陳建勇

(廣西八桂工程監(jiān)理咨詢有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

隨著內(nèi)陸航道、港口等水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，河道疏浚工程日益增多，對于水下礁石分布復(fù)雜且?guī)r石較硬的情況，為保證航道正常通行過程不受影響，必須應(yīng)用水下鉆爆疏浚施工技術(shù)。水下鉆爆施工技術(shù)在應(yīng)用過程中主要面臨復(fù)雜水下地形、施工環(huán)境、開挖難度、較大的爆破施工過程控制難度以及爆破飛石、揚(yáng)塵對環(huán)境污染的控制問題[1]，歷來是爆破施工的難點(diǎn)。雖然，水下爆破施工工藝及安全技術(shù)得到長足進(jìn)步，但是因?yàn)槭┕きh(huán)境各異，在具體施工中又面臨諸多新情況和新問題，仍存在鉆爆船定位、炮孔堵塞、裝藥不便等關(guān)鍵技術(shù)需要研究和解決。

1 工程概況

來賓至桂平2 000噸級航道工程起點(diǎn)位于來賓港興賓港區(qū)賓港作業(yè)區(qū)，終點(diǎn)位于桂平兩江匯流口，整治里程193.9 km，按內(nèi)河2 000噸級雙線航道通航標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，通航保證率為98%。其中，來賓港興賓港區(qū)賓港作業(yè)區(qū)至大藤峽水利樞紐段長182.7 km，航道設(shè)計(jì)尺度為3.5 m×80 m×550 m(水深×寬度×彎曲半徑，下同)；大藤峽水利樞紐至桂平兩江匯流口段長11.2 km，航道設(shè)計(jì)尺度為4.1 m×80 m×550 m。此次主要以高書洲、磁灘、葫蘆峽、菊蘆洲、大步灘等處礙航灘險為整治重點(diǎn)。

本標(biāo)段主要施工范圍為來賓市紅水河G72泉南高速公路馬灘紅水河特大橋至大灣鎮(zhèn)河段，河段位于紅水河下游，長度為72.255 km，屬于當(dāng)前紅水河通航最繁忙的航段。本河段地形地貌主要為石灰?guī)r峰林殘蝕低丘平原，地形地勢平坦，兩岸丘陵平原臺地較為廣闊；河道水流也較上游天然河道平緩，流量更為充沛；河谷呈低矮“U”型，谷寬約300～400 m；河床普遍為石灰石質(zhì)河床，局部淺灘段如磁灘、秤鉤灘等為砂卵石覆蓋的石質(zhì)淺灘。

2 施工方案

本次航道整治水下爆破作業(yè)區(qū)主要為水陸交接或水下環(huán)境，巖質(zhì)為石灰?guī)r，溶洞發(fā)育，炮孔內(nèi)充水。爆破器材使用防水效果良好的2#巖石乳化炸藥以及塑料導(dǎo)爆管雷管。

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》(JTS 204-2008)及地質(zhì)勘察成果，石灰石質(zhì)河床開挖邊坡取1∶1，礫巖取1∶1.5，每邊計(jì)算超寬值均按1 m設(shè)置，超深值則按0.4 m(水下爆破)或0.2 m(陸上爆破)設(shè)置。對于部分灘段，為改善流態(tài)和航行條件，酌情進(jìn)行局部石角切除或航道邊線附近礁石炸除處理[2]。

在設(shè)計(jì)斷面圖1中，點(diǎn)劃線表示疏浚和設(shè)計(jì)斷面；雙點(diǎn)劃線表示陸上爆破和陸上開挖卵石的計(jì)算工程量斷面；虛線表示水下鉆爆和水下疏浚工程量計(jì)算斷面。H1為底高程；H2為大藤峽蓄水前現(xiàn)狀的最低通航水位；H3為陸上、水下鉆爆分界線；H4為大藤峽蓄水后的最低通航水位(二期蓄水后)；Δb為施工計(jì)算超寬值，取1.0 m(水下爆破)或0.0 m(陸上爆破)；Δh為施工設(shè)計(jì)超深值，取0.4 m(水下爆破)或0.2 m(陸上爆破)；m為鉆爆邊坡系數(shù)，石灰石質(zhì)河床開挖邊坡m=1，礫巖m=1.5。

