沉管基槽開挖水下爆破施工技術(shù)措施

王磊 WANG Lei

（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，杭州 310030）

1 工程概況

湛江市引調(diào)水工程是廣東環(huán)北部灣水資源配置工程湛江分干線的重要組成部分。是廣東省委、省政府重點(diǎn)部署，保障湛江人民群眾用水安全的重要民生工程。工程從鶴地水庫(kù)引水至湛江市赤坎、麻章、霞山各區(qū)水廠，保障各區(qū)供水安全，同時(shí)解決未來(lái)湛江主城區(qū)城市發(fā)展用水需求。

沉管位于遂溪縣官湖村附近西溪河，施工樁號(hào)為G34+795.627～G34+965.066，鋼管規(guī)格為DN2600（壁厚26mm，Q345CZ）。沉管區(qū)域河道工程地質(zhì)條件：河床高程約-0.5m，水面高程約為2m。淤泥質(zhì)黏土覆蓋層約1～3m厚，淤泥質(zhì)黏土下方是0.8～2.5m 厚含礫中粗砂，下方為5～6m 的混合巖、花崗巖。

2 水下爆破設(shè)計(jì)

2.1 爆破區(qū)域環(huán)境

過(guò)河水下管線采用沉管法施工，水上管線采用明挖法施工。沉管段全長(zhǎng)166.865m，水深4.2～6.2m，河底溝槽深9m，沉管跨西溪河，如圖1 所示。

圖1 跨西溪河沉管平面布置圖

2.2 爆破區(qū)域地質(zhì)條件

跨河段的巖土層主要有：

①淤泥質(zhì)黏土，灰黑色、深灰色，含淤質(zhì)粉細(xì)砂，黏性較好，土質(zhì)較均勻，呈軟塑狀，厚度1.0～3.0m，主要分布于河床及河漫灘。②含礫中粗砂，灰白、灰黃色，級(jí)配差，含粒徑2～5mm 石英質(zhì)礫石，含少量泥質(zhì)，厚度0.8～2.5m，主要分布于河床及河漫灘。③加里東期（My3）混合巖，可分為全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶。其中，全風(fēng)化帶為灰白帶灰黑色斑點(diǎn)狀砂質(zhì)黏土，風(fēng)化均勻，含石英砂礫局部夾少量強(qiáng)風(fēng)化。可塑～硬塑，厚度一般1.2～2.0m。強(qiáng)風(fēng)化帶，層厚度較薄，鉆孔未揭露。④弱風(fēng)化帶，青灰色，巖質(zhì)堅(jiān)硬，完整性較好，巖芯多呈長(zhǎng)柱狀，中陡傾角裂隙稍發(fā)育，裂隙面見少量鐵質(zhì)渲染，未揭穿。

2.3 爆破方案的設(shè)計(jì)

水下沉管，管道基槽開挖橫斷面，如圖2 所示。

圖2 沉管開挖橫斷面圖

2.3.1 爆破器材的選取

本工程水下爆破采用防水性能較好的乳化炸藥，藥卷為塑料薄膜包裝，100 型鉆機(jī)采用藥筒直徑90mm，長(zhǎng)度450mm，重量3.0kg。雷管選用電子數(shù)碼雷管，現(xiàn)場(chǎng)編程串聯(lián)組網(wǎng)。

