張恩橋ZHANG En-qiao

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

湘桂鐵路柳州樞紐擴能改造柳州雙線特大橋位于廣西柳州市。設計范圍DK487+95.457～DK488+784.032，全長為1688.575m，橋梁于DK487+630.96～DK488+268.55處跨越柳江河。其跨河部分與既有衡柳線并行，相距約45m。其17#～22#墩為水中墩，承臺底部位于河床的白云質灰?guī)r層內，需水下爆破開挖。爆破開挖尺寸18.0×14.0m，深度2.5～4.0m。巖石為硬度系數(shù)f=6～8的弱風化灰?guī)r，呈塊狀構造，局部有夾層。河床表面覆蓋0.6～2.9m厚的砂卵石。承臺處水深均超過11.6～22.3m，柳江河為Ⅲ級通航河流，流速1.0～2.0m/s，紊流和漩渦多。受下游紅花水電站蓄水發(fā)電及船舶過壩的需要，水位不斷在1～2m內漲跌變化。

重點保護構筑物為東側既有衡柳線的鐵路橋梁，距離只有45m，東西方向為通航航道，300m范圍內無其他重要保護對象；北側（青茅方向）300m范圍內有采砂場及砂場相關建筑物；南側（柳州西方向）300m為空曠的種植地。

2 施工難點

①相鄰運營繁忙的既有線鐵路橋僅為45m。且河床基巖為微風化整體灰?guī)r，爆破地震波衰減慢、傳輸遠。水為幾乎不可壓縮介質，爆破在水中產生比空氣中傳播更快、更遠的沖擊波，安全影響比陸上爆破要大。故，控制爆破振動對既有鐵路橋梁危害的難度很大。

②水下爆破裝藥持續(xù)時間長，爆破器材需長時間置入水中，有拒爆風險，要求爆破器材具有極高的防水性能。且本項目為深水爆破，要求炸藥及器材具有足夠抗壓性能。

③本項目的深水爆破還具有水流速快、水位變化頻繁、紊流和漩渦多等儲多不利因素，鉆眼、裝藥、藥包定位及爆破網路聯(lián)接均比陸地爆破的復雜及困難程度要高多了。

④不可壓縮水是被爆介質的上覆層，河水對作用在巖石的垂直或側向壓力對爆破效果產生明顯的不利影響，且影響程度與水深相關，進行爆破參數(shù)設計時需充分考慮。

⑤河床表面覆蓋著砂卵層，砂礫石易回落堵孔，造成成孔困難。

3 爆破設計方案

3.1 對爆破方案的要求

科學設計爆破方案，嚴格控制爆破振動、水沖擊波等爆破效應，確保鐵路既有橋梁的安全；考慮水深及水流的不利影響，選擇優(yōu)質的爆破器材和先進的施工工藝，確保達到施工要求的爆破效果。

3.2 爆破器材的確定

水下爆破要求要求炸藥防水性能好，且密度大于水的密度，以避免上浮?？紤]隨著水深的加大，炸藥的爆炸性能（爆速、猛度）隨之衰減嚴重，為確保在本項目水深程度下的爆炸效果，要求炸藥的爆速≥3200m/s，爆力≥260ml，猛度≥12mm。選用福建海峽科化生產的2巖石乳化炸藥，技術指標滿足上述要求，其藥徑為90mm，單節(jié)藥卷長400mm，標稱重量3.0kg。密度為1.1～1.25。

3.3 爆破參數(shù)

根據(jù)類似工程經驗和現(xiàn)有設備，選用鉆孔直徑D=110mm。鉆孔布設以減少大塊率，開挖面無殘留巖埂，盡量避免二次爆破為原則。炮孔采用矩形布置，根據(jù)工程經驗最小抵抗線取w=1.6m；炮孔間距：根據(jù)a=（1.25～1.5）w，取a=2.0m；炮孔排距：根據(jù)b=（1.2～1.5）w，取b=2.0m；孔深按3m，鉆孔超深略大于陸地爆破，國內水下超鉆通常為1.0～1.5m，本工程取h=1.5m。

3.4 炸藥單耗

與陸上爆破不同，水壓力作用于被爆介質上，炸藥部分爆力需克服水體壓力，故，水下爆破炸藥單耗量要較陸上大。根據(jù)《爆破設計與施工》，水下鉆孔爆破單耗可按q=K+（0.05～0.15）H0。式中：K為陸地類似巖石松動爆破的單位耗藥量（kg/m3），按0.45取值；H0為水深（m），按施工水位計算；經試爆和考慮水文地質條件進行調整后。本項目炸藥單耗計算按q=0.45+0.11H2。

