許宗意 中交廣州航道局有限公司

目前，水下炸礁施工在港口航道工程中得到了迅速的推廣與應(yīng)用，但在水下爆破作業(yè)中，由于受到施工環(huán)境、地質(zhì)條件以及水文特點等的影響與制約，使得水域爆破難度隨之增大。大量施工實踐證明：水下炸礁施工具有效果良好、所有炮孔全部起爆、礁石塊均被破碎、無淺點、爆破震動與水沖擊波可以控制在安全范圍之內(nèi)，且不會對岸邊建筑物體和水中生物造成危害。

1.工程概況

陽江港進(jìn)港航道改造工程位于海陵灣港區(qū)，航道范圍南端由原5萬噸級深水航道往南延伸至-15m自然水深處，北至陽江港海陵灣港區(qū)#5泊位附近。本工程在現(xiàn)有航道基礎(chǔ)上升級進(jìn)行浚深和拓寬，航道全長20.055km（A-G段），按10萬噸級散貨船乘潮滿載單向通航標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，其中A-E段同時滿足80000mLNG船滿載單向全潮通航要求。

陽江港進(jìn)港航道改造工程自南向北共分為AB、BC、CD、DE、EF、FG 共6 個航段，通航寬度215 m～265 m。其中AB段通航寬度265m，設(shè)計底高程-15.5m（-15.7 m，括號內(nèi)為局部底質(zhì)為巖石的區(qū)域設(shè)計取值，下同）；B-E段通航寬度240m，設(shè)計底高程-15.0 m（-15.2m）；E-G 段通航寬度215m，設(shè)計底高程-15.0m（-15.2m）。各航段航道邊坡均取1∶6（底質(zhì)為巖石的區(qū)域局部取航段設(shè)計邊坡1∶2），本工程炸礁區(qū)域共有9 個區(qū)域，炸礁面積為157112 m，炸礁計算斷面工程量為186419m3，炸礁工程區(qū)域示意如圖1所示。

圖1 工程炸礁區(qū)域示意圖

2.爆破參數(shù)設(shè)計與選擇

2.1 炮孔布置與藥包直徑

水下爆破作業(yè)條件復(fù)雜，為有效降低本工程項目施工難度，減少鉆孔工作量，炮孔按三角形或梅花形錯開布置，藥包直徑應(yīng)小于炮孔直徑10～20mm，且炮孔直徑使用Φ115mm的炮孔；

2.2 炸藥單耗

水下爆破作業(yè)除了需要破碎巖石之外，還應(yīng)當(dāng)努力克服水與礁石表面的阻力，炸藥單耗應(yīng)綜合考慮自由面條件、爆區(qū)水深等的因素。而在通常情況下，水下作業(yè)炸藥單耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸域爆破作業(yè)，根據(jù)瑞典水下炸礁爆破作業(yè)炸藥單耗，按照公式1計算本項目炸藥單耗：

式中：q1代表水下爆破作業(yè)爆破所需基本藥量，取值范圍為陸域爆破炸藥單耗的2倍，如果使用垂直鉆孔，在基本藥量上可增加10%；

q2代表爆破區(qū)上方由于水壓造成的炸藥量單耗增加量，應(yīng)當(dāng)為水深的0.01倍；

q3代表炸礁覆蓋層造成的炸藥單耗，為炸礁覆蓋層的0.02倍，

q4代表水下炸礁因膨脹或者擴(kuò)容而造成的炸藥單耗量，為臺階高度的0.03倍；

根據(jù)水下礁石物理學(xué)性能和清礁設(shè)備的運行能力，并在參考同類工程項目成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，綜合考慮多方面的因素，得出本工程項目炸藥單耗量為：q=1.62-2.07kg/m。

2.3 孔排距

水下作業(yè)爆破布孔首先要綜合考慮與使用的鉆爆平臺一致性，作業(yè)流程越簡單越規(guī)則越好。同時，為了保證孔底開挖面不會留下未經(jīng)過爆破的巖石，炮孔上部不會出現(xiàn)過多的大塊，并避免和減少二次水下作業(yè)，本工程項目采用垂直鉆孔、巨型布控相結(jié)合的方式，結(jié)合水下爆破成功經(jīng)驗按照公式2計算孔排距：

式中：a代表孔排距；

md代表炮孔的直徑；

根據(jù)水下爆破作業(yè)平臺鉆機(jī)參數(shù)，爆破區(qū)域礁石性質(zhì)以及施工過程中的自然環(huán)境因素，并通過實驗前后對比水下澆石暴露的效果和清渣效率，確定本項目孔排距a=2.5m，排距b=2.4m，在工程項目具體施工過程中，可以根據(jù)實際情況對孔排距進(jìn)行微調(diào)整。