2.3.2 爆破參數(shù)的選擇

①炮孔直徑：D=120mm；

②藥筒直徑：d=90mm；藥卷長(zhǎng)度450mm；每節(jié)藥卷重量3.0kg；

③孔距：a=1.5m；

④排距：b=1.5m（中、弱風(fēng)化）；

⑤鉆孔超深：△H=1.5~2.0m；

⑥炸藥單耗：q=1.6kg/m3。

2.3.3 鉆孔

一次性鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，炮孔沿水流方向，孔位為平行布孔。

2.3.4 裝藥及藥量計(jì)算

鉆孔完成后，炮工應(yīng)按如下程序操作：

①測(cè)深繩檢查炮孔的深度，若達(dá)不到要求，應(yīng)要求鉆工重鉆；

②按規(guī)定藥量裝填炸藥和起爆體；

③用測(cè)深繩檢查炸藥是否到達(dá)孔底；

④用泥土填塞炮孔；

⑤通知鉆工吊起套管，聯(lián)接炮線。

2.3.5 炮孔裝藥量計(jì)算公式

式中：Q──炮孔裝藥量，kg；

q0──炸藥單耗，kg/m3，中風(fēng)化巖單耗q0=1.6kg/m3；

a、b、H0──孔距、排距、孔深，m。

表1 炮孔裝藥量表（裝90mm 藥徑時(shí)）

不同孔深厚度的鉆孔裝藥量，孔深的2/3～3/4 裝填炸藥。藥柱長(zhǎng)度＜3m 時(shí)裝一個(gè)起爆體，裝在炸藥長(zhǎng)度下部約1/3 處；當(dāng)藥柱長(zhǎng)度≥3m 時(shí)，需裝兩個(gè)起爆雷管，起爆雷管裝的位置在藥柱底部的1/4 和3/4。平面布孔位置，如圖3所示。起爆順序及網(wǎng)絡(luò)，如圖4 所示。

圖3 平面炮孔布置圖

圖4 起爆網(wǎng)絡(luò)布置圖

2.3.6 爆破沖擊波安全允許距離

水深小于30m 的水域進(jìn)行水下爆破，水中沖擊波的安全距離的確定應(yīng)符合表2 所示規(guī)定。

表2 沖擊波對(duì)人員安全允許距離

2.3.7 水中沖擊波對(duì)施工船舶的安全允許距離應(yīng)按表3 選取

表3 水中沖擊波對(duì)施工船舶安全允許距離表

2.3.8 段最大起爆藥量見表4

表4 距保護(hù)物不同距離處的同段允許最大起爆藥量

在實(shí)際爆破施工中，根據(jù)距離建筑物不同的安全距離，確定段最大的爆藥量。[1]

3 水下爆破施工

3.1 總體施工思路

爆破區(qū)域橫跨西溪河，將配備2 艘駁船配合100 型潛孔鉆進(jìn)場(chǎng)鉆孔施工，施工完成一定面積后，派遣抓斗船跟進(jìn)清礁。為了保證施工期間船舶進(jìn)出安全及施工的作業(yè)面，施工船舶合理調(diào)配；施工時(shí)安全范圍內(nèi)做好安全警戒工作，并同時(shí)配備專人、專船成立專門的瞭望小組，負(fù)責(zé)施工過(guò)程中對(duì)施工區(qū)域周邊水域進(jìn)行巡視。

3.2 爆破施工總體流程

水下爆破施工工藝流程，如圖5 所示。

圖5 水下爆破施工流程圖

3.3 水下爆破施工方法

爆破器材的選取，水下鉆孔爆破由于炸藥一般在水中浸泡時(shí)間較長(zhǎng)，為取得好的爆破效果，炸藥采用防水性能好的乳膠炸藥。雷管：采用抗水毫秒爆管雷管。起爆采用抗水毫秒爆管雷管專用起爆器。炸藥：采用直徑90mm，藥卷長(zhǎng)度400mm，單卷藥重3.0kg 的2 號(hào)巖石水下乳膠炸藥。西溪河段工程需要爆破的巖石深度達(dá)4.1m，常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，水下爆破為保證爆破效果，水下鉆孔深度須比爆破深度超鉆1～1.5m 左右，方可達(dá)到預(yù)期爆破效果，故水下基槽爆破須分段分層分時(shí)實(shí)施爆破，分兩層進(jìn)行爆破，每次爆破2 排。西溪河段炮孔超深值取1.25m，首排炮孔比其后排孔深0.2m。則炮孔鉆孔深度為3.30m。

3.3.1 施工潮位的測(cè)量與觀測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇好便于觀測(cè)潮位的位置，利用水準(zhǔn)儀測(cè)設(shè)好潮位觀測(cè)尺。通過(guò)觀測(cè)水尺讀數(shù)知道每天潮位的變化。最高潮位或最低潮位都能通過(guò)觀測(cè)潮位觀測(cè)尺進(jìn)行觀察。通過(guò)觀測(cè)某一時(shí)刻的實(shí)時(shí)潮位，通過(guò)計(jì)算改正數(shù)，從而動(dòng)態(tài)的在測(cè)量軟件里顯示實(shí)時(shí)潮位。此方法必須經(jīng)常的校對(duì)已設(shè)好的潮位觀測(cè)尺。水下測(cè)量采用測(cè)深儀搭配高精度RTK 定位系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，確保管槽底部高程偏差滿足規(guī)范要求，如圖6 所示。

