邱康敏

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都610031）

1 工程概況

博羅東江特大橋位于惠州市博羅縣羅陽鎮(zhèn)，丘陵地貌，橋址處五年一遇洪水水位H/20%=7.97 m。其中心里程為DK110+898.473，全橋長3 325.685 m，共設(shè)84 個墩臺，DK109+930～DK110+375 段跨越東江，旱季水深約23 m、雨季水深約28 m，橋址處河面寬約500 m，跨河部分采用（52+88+52）m+（90+180+90）m+（52+88+52）m 孔跨組合，18、19、20 號墩基礎(chǔ)位于博羅東江中。博羅東江特大橋全景如圖1 所示。

圖1 博羅東江特大橋全景圖

2 周圍環(huán)境

橋址上游11.4 km 為東江劍潭水利樞紐，4.4 km 為博羅大橋，跨越東江主跨為2×80 m 鋼架拱，橋址下游8.4 km為博深高速公路東江橋。橋址18 號墩西側(cè)60 多米為民房。橋址東江規(guī)劃為Ⅲ級航道，通航凈寬按不小于150 m，凈高不小于10m，最高通航水位14.684 m。橋址處河面寬約500 m，兩岸上下游均有丁字壩，水位最深處約20 m，橋址處有采砂現(xiàn)象，部分地段因挖沙，水深較深，河段為潮河段。

3 氣象水文

東江是中國珠江的主要支流之一，全長523 km，流域面積占全珠江流域的6.3%，屬山區(qū)性河流。流經(jīng)廣東省龍川、河源、惠州及東莞等城市。東江河源以南河段可以通航，是香港供水的主要來源。從博羅縣觀音閣至東莞市石龍為東江下游段，河長150 km，河道平均坡降0.173%。橋址上游11.4 km處的東江劍潭水利樞紐工程正常蓄水位為10.5 m，攔河閘50年一遇（P＝2%），設(shè)計洪水泄洪流量Q1%＝10 910 m3/s，200年一遇（P=0.5%） 校核洪水泄洪流量Q=13 000 m3/s。水流流向由左至右，與線路夾角85°。水文成果如下：Q0.33%=13 760 m3/s，Q1%=11 965 m3/s，H1%=15.49 m，V1%=2.43 m/s。

4 地質(zhì)條件

橋址區(qū)部分地段分布有稍密-中密狀粉砂、淤泥、粗砂及卵石，基坑開挖時易失穩(wěn)滑坍，下狀基巖為強弱風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖及石英砂巖，風(fēng)化不均，巖芯多呈砂狀、碎塊狀，基坑邊坡易滑坍。

18 號墩水深為4.0～6.5 m，淤泥層厚為0.5～3 m，砂夾卵石層為5.7～10.4 m，強弱風(fēng)化巖層厚為5.1～6.2 m。18號墩工程地質(zhì)情況如圖2 所示。

19 號墩水深13.37～16.23 m，淤泥層厚約0.8 m，砂夾卵石層為2.0～3.2 m，強弱風(fēng)化巖層厚為8.2～9.9 m。

20 號墩水深為14.66～16.23 m，淤泥層厚為0.7～0.8 m，砂夾卵石層為3.0～3.3 m，強弱風(fēng)化巖層厚為11.3～13.2 m。

圖2 18 號墩工程地質(zhì)情況

5 水下爆破開挖技術(shù)

18 號、19 號、20 號墩橋梁樁基水下爆破施工采用專門炸礁船進(jìn)行作業(yè)，采用抓斗船配合清渣，3 個橋墩位輪流鉆孔實施爆破，具體鉆爆順序是19 號、20 號、18 號，各墩按深水到淺水、下游往上游的順序進(jìn)行，且一次鉆爆到設(shè)計深度，避免分層爆破。

施工順序為：施工準(zhǔn)備→清挖覆蓋層→鉆爆試驗→水下鉆爆→水下清碴→棄碴→水深測量→補爆清底→完工自檢→交工驗收。

5.1 水下覆蓋層開挖

清挖覆蓋層工作擬采用抓斗式挖泥船配8 m3泥斗進(jìn)行清挖施工。覆蓋層開挖施工流程如圖3 所示。

圖3 覆蓋層開挖施工流程圖

5.2 爆破工藝比選

本工程礁石面存在覆蓋層，炸礁施工前需清理礁石面覆蓋層，所以計劃清挖船時先清理礁石面覆蓋層，同時炸礁船在沒有覆蓋層區(qū)域施工，待炸出清礁面后，重新安排清礁船進(jìn)入；對于已炸區(qū)域的清碴，合理安排各船舶的施工區(qū)域，互不影響。

