水下爆破工藝的應用與安全控制

黃東

摘要：文章以欽州茅尾海某重力式碼頭水下基槽爆破開挖施工為例，針對工程鄰近建筑物密集、周邊水域海養多、紅樹林保護區限制、漁船活動頻繁等因素，采用優化藥量、微差爆破、安全預控等措施，取得較好的爆破施工效果及安全指標。

關鍵詞：水下爆破;安全控制;爆破參數

中圖分類號：U615.6 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.056

文章編號：1673-4874（2019）09-0197-03

0引言

水運工程航道疏浚、碼頭基礎開挖等施工遇到巖石的情況較多，常規疏浚挖泥船無法開挖硬土層，或者開挖成本很高，而使用水下爆破是有效的疏浚方法。

近年來，隨著材料和工藝的技術創新，水下爆破工藝越來越成熟。同時，在一些特定的工程中，由于環境因素的不同，對于爆破的主要控制目標，特別是安全控制方面，要求有更大的可靠系數，需要依據實際情況進一步優化工藝，加強對危險因素的提前預見，確保實現安全、高效的爆破施工。

1爆破場地環境分析

擬建碼頭為重力式方塊碼頭，主體墻身采用無底空心方塊，拋石基床。根據地質勘察資料顯示，碼頭基礎以及停泊水域硬土質層為強風化至中風化泥質粉砂巖，其上覆蓋層為淤泥層及中粗砂層。中風化基巖為較硬-堅硬狀態，以泥巖為主，局部含泥質粉砂，按疏浚巖土工程分級相當于巖石類15級，需水下爆破方可開挖，爆破后可用抓斗、鏟斗、挖泥船疏浚。

工程相鄰有新建重力式碼頭且附近有居民集中區，周邊水域為傳統大蠔養殖區及紅樹林保護區，附近漁船活動頻繁，對爆破作業有很大的制約，必須在利用已有經驗數據的情況下，最大限度地對爆破工藝進行優化，并在確保取得爆破開挖效果的同時，最大限度做好安全控制工作，保證全過程絕對安全生產。

2爆破參數確定

針對較復雜的施工影響因素，特別是;中擊波及涌浪對海養大蠔幼苗的影響，以及對相鄰碼頭的破壞等情況，為既能達到爆破施工效果，又能確保安全環保施工，結合工程經驗及實際環境，對爆破參數優化。

2.1鉆孔參數確定

根據巖石特性及地質構造，結合類似工程的經驗，為保證爆破效果，采用較小的孔排距，鉆孔參數采用炮孔間距=2.3m，炮孔排距=2.0m，各排炮孔距形布置，水下爆破鉆孔直徑為110mm。同時，為確保清渣全面，不留殘余巖石，采用超深鉆孔工藝，根據工程經驗并結合現場的特點，超鉆深度Δh按1.5m考慮。

2.2 火工品種類選取

水下爆破由于炸藥在水中的浸泡時間較長，為獲得較好的爆破效果，采用防水性能較好、安全且污染少的乳化炸藥。藥卷直徑為90mm，長度為40cm，藥卷用塑料袋包裝。采用起爆器作為擊發元件，工業數碼電雷管為傳爆元件及起爆元件，采用分段微差爆破以減小爆破地震波和水下沖擊波.

2.3單孔裝藥量計算

根據《水運工程爆破技術規范》，單孔裝藥量可按式（1）計算：

Q=q×a×b×H（1）

式中：Q為單孔裝藥量kg;q為水下鉆孔爆破單位炸藥單耗量，爆破土質屬軟巖石或風化石，則水下鉆孔炸藥單耗量取為1.72kg/m;H為鉆孔深度，包括計算超深值（m），H=H+Δh，H，為設計爆層厚度，按地質勘察資料，巖層最大厚度約2m。

綜上數據代入（1）式計算得單孔裝藥量Q=27.7kg。按最大鉆孔深度為3.5m，70%裝藥計算裝藥高度為3.0m×70%=2.45m，每節乳化炸藥標準尺寸為長度0.4m、重量3kg，則實際裝藥節數為2.45÷0.4m≈8節，實際單孔最大裝藥量為3kg× 8節=24kg。在實際施工中，單孔裝藥量應根據爆破效果、鉆孔深度、地形地質條件，特別是初期作業時對相鄰碼頭的影響觀測結論進行適量調整.