圖6 水下測(cè)量

3.3.2 鉆孔施工定位

鉆孔投入2 艘鉆機(jī)船進(jìn)行施工，每艘船上配備2 臺(tái)100 型鉆機(jī)。每艘鉆機(jī)船左、右4 個(gè)錨固點(diǎn)，控制鉆機(jī)船前后、左右移動(dòng)。

按設(shè)計(jì)確定的開挖平面圖位置確定鉆孔點(diǎn)，測(cè)定鉆機(jī)船的位置，指揮鉆機(jī)船移動(dòng)、定位到設(shè)計(jì)的鉆孔位置上。鉆完一排后，測(cè)量軟件里記錄當(dāng)排的開始、結(jié)束時(shí)間，從而做到定位準(zhǔn)確，防止漏鉆和疊鉆。鉆孔位誤差控制在20cm以內(nèi)，根據(jù)鉆孔時(shí)的潮位計(jì)算該鉆孔深度。

鉆孔深度=潮位（m）+設(shè)計(jì)底標(biāo)高（m）+超深值（m）。

潮位：開鉆時(shí)的實(shí)時(shí)潮位。

本施工區(qū)域的設(shè)計(jì)底標(biāo)高：-8.0m（考慮超深后）。

3.3.3 藥包的加工及裝藥

藥包的加工在室內(nèi)進(jìn)行，加工藥包長(zhǎng)度控制在設(shè)計(jì)以內(nèi)。藥包加工方法如下：用專用竹片把藥柱綁扎好、扎緊，用專用膠帶把導(dǎo)爆管與炮繩捆綁在一起。將藥包慢慢地放入套管內(nèi)并拉緊炮繩，藥包用專用竹竿將緩慢送入孔內(nèi)。裝好藥后，檢查藥包的頂標(biāo)高應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高以下（誤差范圍0～-20cm），用碴或沙回填殘孔以防藥包浮出炮孔。

3.3.4 起爆網(wǎng)路

因本工程區(qū)域的特殊性，為了避免爆破地震對(duì)較近周邊建筑物造成的危害，在根據(jù)保護(hù)物的具體安全距離多少采用不同的毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)，采取如下措施：

起爆電導(dǎo)爆網(wǎng)路采用“串聯(lián)”方式聯(lián)接，在安全距離滿足的前提下，爆破網(wǎng)絡(luò)每孔逐孔起爆，根據(jù)爆破區(qū)域與建筑的距離的遠(yuǎn)近選取排（區(qū)）數(shù)，采用微差爆破方式進(jìn)行?？着c孔之間采用數(shù)碼電子雷管現(xiàn)場(chǎng)編程起爆。

微差爆破減震：微差爆破段間間隔時(shí)間大于100ms，爆破中降震效果比較明顯。施工爆破網(wǎng)路采用數(shù)碼電子雷管簇串聯(lián)網(wǎng)路。電子數(shù)碼雷管起爆網(wǎng)絡(luò)起爆電源為專用起爆器。[2]

3.4 清礁施工

3.4.1 挖泥船的定位及移位

抓斗挖泥船分別由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員用RTK 測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)控，準(zhǔn)確定位在規(guī)劃好的開挖條塊處，施工中同時(shí)跟蹤、監(jiān)控、復(fù)核開挖船每次移位的范圍，并由施工技術(shù)人員做好記錄。

抓斗挖泥船靠4 條錨鏈（俗稱八字錨）定位。移位靠前后左右纜經(jīng)過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)收放完成左右平移或斜移；前移靠收緊前方主纜錨完成。當(dāng)挖泥船在被拖近挖槽起點(diǎn)時(shí)，航速應(yīng)減至極慢，然后根據(jù)風(fēng)、流情況拋尾錨或?qū)⒆ザ废路胖聊嗝娑ㄎ?，再拋設(shè)各錨：

①主錨：應(yīng)拋于挖槽中心線上，泥層不均時(shí)，宜偏于泥層較厚一側(cè)；流向不正時(shí)，宜偏于主流的一側(cè)；主錨纜應(yīng)盡可能放長(zhǎng)，設(shè)置架纜方船；

②尾錨：順潮流施工要加強(qiáng)尾錨；逆流施工時(shí)，尾錨可拋設(shè)近些或不拋設(shè)；

③邊錨：逆流施工，前邊錨應(yīng)考慮超前角，后邊錨一般不考慮超前角；當(dāng)不設(shè)尾錨時(shí)，可拋成八字形；順流施工時(shí)，后邊錨稍向后拋。

