37=13.43m，通過取H＝13.43m，以計算出單孔最大裝藥量。

目前根據(jù)孔距3m，排距2.5m，鉆孔超深2m，計算超深0.5m，以炸藥平均單耗量約1.70kg/m進行估算。由于巖層越薄其硬度越高，所以炸藥單耗就越高，則Q=kqabH=1.23×1.70×3.0×2.5H=13.22H=210kg。

K=1.23為一般硝化炸藥和乳化炸藥的換算系數(shù)。

本范圍實際的單孔用藥量：Q=((13.43+2)＊0.85/0.5)=26段炸藥，每段為8Kg,總裝藥量為208Kg；考慮到13.43為本區(qū)域的至高點，其他相鄰孔的巖面將低于該點，所以，可以認為單孔裝藥基本能符合巖層破碎的標(biāo)準(zhǔn)。

實際施工中，計劃最多三排一次起爆，起爆藥量最大為6＊210＊3=3780Kg，為了降低沖擊波與爆破振動的影響，在排與排間采用毫秒級措施，起爆炸藥的最大藥量為：6＊210=1260Kg。

本項目的水下炸礁作業(yè)選用的乳化炸藥，其防水性能好。乳化炸藥是一種具有良好耐水性的安全炸藥，浸泡于水中3天后，其爆炸強度和爆炸速度的衰減低于6%。藥筒采用塑料袋包裹，直徑為145mm，藥筒長為50cm，標(biāo)稱重量為8kg。

3.6 鉆孔

本項目采取水下潛孔爆破的施作措施。通過CQG─150型深水潛孔鉆機進行鉆孔，孔徑為165mm，孔距3.0m，排距2.5m。

3.6.1 鉆深計算及孔深計算

鉆孔前，應(yīng)對鉆孔深度進行計算，方便鉆機采用手動進行施作，鉆孔結(jié)束后，應(yīng)對孔深度進行計算，再依據(jù)孔深度計算出需要裝的藥量，若開鉆時，其潮位為A,巖面標(biāo)高為B,設(shè)計底標(biāo)高為C,超深值為D,則:鉆深H=A-C+D孔深h=B-C+D

3.6.2 鉆孔

一次性鉆至設(shè)計標(biāo)高，通常情況下，炮孔順著水流方向，呈梅花形狀進行設(shè)置。

3.6.3 鉆孔定位

在水下鉆孔時，通過安裝在海岸管制站與炸礁船上的DGPS衛(wèi)星系統(tǒng)進行定位，根據(jù)設(shè)計確定的平面控制參數(shù)，在計算機顯示屏上預(yù)先確定鉆孔平面位置，在施工設(shè)計中指揮鉆機船對鉆孔進行錨定和定位，使孔位準(zhǔn)確，避免鉆孔泄漏和堆積。按鉆孔時潮位對此處鉆孔深度進行計算。要求一次性鉆孔爆破到設(shè)計深度，防止進行二次爆破。

3.7 裝藥和堵塞

3.7.1 藥包加工

藥袋加工應(yīng)在鋪有木材的房間內(nèi)進行，每個藥袋長度掌控在2m之內(nèi)。加工步驟如下：炸藥柱利用竹片夾緊并綁扎，按炸藥布置方案在每段布設(shè)2枚雷導(dǎo)管，最后用膠帶將雷管和炮繩捆綁在一起。裝藥過程中，藥包應(yīng)緩慢投放到套管中，同時拉緊炮繩，通過竹竿或者木棍將藥包緩慢送至孔中。裝藥完成后，檢驗藥包的頂標(biāo)高應(yīng)低于設(shè)計標(biāo)高（誤差范圍在0～20cm），用碴或砂子回填剩余孔，防止藥包從孔內(nèi)浮出。

3.7.2 裝藥方法

（1）測深線（一般按鉆桿鉆進比例）檢查鉆孔深度，如果達不到要求，應(yīng)要求鉆工重新鉆孔；根據(jù)要求的數(shù)量進行裝填炸藥與雷管；利用測深線（通常按照導(dǎo)爆管的長度）檢驗炸藥有沒有到達孔底，如果沒有到達，應(yīng)利用炮棍壓到孔底；利用砂子填堵炮孔（為提升爆破效果）；通知鉆機操作員吊起套管并連接炮管。

（2）在實際操作中,藥柱長度≤2.5m時，安裝一個起爆體，布設(shè)在炸藥長度下方約1/3的位置；藥柱長度＞2.5m時，安裝兩個起爆體，分別安裝在藥柱底部的1/4與3/4的位置。首排裝藥結(jié)束后，移動爆礁船、定位，展開第二排孔的鉆孔作業(yè)。這樣逐排進行鉆孔并裝藥。

