沉箱近距離水下爆破施工工藝

楊熠棟 楊輝

摘 要：水下炸礁施工技術越來越廣泛用于碼頭水工建設施工，炸礁施工過程中需嚴格控制炸礁振動影響，而近距離炸礁對炸礁施工工藝要求更為嚴格。本文結合加納特碼新集裝箱碼頭項目簡要介紹了沉箱近距離水下炸礁施工的施工工藝和振動速度監測。

關鍵詞：沉箱近距離炸礁 爆破振動速度監測 施工工藝

1.工程概況及施工目的

1.1工程概況

該工程位于非洲幾內亞灣北部加納港口城市特馬，瀕臨幾內亞灣的北側，位于特馬老港現有泊位西側，本工程碼頭為沉箱重力式碼頭，原始水深-8m、-9m，爆破施工內容包括：碼頭基槽及沉箱出運通道水下爆破施工，內港池水下爆破施工。碼頭基槽炸礁設計標高為-18.3m、-19.8m，北邊坡為3：2和2：1，南邊坡為1：1，允許超深0.5m，超寬3.0m；沉箱出運通道炸礁設計標高為-16.9m，內港池炸礁設計標高為-16.9m，邊坡1：1，允許超深1.0m，超寬5.0m。

該工程水下炸礁施工船舶為新港灣16號，其最大鉆孔深度為60m，鉆機數量為10個，鉆桿直徑為152mm。

1.2施工目的

為確保水下爆破施工作業順利開展，避免爆破振動波對沉箱預制場、沉箱出運碼頭和已安放好沉箱結構造成的振動破壞，特編制該項目近距離的水下爆破施工方案。

2.地質條件

該項目土質從上之下依次為松散砂、膠結鈣質土、強風化片麻巖和中風化片麻巖，部分碼頭基槽、沉箱出運通道和內港池的表層松散砂和膠結鈣質土由抓斗船施工，剩下的強風化巖和中風化巖需要進行水下炸礁施工。強風化巖和中風化巖的特性如下：

2.1強風化巖

易破壞的灰綠的、斑駁的、棕黃色的強風化的片麻巖，主要摻合著砂礫、砂質粘土。層厚在3～5m，標貫在50～750擊（N=50/20mm，換算成標準標貫為N=750/300mm），部分巖芯可取長度達10～30cm，可見其堅硬。

2.2中風化巖

灰白色、斑駁的、細至粗粒度的中等風化片麻巖，巖質極其堅硬。內港池巖層較厚，最厚可達5m；部分碼頭基槽巖層較薄，大約為0.4m～0.7m，另外在K0+392、K0+744、K0+845里程亦出現高于設計底標高的中風化巖層。

3.風浪條件

加納特碼項目所在地海域在當地雨季（4月-10月）期間風浪較大，旱季（11月至次年5月）風浪相對較小。波向主要集中在155°N～195°N，該方位內波浪的出現頻率在9 9.9 %以上，其中又以165°N～185°N向波浪的頻率為最高，譜峰波周期的分布范圍寬（4s～20s），其中9s～16s譜峰周期波浪的出現頻率占88.7%。整體風浪條件較差，但在近距離炸礁施工時，外圍防波堤已推進至2400m左右，可對炸礁區域形成良好的掩護，具備良好的鉆孔施工條件。

4.近距離爆破區域及技術要求

近距離爆破施工區域有：

（1）港池CH-45～CH75段的沉箱出運通道和內港池，設計底標高-16.9m，炸礁區域寬約80m，距離沉箱最近距離約為55m。

（2）碼頭基槽及沉箱出運通道CH750 - CH850段，碼頭基槽設計底標高-18.3m，沉箱出運通道設計底標高為-16.9m，炸礁區域寬約115m，距離沉箱最近距離約70m。