圖1 設(shè)計(jì)斷面圖

3 施工參數(shù)的選取

本工程巖質(zhì)為中風(fēng)化石灰?guī)r，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及類似工程水下爆破施工經(jīng)驗(yàn)，采用ZQ100型潛孔鉆機(jī)鉆爆船施工。考慮到各個灘點(diǎn)厚度不同，施工礁盤部分區(qū)域爆破厚度約為2 m，個別區(qū)域厚度甚至達(dá)到8 m，平均厚度約5 m，故可一次進(jìn)鉆至設(shè)計(jì)深度；采用垂直鉆孔形式、梅花形布孔。布孔平面圖見圖2。炮孔直徑D=100 mm；藥卷直徑d=90 mm；藥卷長度400 mm；藥卷重量3 kg/節(jié)；根據(jù)規(guī)范，孔距a=(20～30)D，本工程孔距取a=2.5 m；排距b=(0.8～1.2)a，本項(xiàng)目排距取b=2.3 m；鉆孔超深暫定為1.5 m，并結(jié)合試爆效果再適當(dāng)做調(diào)整；炮孔填塞長度L>0.5 m。

圖2 布孔平面圖

根據(jù)《水運(yùn)爆破技術(shù)規(guī)范》，單孔裝藥量為單位炸藥消耗量、炮孔間距、炮孔排距、爆破巖層厚度等值的乘積，而中風(fēng)化巖位炸藥消耗量為1.72 kg/m3，2#巖石乳化炸藥換算指數(shù)取為1.23，所以考慮到炸藥換算指數(shù)后單位炸藥消耗量為1.72×1.23=2.12 kg/m3。結(jié)合工程實(shí)際，裝藥量必須達(dá)到設(shè)計(jì)鉆深的67%～75%[3]。此外，還應(yīng)考慮藥卷規(guī)格和加工便利等方面的因數(shù)，本工程水下鉆爆裝藥量按表1取值?？紤]到加工的方便性，應(yīng)采用整卷藥條，故實(shí)際裝藥單耗與設(shè)計(jì)單耗存在出入。

表1 水下鉆爆孔深和炸藥量等參數(shù)取值表

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 鉆孔

本航道整治工程主要采用兩條直徑為1.0 m、長度為12.0 m的鋼浮筒為載體，將槽鋼焊接于鋼浮筒兩端補(bǔ)延2.0 m并焊接工字鋼、槽鋼，使兩個浮筒牢固連接，在動水涌浪情況下自制而成水下鉆爆鉆孔作業(yè)平臺。兩個浮筒距離4.0 m，工作平臺長15.0 m，寬6.0 m，能夠?yàn)?臺潛孔鉆機(jī)同時施工提供平臺。作業(yè)平臺的固定通過6～8根綁扎100 m長度錨繩的鐵錨完成。

本航道整治工程采用ZQ100型潛孔鉆機(jī)并結(jié)合水上拼裝式作業(yè)平臺展開水下鉆爆施工。水下鉆爆施工船的位置通過船置GPS接收機(jī)+測深儀定位技術(shù)控制，保證船首尾方向平行于海岸線方向，鉆爆船方向的定位主要借助四纜側(cè)錨實(shí)現(xiàn)，將邊纜兩側(cè)的拋出距離控制在150～200 m范圍內(nèi)，錨索前后投擲距離可在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上適當(dāng)延長。拋錨船工作過程中應(yīng)安排錨船艇予以協(xié)助。當(dāng)平臺船開始鉆孔施工后，在孔位上安裝套管，將套管內(nèi)鉆頭降至礁石后再鉆孔施工。鉆孔施工過程中，將作業(yè)平臺兩側(cè)4根鋼管柱下端插入水底，再借助手拉葫蘆將作業(yè)平臺升起至離開水面，平臺支撐于鋼管柱上，使鉆孔施工可在完全不受波浪影響的情況下進(jìn)行。移動作業(yè)平臺時，只要提升鋼管柱，使平臺漂浮在水面，拉動錨繩從而將平臺移動至設(shè)計(jì)作業(yè)位置。鉆孔施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)炮孔深度進(jìn)行，完成鉆孔后應(yīng)立即取出鉆具并驗(yàn)孔，無誤后裝填炸藥，按設(shè)計(jì)要求起爆并填塞，捋直導(dǎo)爆管雷管腳線后將套管提起。