為了切實做好對農田水利建設的信貸支持，2011年，按照中央1號文件的要求，銀監(jiān)會專門印發(fā)了《關于全面做好農村金融服務工作的通知》，對銀行業(yè)金融機構深入做好水利建設的金融服務進行了重點部署。2012年2月，銀監(jiān)會又會同人民銀行、發(fā)改委、財政部、水利部、證監(jiān)會、保監(jiān)會聯(lián)合下發(fā)了《關于進一步做好水利建設改革發(fā)展金融服務的意見》，進一步明確了相關的政策和要求。

本項目水下爆破最大水深為22.3m，則單孔最大裝藥量為：Qmax=q×a×b×H=（0.45+0.12×22.3）×2×2×3=37.5kg。

3.5 起爆網路

為了確保鄰近既有鐵路營運安全，使爆破的地震波減到最少，同時也要確保巖體破碎效果。采用數(shù)碼電子雷管逐孔微差爆破法。

數(shù)碼電子雷管及相應的引爆系統(tǒng)革新了爆破技術。該爆破系統(tǒng)簡化了施工操作，減少了布網時間。數(shù)碼電子雷管使精準逐孔微差爆破得以真正實現(xiàn)。實踐表明，精準的微差能夠有效避免相鄰爆破的振動疊加，可明顯減少爆破振動，改善巖石破碎程度。

類比試驗表明，采用數(shù)碼電子雷管精準控制微差時，微差為25ms即可避免振動的疊加（普通電雷管需微差為50ms及以上才能避免振動疊加）?？组g起爆采用間隔25ms的時差，每孔內裝2發(fā)數(shù)碼雷管，確保無啞炮。

4 爆破施工工藝

4.1 鉆爆船的改裝和定位

根據(jù)工程特點和工程量，用一艘炸礁船裝備6臺垂直固定式100型潛孔鉆機，潛孔鉆機機距為2.0m，鉆孔直徑110mm，一次開鉆可同時完成6孔的鉆機工作，滿足鉆孔爆破的進度要求。

鉆爆船兩側各設置4個錨纜長度為100m邊錨以控制鉆爆船橫向移動，單個錨重為3t，4個邊錨拋成八字形。鉆爆船前后設置2個錨纜長度為200m的主錨控制鉆爆船縱向移動。鉆爆船的移位通過絞錨進行。

在河岸上架設控制基站，采用2臺RTK+DGPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)對鉆爆船進行精確定位。將炮眼定位坐標輸入測量軟件中，根據(jù)GPS測定的數(shù)據(jù)，指揮鉆爆船的移動，以確保炮眼位置準確，誤差不超過20cm。

4.2 炮眼鉆孔

由于爆破區(qū)域河床表面覆蓋有砂礫石層，砂礫石易回落堵孔，造成成孔困難或是孔深不足。

鉆孔采用雙套管鉆進工法（如圖1所示）。該工法可在有深厚覆蓋層及大流速下鉆孔。該鉆機通過管接頭把雙套管及鉆桿與潛孔鉆機聯(lián)接。外套管直徑為80cm，起到定位炮孔及保護鉆具不受流水沖擊的作用。內套管直徑15.3cm，端頭設有環(huán)形鉆頭，可穿越覆蓋層后，再鉆入基巖內10～12cm，起到護孔及鉆孔、裝藥的導向作用。

鉆孔前先下外套管至河床面，并與河床面頂緊。然后下內套管，鉆進基巖內10～12cm后停止。最后下鉆頭鉆桿，在內套管的保護下旋轉、沖擊鉆進至要求的深度。鉆孔至設計深度后，吹除孔內鉆渣，提起鉆桿，進行裝藥。

4.3 裝藥結構及堵塞

孔內采用直徑90mm，長400mm，重3.0kg的藥卷加工成藥柱裝藥，藥柱裝內裝雙雷管，分別裝在距藥柱兩端頭1/3長度處。藥柱用吊炮繩綁扎，鉆好孔，加工好藥柱后。用吊炮繩提起藥柱慢慢的將藥柱送入孔口中，并用竹篙將藥柱輕輕的送到孔底，藥柱送到孔底并檢查合格后，再向孔內裝填沙袋，將孔口填滿，用竹篙輕輕將孔口泥沙壓實。

圖1雙套管水下鉆孔示意圖

4.4 起爆接線操作和起爆

全部炮孔裝藥完成后，將各炮孔引出的雷管腳線逐個插入電子雷管編碼器，按照爆破設計確定每個炮孔炸藥起爆的延時時間（炮眼布設及延時設置如圖2所示）。設置完畢后，專用作業(yè)船離開爆破區(qū)域，駛離到安全水域。所有起爆雷管腳線集中到一艘小船，按照爆破設計聯(lián)接到起爆主線上。起爆網路接頭用電工膠布纏繞4～5層，接頭長度在15cm左右。起爆網路用木棍或者竹棍系好，必要時綁上紅色或深顏色布條。防護就緒后按電子數(shù)碼雷管爆破系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程引爆。

