復雜環境中厚巖層水下炸礁施工工藝控制

李乃師

摘 要：以國投湄洲灣第二發電廠2×1000MW機組工程取排水項目（含循環水泵房土建）工程為例，主要對復雜環境中厚巖層水下炸礁施工的地震波控制及安全措施做淺析。

關鍵詞：水下炸礁 振動速度 欲裂鉆孔

1.工程概況

1.1工程位置

國投湄洲灣第二發電廠2×1000 MW機組工程位于湄洲灣東埔鎮塔林村，在湄洲灣電廠一期工程和湄洲灣煤炭碼頭一期工程北側海岸。

1.2工程量及周邊環境

該工程基槽的炸礁設計底標高為-10.02m～-18.05m，炸礁工程量約為25萬m3，炸礁厚度約為3m～16.8 m。

排水基槽南側有已建國投湄洲灣一期煤炭碼頭，距離該碼頭T2樓最近距離為688.5米；距離太平洋電廠碼頭709.5m；距離太平洋電廠循環水排水口540.4m；距已建廠區西側圍堰293.3米；排水基槽爆破區距離最近的村民民房682.4米。爆破周邊環境復雜，控制要求難度大。

設計低水位-2.83m，設計高水位+4.17m，平均潮位0.63m，增加施工難度在于低潮時部分岸灘裸露無法鉆孔和爆破施工。炸礁區巖層較厚，最大炸礁厚度16.8m，單孔裝藥量達到120kg，對炸礁工藝控制要求非常高，所以厚巖層水下炸礁的重點是控制爆破振動，保證周邊環境的安全。

2.炸礁施工工藝

2.1施工安排

本工程采用一艘樁腿式和兩艘漂浮式炸礁船進行水下鉆孔、裝藥、爆破施工；巖面較高的區域先預鉆孔，插入管子封堵管口，最后再爆破。清礁為一艘6m3抓斗船配兩艘1000 m3泥駁。

2.2水下炸礁施工工藝流程

鉆爆船定位→水下鉆孔→加工炸藥體、裝藥堵塞→起爆網絡聯接→鉆爆船撤離→警戒起爆→檢查完成，依此工序循環至炸礁工程完成。

3.炸礁施工方法

3.1 測量定位

炸礁船采用RTK定位儀定位，漂浮式艏艉各拋設八字錨，錨纜長約200m，樁腿式下四根鋼樁。

3.2 孔位布置

孔位布置采用梅花形布孔，定位時，實際位置和設計位置在誤差范圍（0.2m）內為止。

3.3 鉆孔

施工時根據開挖底邊寬度和巖層厚度、邊坡等參數確定鉆孔底寬進行炮孔布置，采用潛孔沖擊鉆鉆孔，要求一次鉆至設計標高。

3.4 爆破參數選取

執行首件（段）制開展典型施工，選用3組孔網參數（3.0 m×2.5m、2.5m×2.5 m、2.5 m× 2.0m）進行試爆試驗，比較爆破過程和結果擇優選取后續爆破參數如下：

孔距a：取a=2.5m；排距b：取b=2m；孔徑d：球齒釬頭外徑125mm，因此孔徑d=115～125mm。

超鉆深度Δh：計算公式√（a2+b2）/2=2.5m，本工程超鉆深度Δh 取3m。

藥柱直徑D：選用高能乳化炸藥，藥柱直徑D=90mm。

所選取的技術參數必須通過實時監測，針對不同地質情況，對爆破參數進行調整。

3.5 裝藥和堵塞

炮孔鉆完后必須要核對設計標高，再由專人裝入炸藥體。炸藥要裝滿炮孔，根據孔深加工相應長度的炸藥體，長度<3m時在炸藥體中間裝一個起爆體；長度≥3m時在兩端均勻裝兩個起爆體。

炮孔裝藥量計算公式為：

Q=q·a·b·H

式中：Q─炮孔裝藥量，kg；

q─炸藥單耗，kg /m3，取q= 1.97kg/m3；

a、b、H─孔距、排距、孔深，m；

裝藥完畢，達到要求后采用砂袋或者碎石袋進行堵塞，堵塞厚度為不少于0.5m。

3.6 起爆網路設計與聯接

選用的藥體直徑90㎜，每節長度40cm，重量3㎏，非電雷管做擊發元件，選用雷管段別為3ms、10ms、15ms；非電導爆管為傳爆元件，采用非電雷管毫秒微差起爆網路，能有效降低爆破引起的振動速度，孔內為毫秒微差導爆管雷管，孔外為非電導爆管雷管連接到炸礁船上的起爆器。

3.7 爆破警戒和起爆

起爆前，通報港區碼頭等有關單位，水上派出警戒船在外側水域巡邏警戒，提前疏導過往船舶、告知預計起爆時間；岸側警戒范圍為爆破點方圓500m，警戒人員提前30分鐘就位警戒。

