海中沉船爆破工藝探討

李介明

(上海消防技術(shù)工程有限公司，上海 200080)

1 工程概況

本次沉船為外籍貨輪布拉里(BARELI)輪，在福建南橫島東月嶼附近水域觸礁擱淺。

難船位于福建沿海興化灣進(jìn)口航道南邊緣，難船坐標(biāo)25°15′ 32.72″N/119°40′28.98″E；沉船總長220.4 m，型寬32.3 m，型深18.7 m，總噸位355 881 t，載重噸423 00 t，空船自重151 62 t。

北側(cè)沉船距東瀚鎮(zhèn)距離10.2 km；東北側(cè)沉向距平潭鎮(zhèn)距離為19.2 km，距離南海鄉(xiāng)為11.5 km；沉船距離東北側(cè)的平潭海峽大橋最近距離為23.7 km；東側(cè)為寬闊的海域；沉船周圍5 km以內(nèi)為無人區(qū)。

沉船觸礁后分2段，后段112.4 m采用鏈鋸切割上浮打撈，前段長約108 m，含第一、第二、第三貨艙及船艏部，沉船前段前傾約10°，右傾約3°，穩(wěn)定坐沉在礁盤斜坡上。沉船前段船艏處水深32 m，斷口處水深23 m，船旁鋼板厚18 mm，船底鋼板厚25 mm，圖1為未打撈前實(shí)圖，后段及集裝箱打撈后，船體受海浪影響往水深處下移，沉船位置請參考圖2。

圖 1 沉船實(shí)景Fig. 1 Chimney scene

圖 2 沉船觸礁示意(單位：mm)Fig. 2 Reinforcement of chimney(unit:mm)

沉船處海水流速最快達(dá)3.5 節(jié)，沉船前段處于無遮蔽海區(qū)，水域范圍寬敞，船舶航行流量很小，海域作業(yè)除臺(tái)風(fēng)影響、潮汐影響外海況較好。

2 爆破技術(shù)方案

2.1 方案選擇及爆破要求

(1)方案選擇。

沉船解體分為水下氣割解體、鏈鋸解體、爆破切割解體，針對本次海水里沉船，部分在30 m以下，氣割、鏈鋸解體操作難度大，效率低，本次沉船后半段與前半段觸礁后斷裂處利用鏈鋸切斷，后半段利用浮力及拖輪拖到碼頭；前半段則采用爆破切割解體，然后采用大型打撈抓斗處理方式進(jìn)行打撈清理施工。

(2)爆破要求。

爆破作業(yè)過程中不得有早爆現(xiàn)象，一定要確保作業(yè)人員安全；爆破時(shí)不得對周邊海域養(yǎng)殖場造成影響；不得有啞炮產(chǎn)生；切割塊均勻充分；杜絕雷管與炸藥移位現(xiàn)象。

2.2 爆破參數(shù)

(1)爆破切割分塊

根據(jù)沉船位置及切割的船體結(jié)構(gòu)、長度，宜每塊重量控制在40 t以內(nèi)，分隔點(diǎn)大體以船體建造焊接縫為原則進(jìn)行切割，船底采用人工水下氣割預(yù)開洞再集中藥條切割[1]。

(2)爆破切割藥條布置位置

船體內(nèi)外兩側(cè)垂直各布置5 根藥條共計(jì)20根藥條，外側(cè)水平布置1 根，船中心線底部布置1 根。

(3)最大藥量參數(shù)選擇經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[1,2]

Q=K·S

(1)

式中：Q為藥條藥量，K為鋼板單位面積耗藥量，0.08 kg/cm2；S為爆炸切割斷面積(鋼板厚度按3 cm計(jì)算)每米折合斷面積約為300 cm2。

Q=24 kg/m,考慮到水壓力及裸露爆破能量損耗較大，爆炸威力降低等因素，提高0.26倍，取值30.24 kg/m。

(4)藥條參數(shù)見表1。成品藥條見圖3。

表 1 藥條參數(shù)

圖 3 成品藥條Fig. 3 Finished drug strip

3 起爆網(wǎng)路

總體網(wǎng)路思路從船首到船中部依次間隔起爆，對應(yīng)的內(nèi)船艙外側(cè)每切割點(diǎn)藥條同時(shí)起爆，內(nèi)外側(cè)藥條采用ms2雷管，每段藥條之間主線采用ms1，船底藥條內(nèi)采用100 m導(dǎo)爆索加強(qiáng)起爆能；船底采用ms8導(dǎo)爆管雷管起爆，每根藥條內(nèi)部形成雙回路，確保所有藥包起爆[3-9]，如圖4、圖5、圖6。

圖 4 側(cè)面藥條布置(單位：cm)Fig. 4 Side strip layout(unit:cm)

圖 5 艙內(nèi)藥條及導(dǎo)爆索布置(單位：cm)Fig. 5 Arrangement of explosive strips and detonating cords in the cabin(unit:cm)