5.2.1 工藝選擇

一般水下爆破方式有祼露爆破和鉆孔爆破，此次爆破選擇水下鉆孔爆破。

5.2.2 工藝分析

祼露爆破：操作簡單，適合工況好的水下大面積施工，但對超過0.6 m 厚巖石層的爆破，需采用分層多次爆破，效率低，且產(chǎn)生的爆破危害大，如噪聲、地震波、水中沖擊波等。

鉆孔爆破：適合水下大部分礁石爆破，爆破可控性高，爆破產(chǎn)生的地震波、水中沖擊波小，特別在厚巖層爆破施工時爆破效果好、效率高。但其操作性相對比較復(fù)雜且施工成本高，需要專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行水下鉆孔及裝藥，施工的干擾因素相對較多。

5.3 水下爆破施工

5.3.1 測量

清完覆蓋層后，選用“中海達(dá)”RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）進(jìn)行巖面測量，作為邊坡放樣和實際炸礁范圍的依據(jù)。巖面測量可利用測深儀對施工區(qū)域進(jìn)行初步測量，如發(fā)現(xiàn)存在浮泥或仍有覆蓋層，可采用鉆桿進(jìn)行探測，對施工區(qū)域進(jìn)行排位布設(shè)，選用“中海達(dá)”RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）將施工船舶依次定位在布設(shè)的排位上，下探鉆桿，確定實際巖石面的標(biāo)高。

5.3.2 爆破范圍確定

此次爆破開挖共有三個墩的水下基礎(chǔ)，分別為18 號墩、19 號墩、20 號墩。

18 號墩位于河?xùn)|江河道內(nèi)（靠近西岸坡），基坑底標(biāo)高-15.41 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即18.2 m×22.185 m，超深1.5 m。覆蓋層底部開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即21.2 m×25.185 m，覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為29.2 m×33.185 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8～2.4 m 進(jìn)行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風(fēng)化砂礫巖，厚度6.16 m，炸、清礁量約2 487 m3。

19 號墩位于河?xùn)|江河道內(nèi)（18 號墩東側(cè)），基坑底標(biāo)高-26.285 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即18.2 m×25.2 m，超深1.5 m。覆蓋層底部開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即21.2 m×28.2 m；覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為29.2 m×36.2 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8 m 進(jìn)行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風(fēng)化砂礫巖，平均厚度8.885 m，炸、清礁量約4 075 m3。

20 號墩位于東江河道內(nèi)（靠近航道西側(cè)），基坑底標(biāo)高為-30.79 m，基坑底平面尺寸按單邊超寬1.5 m 控制，即21.8 m×32.4 m，超深1.5 m。覆蓋層底開挖平面尺寸按單邊超寬3 m 控制，即24.8 m×35.4 m；覆蓋層頂部開挖平面尺寸按1∶2 放坡后寬度為42.8 m×53.4 m；實際鉆孔施工時每邊再按超寬1.8 m 進(jìn)行控制，爆破自然放坡開挖。需鑿除的巖層為弱風(fēng)化砂礫巖，平均厚度為10.316 m，炸、清礁量約7 286 m3。

5.3.3 爆破器材及參數(shù)

5.3.3.1 爆破器材的選取

水下爆破采用防水性能好的CLH 乳化炸藥和深水爆破專用水膠炸藥，藥卷用塑料袋包裝，藥卷直徑為90 mm，每條藥卷長度為40 cm，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量3 kg，炸藥的爆速為3 500～5 000 m/s，雷管選用防水抗拉型非電導(dǎo)爆管雷管，用非電雷管作為擊發(fā)元件、非電導(dǎo)爆管結(jié)合導(dǎo)爆索為傳爆元件，非電雷管為起爆元件引爆藥包。

5.3.3.2 各橋墩采用統(tǒng)一爆破參數(shù)