2.4 超深

近海水域礁石表面覆蓋層后，泥沙量較大，如果套管保護(hù)不當(dāng)，泥沙很有可能會淤填炮孔。同時，由于水下鉆孔爆破如果欠挖、超挖，補(bǔ)爆破難度較大，費力且費時，考慮到本工程項目為航道增深，為了保證一次爆破可以達(dá)到施工組織設(shè)計要求，故此超深取值范圍為：Δh=1.5m

3.裝藥和起爆

3.1 裝藥結(jié)構(gòu)

水下爆破炸藥選擇類型對于爆破效果具有重要的影響，根據(jù)對成功施工經(jīng)驗以及爆破效果的綜合分析，本工程項目采用防水性能強(qiáng)特制水下專用乳化炸藥，藥柱直徑為90mm，長度為50cm，每支裝藥3kg。

藥包需要經(jīng)過專業(yè)加工后，保證可以發(fā)揮良好的爆破效果，具體方法如下：

（1）使用3只竹片將藥柱夾好、裹緊、藥柱與藥柱之間應(yīng)當(dāng)緊密連接；

（2）在藥包底部安裝起爆體，在起爆體內(nèi)部并聯(lián)安裝兩發(fā)導(dǎo)爆管雷管，將其安裝于要住長度的1/3處，使用膠帶將導(dǎo)爆管、炮繩、藥包綁扎于一起，裝藥流程如圖2所示。

圖2 裝藥流程示意圖

3.2 起爆網(wǎng)絡(luò)

（1）為保證本工程項目施工質(zhì)量，在充分考慮項目所在區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境和保證爆破安全的基礎(chǔ)上，使用排間毫秒延期爆破方式，延期時間應(yīng)大于等于25ms；

（2）孔內(nèi)起爆體中安裝兩發(fā)防水毫秒導(dǎo)爆管雷管，不同孔排采用連接形式，并將導(dǎo)爆管均勻地布設(shè)到起爆周圍，導(dǎo)爆管端頭和起爆雷管之間的距離不小于15cm，水管的聚能指向?qū)蠊軅鞅姆捶较?，使用膠帶將其綁扎牢固，排間并聯(lián)采用電力起爆；

（3）淺孔時，每一次起爆6-7排，爆破面積大約為216～252m；

（4）深孔時，每一次起爆4～5排，爆破面積大約為144～180m；

為有效防止淤泥進(jìn)入鉆孔內(nèi)，鉆孔作業(yè)完畢后，應(yīng)在套管保護(hù)下裝藥，并堵塞，起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖3所示。

圖3 起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

4.水下炸礁施工的質(zhì)量控制

港口航道工程水下炸礁施工質(zhì)量水平的高低對于航道工程的使用效果至關(guān)重要，為了保證水下炸礁施工質(zhì)量可以達(dá)到預(yù)期，根據(jù)同類工程項目成功施工經(jīng)驗以及查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，水下炸礁施工質(zhì)量控制措施如下所述：

4.1 合理確定爆破參數(shù)

本工程項目根據(jù)同類工程項目成功爆破參數(shù)以及實際試挖結(jié)果，通過不斷調(diào)整爆破參數(shù)，已獲得合理爆破參數(shù)，保證爆破效果。

4.2 精準(zhǔn)鉆孔定位

精準(zhǔn)鉆孔定位是防止水下炸礁漏礁和重炸的重要手段之一，這就需要相關(guān)人員將炮孔的位置與施工組織設(shè)計偏差值控制在0.2m范圍之內(nèi)，并采用測量精度高的GPS-RTK進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

4.3 減少爆破次數(shù)

對于面積較大的鉆孔爆破，每一次鉆孔爆破之后，邊界巖石的爆破裂縫都會受到不同程度的影響，此保證下一次鉆孔效率和清渣效率。因此，應(yīng)當(dāng)注重和加強(qiáng)對裝炮與接線爆破重視程度，減少和降低爆破次數(shù)，保證爆破效果。

4.4 提高爆破準(zhǔn)確率

大量施工實踐證明，每一個炮孔藥包直接放入至少兩個引爆導(dǎo)爆管，這是有效提升水下炸礁爆破效率的重要方法，在大面積和多炮孔的爆破工作開始之前，必須要進(jìn)行爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，所使用到的炮孔引爆雷管、導(dǎo)線等的材料、線路連接方式以及藥包的防水性能都要進(jìn)行全面考慮，進(jìn)行爆破模擬實驗，以此能夠及時優(yōu)化和完善網(wǎng)絡(luò)設(shè)計；對于流水比較復(fù)雜的爆破區(qū)域，應(yīng)當(dāng)將爆破網(wǎng)線設(shè)置于在方便網(wǎng)絡(luò)連接檢查，防止由于急流造成的導(dǎo)線斷裂而出現(xiàn)的拒爆問題。

4.5 運用微差爆破技術(shù)