2.4 裝藥工藝

為防止碎石堵孔及泥沙回淤，鉆孔完成后應立即裝藥。裝藥前，應先用裝藥桿檢查鉆孔的質量。采用竹片、繩子等材料將炸藥加工成長度<2m的藥柱，以便裝藥。根據單孔裝藥量，現場決定采用起爆體的個數。當藥柱長度<2m時，用一個起爆體（2發同段別雷管），當藥柱長度>2m時，采用兩個起爆體。確認炸藥到達孔底后采用泥沙進行炮孔堵塞，并保證堵塞長度≥0.5m。

2.5爆破網絡聯接設計

（1）為確保爆破點附近建筑物和船舶的安全，實施微差爆破起爆法以減少爆破產生的地震波影響，起爆網路采用復式并串聯起爆網絡（見圖1）。

（2）采用微差分段爆破的方法。由于前排爆碴對后排巖塊的拋出起了阻礙作用，因此需要采取合適的時間間隔，使后排爆起的巖塊與前排爆起的巖石相互碰撞，增加巖石破碎度，而且前排孔爆破后，為后排孔提供了自由面，提高了爆破效果.此外，合適的爆破時間間隔，有利于巖石的拋擲，同時避免了爆破引起地震波疊加，有利于減小震動效應。

（3）每1個孔為一個段別，則最大段別裝藥量為24kg×1=24kg，每鉆好3排起爆一次，則一次起爆總藥量為24kg×18=432kg。一次爆破的所有炮孔設計與基槽軸線一致，以使爆破形成的漏斗滿足邊坡設計要求。

（4）總裝藥量接近設計要求時，連接爆破網絡，并安排警戒船舶和人員進行爆破警戒，鉆爆船移至安全區域，確認各方安全后起爆。

3安全生產控制

3.1爆破地震安全距離驗算

因擬建碼頭相鄰就是已建新碼頭，故為確保爆破地震不破壞已建碼頭及附近構筑物，需嚴格掌握安全距離參數，同時因環境因素不同，適當考慮富余量。爆破地震安全距離根據式（2）進行驗算：

R=（K/V）×Q （2）

式中：R為爆破地震安全距離（m）;y為爆破地震安全速度，根據爆破工程規范和現場實地查勘情況，鄰近已建碼頭沉降破損嚴重，且存在貫穿性裂縫，則爆破振動安全速度允許值選取2.5cm/s;K、α為與爆破地形、地質有關的系數和衰減指數，根據地質實際情況，K取250，α取1.5。

上述參數代入式（2）計算，R=（X/V） Q，=37m。故當最大段藥量為24（kg）時，爆破點到周圍建筑物的安全距離為37m，即在此距離之內需要進一步控制藥量及采用微差爆破，并考慮結合其他工藝開挖，確保相鄰碼頭結構安全。

3.2 水中沖擊波

根據規范，在水深<30m的水域內進行水下鉆孔爆破時，水中沖擊波對施工船舶的安全距離取100m。

水下沖擊波對蠔排幼苗影響較大，雖然部分海養蠔排已經遷至理論安全距離，但經常有移動或新增蠔排靠近施工區域。為防止出現不確定風險及索賠情況，同時為保證紅樹林區域生物安全，采用氣泡帷幕技術減少對蠔苗的沖擊波。

3.3安全生產措施

（1）爆破振動監測措施

進行爆破測試，包括對采用減震技術措施后的爆破進行震動測試，然后根據測試的結果分析制定被保護目標的最大安全藥量以及檢驗所采用減震技術方法的效果。

在爆破施工過程中，用爆破振動測試儀器對相鄰碼頭、鄰近住宅區及紅樹林保護區等區域布控測點，對其振動速度進行監測。在監試過程中要確保記錄數據詳盡全面，以便更好掌握被保護目標的震動特征。對所得數據進行回歸分析，以指導裝藥量的調整及爆破施工控制。

（2）安全工藝控制

為了更好地控制爆破震動，保證施工的安全，在爆破施工中應做好控制措施。①采用毫秒延時微差爆破施工，減少單段別使用藥量，降低地震波和;中擊波的影響，爆破后及時清礁，創造更多臨空面，減小炮孔側面最小抵抗線，避免下次爆破時限制爆破，減小震動傳輸。②減小裝藥密度，嚴格按照要求裝藥，單段藥量不能超出最大允許單段藥量。③設計鉆孔直徑為110mm，為了增大不耦合系數，并要求保證爆破效果，擬使用φ90mm的藥柱，不耦合系數為1.22。④爆破施工前，對可能影響的主要安全保護物進行調查取證，以便進行爆破前后對比。施工過程中布設觀測點，用儀器進行地震及位移觀測，并分析結果以指導藥品的增加量。

（3）安全管理控制

成立安全生產責任管理小組，建立嚴格的安全管理制度及實操流程。確保爆破物品采購、運輸、存儲、領料、轉場運輸、裝藥施工全過程專人負責。作業人員必須持有效證件上崗。根據環境實際，并按海事部門要求嚴格做好警戒、調度、通航維護工作。

4 結語

本工程施工結合不同的工程環境影響因素，通過優化爆破工藝以及在相應環境下爆破安全控制，取得較好的爆破開挖效果，并有效保障了各項防護目標的安全，可為類似工程提供一定參考。