各橋墩采用統(tǒng)一爆破參數(shù)如下：炮孔直徑D=110 mm，藥卷直徑φ=90 mm，炮孔間距a=2.m，炮孔排距b=1.8 m（根據(jù)清渣效果可調(diào)整），鉆孔超深為1.5 m，梅花形布孔。

5.3.3.3 單孔藥量計算

單孔藥量Q=q0abH0，Q 為裝藥量，kg；q0為單位炸藥消耗量，kg/m3。

據(jù)現(xiàn)有地勘資料，基巖為弱風(fēng)化砂礫巖，查表取中等硬度巖石單耗2.09 kg/m3；考慮炸藥換算指數(shù)e，CLH 乳化炸藥e=1.06；再考慮鉆孔為垂直孔、水的水壓增量、覆蓋層增量、巖石膨脹增量的影響，用藥量增加15%；所以q0=2.09×1.23×1.15=2.96 kg/m3。

H0為爆破巖層厚度，m；Q=q0abH0=2.96×1.8×1.5×H0=8.0H0。

同時還需考慮裝藥量必須達(dá)到鉆孔深度的80%左右、藥卷規(guī)格及便于加工等因數(shù)，水下裝藥量參數(shù)如表1 所示。

表1 水下裝藥量參數(shù)表

根據(jù)孔深進(jìn)行裝藥，每節(jié)炸藥的長度是0.4 m、質(zhì)量是3 kg，每孔保證有0.6～0.9 m 的堵塞長度，例如，4.5 m 孔深的實際裝藥為：（4.5-0.6）/0.4×3＝29 kg。

5.3.3.4 各橋墩單孔裝藥量

18 號墩巖層厚度為6.16 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為7.66 m，取表1 所列孔深7.5 m 的實際單孔裝藥量為51 kg，裝藥長度為6.8 m，堵塞長度為0.86 m。

19 號墩巖層厚度為8.885 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為10.385 m，取表1 所列孔深8.5 m 的實際單孔裝藥量為69 kg，裝藥長度為9.2 m，堵塞長度為0.8 m。

20 號墩巖層厚度為10.316 m，爆破鉆孔超深1.5 m，因此，單孔孔深為11.816 m，取表1 所列孔深10 m 的實際單孔裝藥量為81 kg，裝藥長度為10.8 m，堵塞長度為0.7m。

5.3.4 鉆孔

鉆爆船拋設(shè)6 具錨，首尾2 具中錨，兩側(cè)共4 具錨。采取梅花狀布孔的施工方法進(jìn)行施工。本工程水下鉆孔定位使用中海達(dá)RTK 定位系統(tǒng)（精度±2 cm）進(jìn)行定位，先按爆破設(shè)計的孔距、排距編制布孔圖，定位時，結(jié)合水位、流速變化，移動錨具，使實測孔位與設(shè)計孔位點的平面偏差控制在±0.2 m 以內(nèi)，以確保炮眼平面位置、傾斜度與設(shè)計一致。根據(jù)鉆孔時的實時水位計算該點的下桿深度，要求一次鉆爆到設(shè)計深度。下桿深度=實時水位（m）+設(shè)計底標(biāo)高（m）+超深值（m）。水下爆破自動化鑿巖鉆孔船如圖4 所示。

圖4 水下爆破自動化鑿巖鉆孔船

5.3.5 裝藥

藥包加工：在鉆爆船上加工，將條形藥柱對接，并用竹片把藥柱夾好綁緊，捆扎藥包必須結(jié)實、平、直，每節(jié)藥卷捆3 度，每條藥包長度控制在2 m 內(nèi)；如果超過2 條藥包，應(yīng)外加導(dǎo)爆索，讓2 條藥包能利用導(dǎo)爆索的傳爆能力變成1個起爆體。

雷管安裝：安裝雷管時，用竹簽在藥包內(nèi)輕輕插孔，用手指將雷管輕輕推進(jìn)藥包內(nèi)：裝藥長度小于等于4 m 時，同一位置裝2 個非電導(dǎo)爆雷管，裝在裝藥底部1/4 處；裝藥長度大于4 m 時，裝4 個非電導(dǎo)爆雷管，各2 個發(fā)裝在同一位置上，各裝在裝藥底部的1/4 和3/4 位置；然后用手指將孔壓平，最后用膠帶把導(dǎo)爆管藥包與吊炮繩綁扎在一起。