圖 6 起爆網(wǎng)路(單位：cm)Fig. 6 Initiation network(unit:cm)

4 爆破安全校核

水下爆破根據(jù)待爆破物所處的海域，主要考慮的危害效應(yīng)是：水中沖擊波、爆破飛散物、爆破振動(dòng)、涌浪等。根據(jù)以往沉船解體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，此次爆破作業(yè)的在海域上，爆破點(diǎn)5公里內(nèi)屬于無人區(qū),小島屬于無人島，與陸地上爆破作業(yè)相比較，飛石和噪聲不會(huì)造成危害，主要考慮爆破有害因素是爆破產(chǎn)生的水中沖擊波對施工船舶及水中生物的影響，水中爆破沖擊波效應(yīng)是否與海浪產(chǎn)生波浪效應(yīng)形成涌浪進(jìn)行考慮；爆破振動(dòng)對周邊小島嶼的影響。

4.1 水中沖擊波校核

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB6722—2014，本工項(xiàng)目最大單段起爆藥量31 191.36 kg對施工船舶的水中沖擊波安全允許距離計(jì)算如下

R=K0·Q1/3

(2)

式中：R為水中沖擊波最小安全允許距離振動(dòng)速度,m;K0取值系數(shù)(裸露藥包：木船50,鐵船25,潛水320,游泳250)；Q為一次爆破藥量,kg，最大藥量31 191.36 kg。

通過計(jì)算，對木船安全距離為(木船R=1568.5 m，鐵船R=784.25 m，潛水R=10 038.25 m，游泳R=7842.48 m)。為了以防萬一，此次我們?nèi)〈鞍踩嚯x2000 m。起爆點(diǎn)布置在沉船外2000 m。

4.2 爆破振動(dòng)校核

一般情況下，水是不可壓縮的，水下爆破時(shí)地震波首先通過水底然后傳到陸地，爆破地震波效應(yīng)按水下裸露爆破所產(chǎn)生的爆破地震波效應(yīng)進(jìn)行考慮，按如下地震波計(jì)算公式計(jì)算

(3)

式中：Q為單段藥量，本次爆破最大單段藥量Q=31 191.36 kg(船艙側(cè)面總藥量)；R為保護(hù)物到爆源的距離，爆破振值如表2。

表 2 爆破振動(dòng)

本次沉船位于在大海中，為保證周邊海域船舶安全，理論計(jì)算爆破振動(dòng)不會(huì)對1000 m內(nèi)海域造成影響，但預(yù)防突發(fā)事件發(fā)生，爆破時(shí)安全警戒距離2000 m之內(nèi)封航，作業(yè)區(qū)域5000 m內(nèi)沒有重要保護(hù)設(shè)施及房屋，因此是安全的。

4.3 涌浪影響

根據(jù)水下爆破作業(yè)時(shí)產(chǎn)生涌浪的形成因素，鋼板拋擲時(shí)會(huì)產(chǎn)生涌浪，藥包爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生涌浪，因周邊海域空闊，不會(huì)產(chǎn)生雙重能量疊加現(xiàn)象，對坡岸是安全的[4]。

4.4 安全防護(hù)

水下爆破，主要使用水作為遮擋體，水下切割爆破藥包位于10 m以下，在水壓力及待爆體分塊重力作用下[5,10]，待爆體是無法飛出水面，周邊1000 m內(nèi)無任何保護(hù)、保留物，因此不考慮防護(hù)措施。

4.5 水下爆破主要措施

(1)水下爆破器材的選擇至關(guān)重要，本次選擇的炸藥為乳化炸藥,經(jīng)多次爆破實(shí)踐是可行的。藥條制作工藝要求細(xì)致，藥條加工中炸藥呈梯形狀固定在10 mm直徑的鋼絲繩上，外側(cè)采用防水布包裹，每隔100 mm采用麻繩鎖捆，防藥條移動(dòng)[6]，如圖7。

圖 7 藥條制作固定Fig. 7 Preparation and fixation of medicine strip

(2)水下爆破藥條安裝是否到位直接影響爆破效果，藥條安裝位置根據(jù)安裝示意圖由專業(yè)潛水員進(jìn)行摸排清楚，然后進(jìn)行水下焊接鋼絲繩固定點(diǎn)，再由專業(yè)人員依次對藥條固定在安裝點(diǎn)上，最后由施工隊(duì)長進(jìn)行檢查是否到位[7]。

(3)水下爆破起爆雷管的選擇，本次采用國產(chǎn)導(dǎo)爆管雷管，對雷管的卡扣進(jìn)行嚴(yán)密的防水措施，確保雷管不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)水而出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象，如圖8。