3.4.2 挖泥船的施工

挖泥船采用分條分段的施工方法，一次開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，當(dāng)一次開挖不能滿足所需挖深時(shí)，可分層開挖，因抓斗挖泥船的開挖深度不易控制，故加強(qiáng)水深探測(cè)，防止超深過(guò)多或漏挖。

經(jīng)反復(fù)清挖后，確實(shí)不能清至設(shè)計(jì)標(biāo)高的，應(yīng)記錄范圍、標(biāo)高。對(duì)不能開挖的礁石或淺點(diǎn)，可根據(jù)情況再次水下爆破，再行開挖。

邊坡開挖：采用階梯開挖方式，一般一個(gè)斗位作為一個(gè)階梯，從坡頂向坡底開挖。

3.4.3 泥駁運(yùn)至拋卸區(qū)

水下開挖拋卸施工，裝運(yùn)設(shè)備采用泥駁，航運(yùn)至拋卸區(qū)卸料。拋卸區(qū)在施工前，由測(cè)量人員放樣，并做明顯區(qū)域標(biāo)識(shí)，并按設(shè)計(jì)要求拋填。根據(jù)拋卸區(qū)浮標(biāo)指示，從下到上，從左到右依順序拋卸，拋卸后，對(duì)拋卸區(qū)進(jìn)行探測(cè)，確保按設(shè)計(jì)要求拋卸，不礙航。

測(cè)量檢測(cè)、階段自檢。當(dāng)條塊或區(qū)段完成后，即用RTK 和測(cè)深儀自測(cè)驗(yàn)收。對(duì)欠挖部位組織抓斗船清除，水下清礁直至完全合格，如圖7 所示。

圖7 水下清礁泥駁挖運(yùn)

4 水下爆破中特點(diǎn)控制措施

4.1 爆破施工區(qū)域周邊環(huán)境

根據(jù)平面圖觀察，本爆破施工區(qū)域的東南側(cè)距離許宅村較近，最近直線距離約為150m，現(xiàn)場(chǎng)按照100m 影響范圍控制，必須合理的組織船機(jī)設(shè)備，進(jìn)行精密的控制爆破，以保證施工安全和工程質(zhì)量。

應(yīng)對(duì)措施：施工前做好爆破區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)勘查，做好結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)的結(jié)構(gòu)保護(hù)；根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和施工策劃，合理的配置施工船機(jī)加快施工進(jìn)度，將控制爆破采用減振孔來(lái)有效阻斷能量傳播，通過(guò)分段微差，甚至單孔起爆來(lái)控制一次起爆藥量，最大限度控制爆破能量的產(chǎn)生，確保安全施工。

4.2 施工水域水深淺

根據(jù)平面圖水深觀察，本水域很淺，無(wú)法滿足施工船舶吃水要求，施工船舶無(wú)法進(jìn)入施工區(qū)域施工。

應(yīng)對(duì)措施：前期必須先用抓斗挖泥船從西往東方向進(jìn)行開挖，保證船舶滿足進(jìn)場(chǎng)吃水要求才能進(jìn)行爆破施工。[3]

5 水下爆破質(zhì)量和安全控制措施

5.1 質(zhì)量控制措施

①施工測(cè)量要做到有測(cè)必復(fù)，測(cè)量記錄、復(fù)測(cè)記錄要簽章完整，做好整理、歸檔工作。

②施工前在施工區(qū)域設(shè)置水尺，并與RTK 所測(cè)高程對(duì)應(yīng)，潮汐變化通過(guò)RTK 所測(cè)高程的變化進(jìn)行潮位改正。

③鉆孔前采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位放樣，確保炮孔定位準(zhǔn)確并按規(guī)范要求超寬、超深；準(zhǔn)確測(cè)量基巖頂面高程，以確保鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，避免漏爆。

④在施工過(guò)程中堅(jiān)持實(shí)行三檢制度（施工船班組內(nèi)自檢，班組間互檢，施工測(cè)量專檢），每次檢測(cè)必須確保測(cè)量精度，正確地反映實(shí)際的施工質(zhì)量。

⑤測(cè)量組隨時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)清碴情況，讓不同班組之間相互配合，最大限度完成施工作業(yè)而保證清渣質(zhì)量，同時(shí)向施工船舶反饋信息，以便施工船舶及時(shí)調(diào)整施工方法及爆破參數(shù)。

⑥爆破技術(shù)人員必須嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)控制裝藥量和起爆次序，及時(shí)調(diào)整相關(guān)爆破參數(shù)。以確保施工安全和取得較好爆破效果。