套管裝藥：裝藥時將加工好的單孔藥包連續(xù)慢慢地放入套管內(nèi)并拉緊吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢推入孔內(nèi)，裝好藥后檢查藥包的頂標(biāo)高應(yīng)在設(shè)計的巖面標(biāo)高以下，否則取消爆破作業(yè)，在巖面上另投藥包進(jìn)行誘爆?？變?nèi)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 孔內(nèi)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)圖

炮孔堵塞：18 號、19 號、20 號墩樁基堵塞長度分別為0.6 m、0.6 m、0.7 m，堵塞物均采用塑料袋裝砂填塞，砂袋跟最后一根炸藥綁在一起跟進(jìn)孔內(nèi)，其中砂袋直徑不小于90 mm。

起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：按每簇不超過20 發(fā)的原則，采用水面“大把抓”的聯(lián)接形式進(jìn)行聯(lián)接。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖6 所示。

圖6 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接形式：18 號、19 號、20 號墩樁基均采用孔間微差爆破，即每個孔利用一個段別雷管起爆，計劃2 排共14 個孔一次引爆。示意如下：一排為7 個孔，每個孔各1個段別，MS1 代表1 段、MS2 代表2 段。爆破孔間微差爆破聯(lián)接如圖7 所示。

爆破順序：18 號墩樁基為保證后續(xù)鉆爆有更好的臨空面，在施工時，取一船位第1 排和第2 排（一區(qū)）作掏槽爆破施工，爆破順序由中間往兩側(cè)進(jìn)行，為第3 排爆破創(chuàng)造臨空面。施工一船位第3 排到13 排時，每兩排為一個爆區(qū)，爆破順序為由中間往兩側(cè)進(jìn)行，施工完一船位后再施工二船位，每兩排為一個爆區(qū)，爆破順序為借一船位的臨空面，靠一船先爆往上游方向后爆。18 號墩樁基水下爆破布孔如圖8所示。

圖7 爆破孔間微差爆破聯(lián)接圖

圖8 18 號墩樁基水下爆破布孔圖

5.3.6 起爆

當(dāng)總藥量趨近一次最大起爆藥量時，檢查導(dǎo)爆管雷管網(wǎng)路有無漏接和錯接，接點連接牢固，做好起爆前的準(zhǔn)備工作，警戒船舶到警戒區(qū)進(jìn)行警戒，接上起爆器。警戒人員發(fā)回警戒范圍安全信號后，起爆船在確認(rèn)安全后方可起爆。水下爆破鑿巖鉆孔及裝藥機械化作業(yè)如圖9 所示。

圖9 水下爆破鑿巖鉆孔及裝藥機械化作業(yè)

6 爆破安全

6.1 爆破地震波安全距離計算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，爆破地震波安全距離按式（1）計算：

式（1）中：R 為爆破點與被保護(hù)建（構(gòu)）筑物的距離，m；K、α 為與爆破點地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；V 為爆破地震安全速度；Q 為一次起爆炸藥量，kg，延時起爆時取最大一段的裝藥量。

根據(jù)式（1）確定安全藥量。

本次爆破施工區(qū)域的地質(zhì)為弱風(fēng)化砂礫巖，屬于中等堅硬巖石，根據(jù)以往在工程所在地周邊施工的經(jīng)驗，結(jié)合本工程的特點，地質(zhì)系數(shù)取K=250，α=1.8，此次爆破的主要保護(hù)對象為18 號墩西岸側(cè)的民房跟施工現(xiàn)場棧橋，因此單段起爆藥量絕對不允許超出表中相對距離的單段起爆藥量，以確保爆破振動速度控制在安全值內(nèi)。

6.2 各橋墩爆破對西岸側(cè)民房的安全藥量取值

18 號墩距離民房最近距離為61.5 m，距離棧橋最近距離為80 m，單響最大藥量取值不應(yīng)超過74.4 kg，實際施工時按60 kg 以內(nèi)進(jìn)行取值，一次最大起爆藥量不大于960 kg，能保證民房和棧橋的安全。

19 號墩距離民房最近距離為114.2 m，距離棧橋最近距離為130 m，單響最大藥量取值不應(yīng)超過476.6 kg，實際施工時按300kg 以內(nèi)進(jìn)行取值，一次最大起爆藥量不大于960kg，能保證民房和棧橋的安全。