圖 8 雷管防水Fig. 8 Detonator waterproof

(4)為保證起爆能足夠，每m個(gè)藥條使用2發(fā)雷管，確保所有藥包都能起爆。

(5)對于船底板較厚位置采用了加強(qiáng)藥條，藥條中增加了導(dǎo)爆索引爆，使爆轟更加充分[9]。

(6)根據(jù)同級別鋼板厚度，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，從以前的每米50 kg,調(diào)整到現(xiàn)在最大藥量每米30.24 kg，這也是通過水下爆破切割試驗(yàn)得來的結(jié)論，藥量大肯定能對鋼板切割斷，為保證不浪費(fèi)不影響切割質(zhì)量前提下，除考慮到炸藥爆炸瞬間對鋼板承受作功極限外，還要考慮到水壓力及水流動(dòng)性造成作功效率降低等因素，這對前期的環(huán)境調(diào)查，天氣影響因素都要綜合考慮[9，11]。

(7)為保證切割效果，藥條布置位置方法也是非常講究的，本次藥條錯(cuò)位布置，確保爆炸后產(chǎn)生扭矩力直接將鋼板切斷，內(nèi)外艙同位置藥條同時(shí)起爆，分段起爆可能產(chǎn)生前切割藥條起爆后爆轟影響后一組起爆的可能性,如圖9、圖10。

圖 9 船艙側(cè)面藥條錯(cuò)位布置(單位：cm)Fig. 9 Misplaced arrangement of coating strips on the side of the cabin(unit:cm)

圖 10 藥條錯(cuò)位布設(shè)示意效果Fig.10 Schematic effect of staggered layout of medicine strips

5 結(jié)語

(1)水下爆破切割以前使用都是電雷管，電雷管可以檢測網(wǎng)路，戶外作業(yè)存在雷電、雜散電流，誤爆危險(xiǎn)性較大，對在船上作業(yè)人員造成危害較大，因此沒有使用電雷管。

(2)高精度電子數(shù)碼雷管依托進(jìn)口，國產(chǎn)數(shù)碼電子雷管技術(shù)還不成熟，水下爆破結(jié)合我公司多年水下爆破切割經(jīng)驗(yàn)，使用創(chuàng)新防水新技術(shù)使用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路是可行的。

(3)使用導(dǎo)爆管雷管起爆技術(shù)延伸地面鋼結(jié)構(gòu)聚能切割爆破，相對水下爆破，必須對雷管做抗水、防水試驗(yàn)，爆破前期分別對20發(fā)導(dǎo)爆管雷管在海水下30 m 48 h后，20發(fā)雷管正常起爆，起爆能沒有降低，在后續(xù)施工中，派專人對雷管的防水工作進(jìn)行每發(fā)嚴(yán)格檢查，防水措施做得好不好，直接影響爆破成功與否。

(4)通過對乳化炸藥放置在海水里浸泡48 h后，乳化炸藥起爆能僅降低1%～3%完全可以達(dá)到爆破切割要求；與24 h內(nèi)放置的藥條起爆效果基本一樣，這是通過后期施工對局部打撈的殘?jiān)M(jìn)行分析的，塊度大小、切割縫不存在本質(zhì)區(qū)別，藥效降低與海水含鹽腐蝕有關(guān)，因此做好藥條的防水保護(hù)、起爆雷管的防水保護(hù)措施非常重要；乳化炸藥浸泡48 h不會(huì)引起質(zhì)的速變。

(5)起爆主線宜采用雙線固定的鋼絲繩上，防海浪沖擊及船舶前進(jìn)過程中起浪造成主線變形。

(6)水下爆破切割關(guān)鍵因素①藥條定位，藥條位置直接影切割效果；②每米藥量產(chǎn)生的破壞力必須大于鋼板破壞承受能力0.26倍，通過實(shí)驗(yàn)得出一般鋼板(厚30 mm)爆破破壞每米需要24 kg炸藥，但受水壓力、水流動(dòng)性作用后，取值30.24 m/kg，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，切割縫整體貫穿徹底，塊度均勻，打撈效率提高了90 %；③經(jīng)過多次爆破總結(jié)每組內(nèi)外藥條起爆時(shí)間差25 ms，組與組之間25 ms完全可行。

(7)水下爆破受臺(tái)風(fēng)影響、潮汐影響、沉船位置等諸多因素影響，合理的做好前期調(diào)研工作，及時(shí)為爆破設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，為后續(xù)的施工提供便利。

(8)本次爆破藥量選擇只有通過平時(shí)實(shí)踐總結(jié)，經(jīng)驗(yàn)公式只是一個(gè)參考范圍，受爆破條件影響、受待爆物件的構(gòu)造影響，對于同類的沉船解體切割，有一定的借鑒意義。

(9)本次采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路也充分顯示導(dǎo)爆管雷管起爆技術(shù)安全穩(wěn)定性，水下爆破切割成功實(shí)踐的體現(xiàn)。