⑦數(shù)碼電子雷管使用前必須檢查。加強(qiáng)對(duì)乳化炸藥、導(dǎo)爆管的檢驗(yàn)，提供乳化炸藥、導(dǎo)爆管出廠質(zhì)量證明書和檢測(cè)報(bào)告。確保使用爆破器材的可靠性，確保爆破的安全及效果。

⑧爆破技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)了解相關(guān)班組挖泥船清碴情況，對(duì)每次鉆爆礁石的破碎效果進(jìn)行分析，隨時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)以達(dá)到最佳的爆破效果。

⑨認(rèn)真做好潮位、鉆孔、裝藥、施工機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況等各項(xiàng)施工紀(jì)錄和資料整理工作。

5.2 安全控制措施

①藥包加工必須由爆破員進(jìn)行，其必須持有公安部門頒發(fā)的上崗證書并且身體健康、責(zé)任心強(qiáng)。

②嚴(yán)禁爆破作業(yè)員穿木鞋、釘鞋、化纖（尼龍料）衣服。

③炸藥包應(yīng)在專用的加工房?jī)?nèi)或加工船上制作。

④藥包加工房或加工船必須懸掛醒目的警戒標(biāo)志牌，并保持干凈、通風(fēng)性能良好，嚴(yán)禁煙火。加工房每天都要進(jìn)行清掃，空藥箱捆扎好，放入有良好防火性能的倉(cāng)內(nèi)。

⑤在施工前，為確保碼頭安全，必須根據(jù)水下爆破的施工方案進(jìn)行試爆，在試爆時(shí)對(duì)碼頭進(jìn)行試爆，確保振動(dòng)在規(guī)范允許的爆破振速之內(nèi)。

⑥在施工中遇到有霧天氣時(shí)，嚴(yán)禁爆破。加強(qiáng)警戒，在遇到有水警或部隊(duì)船舶過(guò)往時(shí)，立即采取避讓措施，確保水警或部隊(duì)船舶安全通過(guò)。

⑦工程船舶要按規(guī)定懸掛信號(hào)，并嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。根據(jù)沉管施工區(qū)潮位情況、風(fēng)向等，工程船舶在靠、離時(shí)要加強(qiáng)聯(lián)系，注意航向避開各類障礙物，交會(huì)等要控制船速，禁止順流停泊。

⑧水下爆破施工是一邊鉆孔一邊裝藥，已裝好的炮孔容易受到后鉆炮孔的影響，容易產(chǎn)生盲炮形成安全隱患。每節(jié)藥柱都綁上吊炮繩，以防裝藥時(shí)拉斷導(dǎo)爆管。

⑨做好安全警戒防護(hù)措施。起爆時(shí)間要與相鄰施工單位以及海上各有關(guān)單位的協(xié)調(diào)，先在距爆破點(diǎn)500m 的范圍警戒，鳴警戒信號(hào)，以防任何過(guò)往船舶接近爆破區(qū)域，禁止?jié)撍?、游泳。確認(rèn)安全后，將安全信號(hào)通知鉆爆船。鉆爆船收到信號(hào)后，鳴警戒信號(hào)，鉆爆船慢慢向警戒范圍線外移動(dòng)。警戒船在警戒范圍線至300m 的范圍，來(lái)回穿梭警戒。鉆爆船移到警戒范圍線外時(shí)，向警戒船發(fā)出準(zhǔn)備完畢信號(hào)，鉆爆船再次得到警戒船的安全確認(rèn)后，在無(wú)安全隱患的情況下，鉆爆船鳴笛三次（每次歷時(shí)3 秒）后，起爆。爆破結(jié)束時(shí)發(fā)出解除警戒信號(hào)，鳴笛10 秒。派出警戒船警戒安全。

⑩爆破后，爆破員必須按規(guī)定認(rèn)真檢查爆區(qū)有無(wú)盲炮，發(fā)現(xiàn)盲炮時(shí)立即報(bào)告并及時(shí)處理，無(wú)關(guān)人員禁止進(jìn)入警戒區(qū)。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)沉管基槽水下爆破施工的特殊性，施工前，對(duì)每一個(gè)施工人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底，強(qiáng)化職工的安全、質(zhì)量意識(shí)。通過(guò)合理的組織船機(jī)設(shè)備，進(jìn)行精密的控制爆破，確保水下爆破施工安全和工程質(zhì)量。