預裂爆破技術在岸壁碼頭施工中應用

蔡忠田CAI Zhong-tian；馬原MA Yuan

（①92304部隊，三亞 572000；②92303部隊，青島 266000）

0 引言

我國沿岸島嶼因水深相對較淺，水域面積相對狹窄，建設碼頭選址方面存在諸多不利因素。采用預裂爆破技術，可以徹底解決前沿水深和港池水域不足的問題。預裂爆破具有形成光面、保護巖壁和減輕地震波等作用，用來建造岸壁式碼頭，可以不必筑堰排水，爆破形成的巖壁可不加襯砌，船舶可直接停靠，碼頭具有結構簡單，造價低和施工機具簡單的優點，具有普通重力式碼頭所不可比擬的耐久性、承載力、抗震性、抗風浪、抗沖擊、抗爆炸的能力，因而具有較高的經濟效益和廣闊的發展前景。

1 預裂爆破技術原理

預裂爆破是在主爆區爆破之前沿設計輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，以緩沖、反射開挖爆破的振動波，控制其對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓。一般事先沿著設計輪廓線打一排減小孔距的平行炮孔作為預裂孔，對這些預裂孔減小裝藥量，采用不耦合裝藥，在開挖區主爆破炮孔爆破前，同時起爆這些輪廓線上的預裂孔，就會沿著設計輪廓線先形成一條平整的預裂縫，預裂縫形成后，再起爆主爆炮孔組，以達到爆后壁面平整規則、輪廓線符合設計要求。

預裂爆破的裂縫形成是應力波與爆生氣體共同作用的結果。為了保證預裂爆破成功，必須采用不耦合裝藥法，即藥包直徑小于鉆孔直徑。一般情況下當藥包與孔壁之間存在空氣間隙時，由于空氣的緩沖作用，使孔壁所受壓力大大降低。所以，當不耦合系數M=2.5時，作用在炮孔內壁的最大切向應力只相當于不耦合系數為1時的大約1/16。因此，完全有可能利用現有的常用炸藥，用不耦合裝藥來降低孔壁壓力，把幾萬個大氣壓降到每平方厘米只有幾千或幾百公斤的壓力值。當降低孔壁壓力值小于或極接近于巖石的極限抗壓強度時，便可使孔壁不受爆破壓縮破壞或者只受少量的振動。在利用不耦合裝藥保證孔壁不受破壞的前提下，還需要調整好適合的相鄰炮孔距離或適合孔內裝藥量才能達到成縫的目的。

由于采用小藥卷不耦合裝藥，在該孔連線方向形成平整的預裂縫，裂縫寬度可達1-2cm。然后再起爆主爆炮孔組，可降低主爆炮孔組的爆破地震效應，提高保留區巖石壁面的穩定性，使保留區巖石沿預定的輪廓線留下的光滑平整的巖壁，減少超、欠挖。由于預裂面存在，在爆破過程中，爆炸應力波在預裂面產生反射，使傳到圍巖的應力波減弱，從而減少圍巖的破壞，并可以獲得平整光滑的巖石壁面，大大減少超挖，保持圍巖的穩定性。

2 預裂爆破技術工程實踐

某工程擬建碼頭位于一天然狹長港灣內，一側為孤島式突出巖體，港灣內回旋水域較小。在初步設計方案中，選用兩種方式，一種是按正常方式建設突堤式方塊碼頭；另一種是采用預裂光面爆破技術，將孤島式突出巖體爆除，形成立體巖面，作為碼頭岸壁，根據對海平面以上孤島式突出巖體觀察，擬建碼頭區為粗粒花崗巖，巖石堅硬較完整，節理一般發育，最終選擇預裂爆破技術，在突出巖體爆出直立面作為碼頭前沿面。采用預裂爆破施工使碼頭后方回填量大大減小，施工工期大大縮短，港池水域增大，概算造價降低約220余萬元，取得了巨大的效益。

2.1 爆破器材選擇 爆破選用具有良好防水性能的乳化藥柱，高精度毫秒延時導爆雷管有塑料防水導爆索、電雷管。

2.2 毫秒延時導爆管雷管 毫秒延時導爆管雷管延期時間應搭配科學合理，實現不同間隔時間的大規模逐孔降震控制爆破，延期時間要十分精確，低于1%；杜絕隔段跳段的現象發生。導爆管的連接構件要求設計合理，連接塊操作方便，不同顏色標識，便于區分，爆破作業時可有效縮短爆破作業時間。同時雷管產品就具有優良的理化、力學性能，要求抗沖擊、耐摩擦、抗拉強度高、耐油、耐腐蝕、耐高低溫、抗靜電、抗雜散電流等。網路設計應簡單易行。產品拒爆率低于百萬分之一，傳爆可靠。