4.5 爆破安全校核及控制

水下爆破的有害效應主要是爆破地震波、水中沖擊波以及飛石。

4.5.1 爆破地震波安全距離校核

根據(jù)爆破環(huán)境，既有鐵路橋墩為本項目振動保護對象，距離按45m計算；由《鐵路工程爆破振動安全技術規(guī)程》（TB10313-2019）的規(guī)定：預應力混凝土橋爆破振動安全允許值[v]=5～6cm/s，按最小取值取5.0cm/s。并按該規(guī)程第14頁的（5.3.5）式計算本項目最大單孔裝藥量時質點振動速度峰值。爆破巖石為中硬巖，介質系數(shù)K取250，衰減系數(shù)a取1.6。本項目最大單孔裝藥量為37.5kg，爆破振動在允許范圍內。

根據(jù)公式來驗算：Q=R3（V/K1）3/α計算單孔允許最大起爆藥量：Q=453（5/250）3/1.6=59.4kg。

可見，最大齊爆裝藥量滿足確保鐵路既有橋梁振動安全的要求。

4.5.2 水中沖擊波對人員、船舶的安全距離

據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定。最大齊爆量為37.5kg時，安全距離分別為：①游泳人員：500m；②潛水人員：600m；③木船：100m；④鐵船：70m。爆破前按上述安全距離進行防護。

4.5.3 個別飛散物安全距離

根據(jù)以往的施工經驗，水深超過6m的水下鉆孔爆破不會產生對地面及水面人員有安全影響的飛石。因本項目爆破點水深均超10m，故不會產生飛石。

4.5.4 設置減震孔降低爆破強度

圖2眼布設及延時設置示意圖

為了進一步降低爆破振動對既有鐵路橋梁的影響，在爆破點與既有鐵路橋間增設雙排減震孔。減震孔的孔底標高低于爆破孔2m以上，減震孔直徑為110mm，排距、孔距分別為1.0m、0.3m。減震孔在爆破區(qū)與既有橋墩間形成隔離緩沖帶，加速了地震波衰減，有效降低了地震波對橋墩的影響。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，減震孔的衰減作用能將爆破質點振速值降低20～30%。

5 其他控制措施

5.1 試驗爆破

在正式爆破前，在施工區(qū)附近選擇了周邊300m內無保護物的安全區(qū)域進行試爆。分別按不同裝藥量進行了試驗爆破，監(jiān)測與爆破點45m距離處各方向質點的振動速度，收集好相關數(shù)據(jù)，進一步驗證爆破作業(yè)對既有鐵路橋梁的影響程度，同時也為及時調整、優(yōu)化爆破參數(shù)提供科學依據(jù)。試爆裝藥量范圍為2.5～52.5kg，分19次按級差為2.5kg進行。試爆所得的裝藥量與振速峰值關系曲線如圖3所示。

圖3裝藥量與振速峰值關系曲線圖

從圖3裝藥量—振速回歸曲線可看出比，實際振速比理論計算值稍高。因為理論計算值僅計算了地震波的振速，而實測值是包含了疊加水中沖擊波后的綜合振速，故數(shù)值偏大。從實測數(shù)據(jù)的回歸分析曲線可得：當最大單孔裝藥量為37.5kg時，實際綜合振速為4.3cm/s＜[v]=5cm/s，能確保既有鐵路橋梁的安全。

5.2 進行爆破振動監(jiān)測

為確保既有橋梁結構的絕對安全，在既有鐵路橋橋墩處布置測點，爆破期間全程監(jiān)測橋墩各方向的質點振速峰值。根據(jù)監(jiān)測結果及爆破效果以指導施工，調整爆破參數(shù)。第1次爆破時按最大設計藥量的50%當量裝藥試爆，分析監(jiān)測結果，評估設計裝藥量不會給鐵路橋梁帶來安全影響后，再按設計裝藥量進行爆破。避免出現(xiàn)超過安全允許振速的情況。

5.3 施工協(xié)調

與鐵路部門加強溝通聯(lián)系，建立安全聯(lián)動機制，建立定期巡查機制，及時更新溝通相關信息。并通過設置駐站聯(lián)絡員準確利用高鐵經過的間隔期啟爆，在鐵路部門允許的時間段內起爆，減小爆破施工對既有鐵路營運影響。

6 結束語

在爆破目標的位置、裝藥量、爆破參數(shù)、爆破方式及傳播介質等各種不同復雜因素的影響下，很難準確評估爆破的地震效應。水下爆破的地震效應就更為復雜，不僅受上述所列因素的影響，還受水流速度、水深度等的影響。故在實際施工時，首先在理論研究的基礎上制定出安全科學的爆破方案外，還需通過實地試爆，對試爆結果進行分析及研究，作為爆破安全的判據(jù)，方能從根本上確保鄰近建筑物的安全。