20 號墩距離民房最近距離為203.7 m，距離棧橋最近距離為220 m，單響最大藥量取值不應(yīng)超過2 704.7 kg，實際施工時按960 kg 以內(nèi)進(jìn)行取值，一次最大起爆藥量不大于960 kg，能保證民房和棧橋的安全。

6.3 爆破水中沖擊波對人員安全的驗算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，在水深小于30 m 的水域內(nèi)進(jìn)行水下鉆孔爆破，當(dāng)炸藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對水中人員的安全允許距離按照游泳1 100 m、潛水1 400 m 確定。

6.4 爆破水中沖擊波對非施工船舶安全的驗算

水中沖擊波對客船的安全允許距離應(yīng)為1 500 m，其他船舶航行時的安全允許距離應(yīng)為1 000 m。

非施工船舶停置時，當(dāng)炸藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對非施工船舶的安全允許距離為：木船250 m，鐵船150 m。

6.5 爆破水中沖擊波對施工船舶安全的驗算

水下鉆孔爆破藥量為200～1 000 kg 時，水中沖擊波對施工船舶的水中沖擊波安全距離按照木船250 m、鐵船150 m確定。

6.6 爆破飛石對人員安全的驗算

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，施工爆破點水深均大于6 m 時，不會形成飛石，因此不考慮飛石對地面或水面以上人員的影響。

7 驗收及保證措施

7.1 驗收

采用鉆桿或測深儀器測量結(jié)合巖面標(biāo)高進(jìn)行探測，無硬質(zhì)淺點即為合格。

7.2 保證措施

鉆孔前采用RTK 定位（精度±2 cm）放樣，確保炮孔定位準(zhǔn)確并按規(guī)范要求超寬、超深；準(zhǔn)確測量基巖頂面高程，以確保鉆孔深度達(dá)到設(shè)計要求，避免漏爆。

施工過程中，把好鉆孔質(zhì)量關(guān)，要求鉆至設(shè)計標(biāo)高（含超深），并按設(shè)計裝藥量裝藥。

使用雷管前必須檢查。加強對導(dǎo)爆管雷管、乳化炸藥的檢驗，要求導(dǎo)爆管雷管、乳化炸藥有出廠檢驗報告及合格證。確保使用爆破器材的可靠性，確保爆破的安全及效果。爆破技術(shù)人員必須嚴(yán)格按爆破設(shè)計控制裝藥量和起爆次序，并根據(jù)地形情況、巖性、基巖形狀、安全距離等因數(shù)及時調(diào)整有關(guān)爆破參數(shù)，以確保施工安全和取得最佳爆破效果。

測量組隨時跟蹤疏浚清挖石質(zhì)，監(jiān)測清渣情況，及時了解挖泥船清渣情況，對每次鉆爆礁石的破碎效果進(jìn)行分析，同時向施工船舶反饋信息，以便施工船舶及時調(diào)整施工方法及爆破參數(shù)，提高挖泥船清渣效率，減少補炮范圍。

為保證爆破開挖后的寬度跟深度能達(dá)到設(shè)計要求（含超寬1.5 m，超深0.5 m），在鉆孔布孔時應(yīng)有足夠的超爆范圍（超邊線1.8～2.0 m）與超爆深度（超深1.5 m），因爆破形狀為漏斗形，加之水下開挖施工工藝的限制，因此，爆破開挖只能控制底標(biāo)高的深度值，無法清完爆破后淺余在漏斗底部的虛渣。施工完成后，采用RTK 定位（精度±2 cm）儀器，結(jié)合測深儀器對開挖范圍和深度進(jìn)行校核，如發(fā)現(xiàn)有漂浮物影響儀器測量結(jié)果，再利用鉆桿對基坑范圍內(nèi)的深度進(jìn)行探測，確?；忧逋诤筮_(dá)到規(guī)定深度與寬度。

8 結(jié)語

廣汕鐵路博羅東江特大橋18～20 號墩水下爆破具有一次性開挖成形速度快，礁石爆破均勻有利于出渣，對周邊建筑物，水上船只、水下作業(yè)人員影響??；其水下精確定位和爆破技術(shù)可應(yīng)用于水下基礎(chǔ)的開挖、水運航道的加深、航道的疏浚等，其成功實施對相關(guān)工程有指導(dǎo)和借鑒意義，具有廣泛推廣和使用價值。