5.爆破周邊環境條件

爆破點距離已安放好沉箱最近點為55m，50-100m的距離將采取控制爆破的方式，降低單段炸礁用藥量，達到減小爆破沖擊波對沉箱沖擊的目的。

6.爆破技術方案

（1）鉆孔直徑：152mm。

（2）爆破參數：孔距×排距×超深：3×3×2m。

（3）裝藥量：

炸藥的線密度=20kg/m，根據經驗值裝藥量Q的計算如下：

裝藥量Q=（H-h）q；

公式中：

Q：炮孔的裝藥量，單位kg；

q：炸藥的線密度，單位kg/m，孔徑152mm的孔q =20kg/m；

H：炮孔的總深度，單位m；

h：炮孔的堵塞長度，單位m；

炮孔的堵塞長度與巖石的風化程度有關，微風化巖炮孔的堵塞長度為2m，強風化、中風化巖炮孔的堵塞長度為2.5～3m。

（4）爆破器材及裝藥結構

使用現場生產的混裝乳化炸藥，采用毫秒延期導爆管引爆起爆彈，再由起爆彈引爆主體藥包，主藥藥包為機械裝藥、全耦裝藥結構。

孔深在6m以內需要安裝1個起爆具、2發導爆管，孔深在6m以上需要裝2個、2個導爆管。

（5）爆破安全藥量的計算

安全振速，爆破振動安全距離的計算公式如下：

式中：

R—爆破振動安全允許距離，單位為m；

Q—炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，單位為kg；

V—保護對象所在地安全允許質點振速，單位為cm/s；

K，a—與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，該項目K取250，α取1.5；

該項目的保護對象為沉箱重力式碼頭，沉箱重力式碼頭的安全振速為5～8cm/s，出于考慮安全因素，該項目安全爆破振動速度取7cm/s。

爆破的巖層平均厚度在3m，單孔的裝藥量為60kg，不同距離的安全炮孔分段如表1。

（6）水下爆破沖擊波對周圍建筑物的影響

根據表1所知，水下爆破點和沉箱的最近距離為55m，沉箱為C45混凝土結構，其耐壓強度為45MPa。炸礁振動水壓公式如下：

P—炸礁振動水壓，單位為MPa；

R—爆破點與保護對象之間的距離，單位為m；

Q—炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，單位為kg；

系數K和a，分別取3和1.45；

其中R=50m，Q=72kg，

P = 3*（721/3/60）1.45

=0.0626MPa。

根據水中沖擊波壓力安全控制標準，碼頭的最大碼頭的最大允許水擊波壓力為0. 2 M P a，而P=0.0626MPa≤0.2MPa.

所以，該水擊波壓力對沉箱箱體是安全的。

（7）爆破網路

擬采用毫秒級微差延時爆破技術，同時減少單段起爆藥量，爆破網路采用接力式起爆網路，孔內所有導爆管用同一段別500MS，用地表管統一使用42MS（或67MS）聯接。

7.爆破安全警戒

（1）爆破前1小時需在指定工作群內發布起爆計劃信息，包括起爆時間、地點、單段最大藥量、總藥量；

（2）起爆前30分鐘由鉆機船、警戒船發出警戒信號，錨艇開始進行巡邏警戒，警戒半徑為炸礁船附近450m；

（3）起爆前15分鐘需用手機或甚高頻聯系周邊各單位現場負責人（各施工船舶、交通船船長、潛水作業人員、沉箱預制場現場主管及各警戒點人員等），在各單位現場負責人得到安全確認后方可起爆，起爆前關停警戒聲，吹三次長聲哨；

（4）爆破后確認現場安全情況，若無安全隱患，發布警戒解除信息，結束該次爆破施工。

8.爆破振動速度監測

8.1監測布點設計

根據水下爆破振動傳播規律，以及爆破作業區域周邊建筑物結構特點，選定爆破區西北側的公務員小區內（磚混結構）和沉箱作為該項目的爆破振動速度監測點，監測點如圖1所示（圖中ZD1、ZD2和ZD3）。

8.2 爆破振動測試儀器

爆破振動測試儀器為TC-4850爆破測振儀，中科測控出品，已標定認證。

8.3 爆破振動速度監測

根據2018年8月-10月在上述兩塊炸礁區域進行炸礁施工時，對沉箱上監測點ZD2和ZD3進行爆破振動監測，監測數據均未超過安全振動速度，具體監測數據如表2。

9.總結

沉箱近距離水下炸礁施工需對爆破用藥量進行嚴格控制，該項目通過對爆破藥量的控制，在完成了炸礁施工任務的同時，避免了爆破振動對沉箱箱體的破壞，從而保證了工程的順利施工。

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