4.2 裝藥

為避免炮孔被碎石和淤泥堵塞，應(yīng)在鉆孔結(jié)束后立即裝藥。藥包主要由三塊竹片夾住炸藥而形成，裝藥時必須保證相鄰藥包緊密連接，達(dá)到傳爆過程的穩(wěn)定。結(jié)合炸藥總長將導(dǎo)爆雷管插入炸藥1/3處，通過密封膠帶包裹牢固。藥包被竹片夾住后，通過裝藥棒將炸藥輕輕推入藥包內(nèi)，以使藥包底部完全與爆破孔底接觸，依據(jù)孔深，在孔口預(yù)留一定填塞距離。本工程爆破孔口填塞物長度為1.5～3.1 m，且主要為碎石或砂子。

4.3 起爆網(wǎng)絡(luò)

本航道整治工程使用串聯(lián)逐孔起爆技術(shù)，即使用塑料導(dǎo)爆管雷管起爆及“一把抓”簇聯(lián)連接方式，每孔裝入1發(fā)工業(yè)數(shù)碼電子雷管，每次起爆6排，每排6孔；使用集中控制器(起爆器)起爆工業(yè)數(shù)碼電子雷管的起爆網(wǎng)路。起爆網(wǎng)路傳爆次序見圖3。工業(yè)數(shù)碼雷管延時時間可進(jìn)行設(shè)定，考慮到施工工期及安全性，本爆破方案孔與孔間的延時按50 ms設(shè)置。

圖3 起爆網(wǎng)路傳爆順序示意圖

5 鉆爆施工效果

本次航道整治工程水下鉆爆施工后檢查結(jié)果顯示，全部炮孔均被引爆，不存在殘炮和盲炮，且爆破后的礁石破碎塊度十分均勻，無淺點(diǎn)，鏟裝方便，巖石破碎效果良好。

為進(jìn)行爆破振動監(jiān)測，確保爆破施工區(qū)域建筑群安全，在爆破前還進(jìn)行了監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置，并在監(jiān)測點(diǎn)安裝TC-4850專用監(jiān)測設(shè)備。本工程共設(shè)置A～E個測點(diǎn)，分別進(jìn)行磚房、木質(zhì)瓦房、磚混框架建筑、磚混結(jié)構(gòu)及木質(zhì)框架建筑等受爆破振動影響的監(jiān)測，各測點(diǎn)和爆炸源的直線距離分別為69 m、123 m、134 m、108 m和115 m。由于測點(diǎn)A與爆炸源直線距離最近，故本文主要進(jìn)行測點(diǎn)A振速區(qū)線的典型分析，監(jiān)測點(diǎn)A各個方向的振速均存在數(shù)個高峰，但均隨時間推移而逐漸衰減，最終趨于零。包括A在內(nèi)的各監(jiān)測點(diǎn)振速最大值分別為0.978 cm/s、0.806 cm/s、0.673 cm/s、0.932 cm/s、0.876 cm/s。結(jié)合《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)相關(guān)規(guī)定，一般民用建筑物安全振速允許值應(yīng)控制在1.5～2.0 cm/s范圍內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，本工程各監(jiān)測點(diǎn)振速均在1.5 cm/s以下，故水下鉆爆施工所產(chǎn)生的振動對周邊民用建筑造成的不利影響相當(dāng)有限。

6 結(jié)語

通過水下鉆爆技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了平原地區(qū)通航河道無法斷流停航情況下展開航道整治施工的難題，施工過程不會對航道正常運(yùn)行及汛期行洪產(chǎn)生任何影響，施工質(zhì)量、安全及工期得到保證。本工程通過采用船置GPS接收機(jī)+測深儀的三維水深測量技術(shù)、作業(yè)平臺設(shè)置、串聯(lián)逐孔起爆+簇聯(lián)連接方式等手段，對傳統(tǒng)鉆爆施工技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，取得了較好的效果，使標(biāo)段河道疏浚治理達(dá)到了預(yù)期要求，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。