爆破員聯接好起爆網路后拉響警報，全部船舶移至安全范圍外，確認安全信號后，下令起爆。

3.8 震動監測

根據《國投湄洲灣第二發電廠取排水工程施工安全協議書》要求地震波速度≤0.2cm/s，按照業主要求，聘請武漢大學進行測振工作，確保振速不超標。設置4個監測點，距離爆破點最小距離500m。

典型施工開始最大單響藥量為51kg，采用兩孔一響的毫秒微差起爆網絡，監測結果顯示4#測點（距離250m）最大振速為0.35cm/s，距離500m外其他測點均<0.2cm/s。由波形圖分析可知，存在部分時段實際單響藥量過于集中，不利于削峰減振。第二次將起爆網絡改為單孔單響，最大單響藥量為54kg，監測結果顯示爆破振速均在0.1cm/s以內，滿足各方的要求。之后采用逐級提高單孔裝藥量進行試爆，獲取相關參數確保后續爆破振速不超標。

3.9預鉆孔施工

巖面較高的區域（A1區低潮裸露）巖層厚度最大約16.8m，利用施工間歇期預鉆孔，鉆孔完畢后插入PVC管，然后封堵管口防止雜物堵塞，等其他區域完成后，乘高潮定位，低潮裝藥，爆破時間選在大潮位高平潮進行。

4.危險源評析及安全控制方案

4.1水下爆破地震波

（1）風險分析：水下爆破的危害地震波主要有三個：一是爆破直接形成的地震波；二是水體沖擊地面引起的地震波；三是氣體脈動水壓力引起的地震波。

根據《爆破安全規程》地震波安全距離計算公式：

Q—微差起爆時指最大單響裝藥量；

R—被保護建（構）筑物的安全距離，m；

V—允許爆破地震安全速度，本工程取1.5cm/s。

K.α—地形、地質的爆破系數和衰減指數，本工程礁石為花崗巖取K=150，=1.5。

當地要求爆破地震安全速度根據《國投湄洲灣第二發電廠取排水工程施工安全協議書》取0.2cm/s，而本工程單孔裝藥量最大120kg，按照專家評估意見取K=49.63，α=1.17。村莊最近的民房實際距離在600m以上，計算得出，120kg最大裝藥量的安全距離為549.3m，采用分段微差爆破，爆破地震波能滿足要求。

（2）預防和防護：①熟悉地質條件，為編寫爆破施工方案提供依據。②嚴格按典型施工總結指導作業，逐步優化爆破參數和方案。③嚴格執行監測方案，確保安全振速不超標。④嚴格執行毫秒微差爆破網絡的連炮要求。

4.2水中爆破沖擊波

（1）風險分析：炸礁區域離岸近，爆轟波會引發強烈的沖擊波，且其在水中減弱慢，影響距離遠。根據相關規范要求，單次爆破藥量Q≤1000kg時，沖擊波安全距離為：木船250m，鐵船150m，客船1500m，游泳和潛水人員分別為1100m、1400m。本工程單次起爆藥量都≤1000kg，按此項執行。

（2）預防和防護：①嚴格按照典型施工總結指導作業；②加強各崗位人員的溝通，嚴格警戒。

4.3爆破飛散物

（1）風險分析：爆破飛散物主要指破碎巖石和被爆炸擊碎的其他物體碎塊。按照相關規范規定，爆破點在6米以上深水水域時可以不考慮飛散物的影響；水深在1.5～6米時，安全距離不小于200m。本工程基槽大部分礁石區域高潮時水深在6m以上，小部分礁石區域高潮時水深也在4.5m以上，只要爆破時選擇在大潮高潮水位，可不必考慮飛散物影響。

（2）預防和防護：①確保在高潮水位時爆破；②加強各崗位人員的溝通，提前疏散船只和人員。

5.結束語

本工程的礁石巖層超厚，單孔藥量較大，周邊環境特別復雜，當地對炸礁施工的要求又特別嚴格，但是通過專家的評審指導，實行典型施工和振動監測的不斷試驗，不斷的調整施工參數和起爆網絡，有效的控制了爆破地震波，滿足爆破安全要求。同時，采用在炸礁區邊緣的礁石預鉆一定數量的預裂孔，以達到削弱爆破地震波的作用，已開挖好的取水基槽深度在10m～12m，對排水基槽超厚巖層炸礁產生的爆破沖擊波也起到了緩沖作用，進一步減小了對岸側環境特別是老舊房屋的影響，也總結了相關的施工技術經驗。

參考文獻：

[1]長江重慶航道工程局.水運工程爆破技術規范： JTS 204-2008[S].北京.人民交通出版社. 2008.