套孔裝置應(yīng)當(dāng)使用毫秒延期的微差爆破技術(shù)，盡全力減少最大一段距離炸藥使用量，以此有效降低地震波與水沖擊波對附近建筑物體、船舶安全造成的威脅；對于爆破面積較大的多孔爆破，在運用微差爆破技術(shù)進(jìn)行爆破時，每一個炮孔爆破而產(chǎn)生的地震波，更加有利于延遲破碎和提升機(jī)械設(shè)備的清渣效率。

4.6 改進(jìn)炸藥和雷管裝置

本工程項目水下炸礁延時厚度高、硬度大，綜合考慮到潮起潮落，水深深度應(yīng)控制在25m及以上，由于一般的乳化炸藥難以滿足相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，同時深水水下炸礁在深水中由于受到水壓的作用，爆破的速度和力度都會降低。加之，深水炸礁水漲時水深可達(dá)25m左右，爆速就會降低25%，力度衰減30%，如果不采取針對性的措施，不僅會增加炸藥單耗量，還會導(dǎo)致起爆不全面，傳爆中斷等問題的出現(xiàn)，進(jìn)而出現(xiàn)盲炮、殘炮等，給爆破效果造成較大的負(fù)面影響。為此，本工程項目經(jīng)過對施工現(xiàn)象的實地考察、炸藥生產(chǎn)廠家溝通以及實驗等的多種舉措，最終確定使用一種密度高、性能強(qiáng)炸藥并配合普通乳化炸藥進(jìn)行爆破，取得了良好的效果。

4.7 使用質(zhì)量好的清礁船

清礁船斗的大小、重量對于水下清礁作業(yè)的順利進(jìn)行起著決定性的作用。在通常情況下，清礁船應(yīng)當(dāng)使用8m以上的抓斗船，這樣的清礁船不僅具有良好的清礁抓斗，還具備較強(qiáng)的抗流水能力。

4.8 采用RTK-DGPS 定位和全站儀定位

水下炸礁定位應(yīng)當(dāng)使用RT KDGPS 定位和全站儀進(jìn)行準(zhǔn)確定位，保證實測的孔位與施工組織設(shè)計孔位偏差不超過10cm，對于水流較急的水下炸礁區(qū)域要定期對孔位進(jìn)行復(fù)測。

4.9 確保鉆孔套管長度

保證鉆孔套管長度，可以有效防止瞳孔由于受到水流沖擊而產(chǎn)生的位移以及泥沙淤孔問題的出現(xiàn)，起、落鉆孔前委派專業(yè)人員向爆破人員準(zhǔn)確報告潮位，鉆孔作業(yè)過程中朝位每變化10cm就應(yīng)當(dāng)報告一次水位。與此同時，根據(jù)工程項目實際情況，嚴(yán)密觀察水下地形，結(jié)合實際水深確定各個鉆孔深度，鉆孔作業(yè)完畢之后使用測深繩仔細(xì)檢查孔深，如果未能達(dá)到施工組織設(shè)計，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)下鉆，直至滿足設(shè)計要求孔深停止。

4.10 使用防水性能好的毫秒雷管

（1）為保證本工程項目水下炸礁施工質(zhì)量，在具體施工過程中還應(yīng)當(dāng)使用防水性能好的毫秒雷管以及性能優(yōu)良的抗水乳化炸藥，并對藥包進(jìn)行專業(yè)的生產(chǎn)加工，將炸藥裝滿起爆體，避免拒爆。

（2）嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計要求裝填藥包，通過利用將炸藥下裝于孔底的1.0-1.5m處，根據(jù)工程項目實際情況，嚴(yán)格控制藥量使用，以此更好滿足施工組織設(shè)計要求，保證工程項目施工質(zhì)量。

4.11 其他質(zhì)量控制措施

（1）水下鉆孔爆破的各項爆破參數(shù)滿足施工要求，符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）的有關(guān)規(guī)定；

（2）炸礁邊坡不陡于設(shè)計邊坡，底標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計圖紙要求，并且不小于設(shè)計規(guī)定；

（3）裝藥時配用伸縮性小的防護(hù)繩，將起爆線和導(dǎo)爆管等松弛地綁在防護(hù)繩上，防止折斷；

（4）根據(jù)各鉆孔直徑布置較密的孔排距，盡量避免大塊產(chǎn)生；

（5）保證超挖深度。根據(jù)爆破效果和石渣的粒徑確定超挖深度；

（6）定期對船上定位系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，加強(qiáng)施工過程檢測工作，以防止漏挖、欠挖、超挖，確保工程質(zhì)量。

5.結(jié)語

港口航道工程水下炸礁施工作為一種特殊的水運工程項目，在具體的施工過程，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程項目所在區(qū)域內(nèi)的地形地質(zhì)條件、水文特點以及自然環(huán)境，制定針對性的質(zhì)量控制措施，選擇合理的施工技術(shù)，確定最佳爆破方法，唯有如此才能為水下炸礁施工質(zhì)量奠定堅實基礎(chǔ)。