(3)每排炮眼裝藥完畢后，炮手應(yīng)檢查爆管數(shù)量是否一致，方可連接雷管。檢測線路導(dǎo)通后，將爆礁船移至安全區(qū)，準(zhǔn)備爆破之前，派懸掛紅旗的安全船提前15分鐘在爆破區(qū)周圍進行警戒，防止任何船只靠近爆破區(qū)，發(fā)出準(zhǔn)備爆破的信號，各路線報警人員應(yīng)答報警信號后，爆破現(xiàn)場指揮員發(fā)出立即爆破信號，炮手立即進行引爆。

3.8 堵塞

鉆孔爆破礁石時，水深應(yīng)超出6m，由于水的壓力，不需要進行堵孔；對于6m＞水深＞3m的，應(yīng)堵孔0.5-0.8m；水深＜3m的，堵孔1.2-1.5m。爆破點水深不夠6m時，應(yīng)實施避免飛石的安全措施。

3.9 連接起爆網(wǎng)路

3.9.1 起爆網(wǎng)路

按照本項目施工條件，為防止爆破地震對附近建筑體的破壞，降低沖擊波，起爆網(wǎng)路的設(shè)計采用了以下措施：

起爆網(wǎng)路通過“并聯(lián)”方式進行連接，爆破網(wǎng)路各排6孔同時發(fā)，排（區(qū)）和排（區(qū)）間，選取非電毫秒雷管進行延遲起爆。

考慮到爆破導(dǎo)致的地震波和水中沖擊波降低對周圍環(huán)境的影響，該項目采用孔間毫秒進行爆破，連接方式見圖1。

圖1 爆破連接方式

3.9.2 網(wǎng)路連接

孔或列之間的網(wǎng)狀連接:指孔或列之間的起爆管長度不能和下一個孔或列相結(jié)合的情況，采取并聯(lián)連接方式，通常將其余起爆管末端結(jié)合在一起，起爆管均勻布置在兩個起爆管附近并進行包裹(一般為一段，即瞬間雷管，因為在炸藥包加工過程中，按每個孔的毫秒要求，安裝不同段的雷管)，6層以上用防水膠帶包緊牢固。

當(dāng)裝藥量靠近安全起爆藥量時，連接起爆網(wǎng)絡(luò)并檢查起爆電纜的導(dǎo)通電阻。起爆網(wǎng)路應(yīng)并聯(lián)或串聯(lián)，全部起爆管整理整齊，根據(jù)要求進行連接。連接結(jié)束后，檢查是否有漏接與錯接現(xiàn)象，理順整條線，準(zhǔn)備下道工序。

3.9.3 爆破順序

為提高炸藥的有效利用率，首先對A區(qū)第一層(A1區(qū))進行鉆孔爆破，然后移至B區(qū)進行爆礁；然后從B區(qū)開始，對原A區(qū)采取爆礁作業(yè)。從邊緣到中心，為了有效降低炸礁與清礁之間的施工干擾，及提升施工效率，采取先進行爆礁，而后再清理殘礁的措施。

4.爆破效果分析

4.1 爆堆形態(tài)

爆破后，應(yīng)對爆后進行一定的檢查，檢查全部的炮孔是否全被引爆，是否有盲炮或者殘炮等情況，同時，礁石破碎塊程度均勻，沒有任何淺點，相對方便鏟裝，證明爆破獲得了優(yōu)良的效果。

4.2 爆破振動監(jiān)測

為保證爆破區(qū)域岸邊建筑群體的安全，使其不被爆破振動所影響，對岸邊建筑群設(shè)置對應(yīng)的測試點，設(shè)置專用設(shè)備TC-4850，將岸邊建筑采取爆破振動監(jiān)測措施，合振速最大值如表1所示。

表1 各個測點合振速最大值

按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》（GB6722－2014）規(guī)范，對于一般民用建筑，最小允許振動速度為1.5～2.0cm/s。每個測試點的振速均低于1.5cm/s，所以，爆破導(dǎo)致的振動，對周圍的一般民用建筑體不會產(chǎn)生不良影響。

5.結(jié)語

由此可見，本文根據(jù)實際工程案例，將水下鉆孔爆破工藝節(jié)點進行了全面的研究。文中該項目水下炸礁爆破塊相對破碎，而且勻稱，便于后期的清渣作業(yè)。若水下炸礁對周圍普通民用建筑體沒有產(chǎn)生不良影響，說明其爆破是成功的。該項目的爆破孔網(wǎng)參數(shù)，可為今后同類水下炸礁爆破項目提供有利參考。