2.3 爆破網絡設計 由于本次爆破一次爆破孔數多，為減少地震波等有害效應對擬成形巖壁的影響，采用逐孔起爆的爆破網絡方式。在爆破過程中，借助于高精度雷管的準確延時，通過孔內雷管與地表雷管的合理時間組合，使炮孔由起爆點按順序依次起爆，每個炮孔的起爆都是相對獨立的，當相鄰炮孔的延期間隔選取合理時，相鄰炮孔間的巖石在移動過程中會發生相互擠壓，使巖石進一步破碎，從而保證了較好的破碎效果，也降低了爆破有害效應。

起爆網路聯接形式為在炮孔內一律裝600毫秒延時導爆管雷管，每孔裝兩個起爆體，每個起爆體裝1發雷管；孔間延時采用17ms地表雷管；排間采用42ms地表雷管。最后用75ms導爆管與預裂孔聯接。整個網路連接完畢，最后綁扎兩發電雷管后，用導線引至起爆站，用高能起爆器起爆。

3 預裂爆破技術要點和施工工藝要求

3.1 技術要點 預裂縫能在一定范圍內減小主爆孔組的爆破地震效應，對周圍巖石的破壞比較輕微，保護了巖體的完整性。預裂縫必須貫通，寬度大于5～l0mm。預裂面應保持平整，周邊輪廓成型規整，基本符合設計要求，沒有欠挖量，平均線性超挖量應小于50-100mm，相鄰預裂孔間壁面的不平整度小于正負150-200mm，水工建筑的精度要求小于150mm，鐵路交通隧道挖掘中相鄰預裂孔間壁面的不平整度小于150mm。施工中要根據圍巖特點，合理選定周邊眼的間距和最小抵抗線，盡最大努力提高鉆眼質量；要嚴格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長均勻分布；對周邊眼宜使用小直徑藥卷和低猛度、低爆速的炸藥；為滿足裝藥結構要求，還可借助導爆索來實現空氣間隔裝藥。起爆時應采用毫秒微差有序起爆，要安排好開挖程序，使光面爆破具有良好的臨空面。邊孔直徑應小于等于50毫米。

3.2 施工工藝要求 鉆孔質量是預裂爆破質量控制的關鍵。為保證爆破質量，必須嚴格控制鉆孔的開孔誤差，使炮孔保持在同一平面上，鉆孔方向正、角度精，開孔偏差不大于5cm，由于預裂孔的質量直接影響此次工程的質量，鉆孔時必須保證鉆孔的垂直度，炮孔垂直度誤差小于1度。布孔時由測量人員與爆破工程師根據設計以及現場情況進行布孔。鉆孔時采取一人鉆孔一人校核的專人分工模式，及時調整鉆孔角度和精度，確保鉆孔質量。裝藥前要進行清孔和測量，做好每個孔裝藥量計算表和裝藥結構圖，確保每個孔裝藥準確無誤。

要嚴格控制裝藥量，通過現場試驗及時調整炮孔的合理裝藥量及保證合理的裝藥結構。

應加強爆破網絡質量檢查，聯網跟網絡檢查應分組負責，防止錯聯、漏聯，確保準爆，影響爆破質量及爆破安全。加強網絡保護，導爆索和前排主炮孔地表導爆管雷管必須采取覆蓋措施，防止炸斷或被飛石砸斷。

臨空面清理質量是影響預裂區爆破質量的關鍵因素之一，因此加強臨空面的清理，前面臨空面底標高應比后排爆破區域標高低。

爆破時應加強安全管理，嚴格執行警戒規定，通過計算爆破引起地震速度，水中沖擊波和飛石對人和建筑物的安全距離，確定爆破警戒范圍，必要時爆破監測確定。

[1]吳黎明.預裂爆破在施工中的應用[J].科技資訊,2008(12).

[2]孫士國,鄧婷.預裂爆破在實際施工中的幾大問題分析[J].水利水電技術,2006(06).

[3]凌偉明.巖石爆破炮孔孔壁壓力的試驗研究[J].礦冶,2004(04).