關于福州港三都澳港區漳灣作業區10#泊位工程碼頭基槽炸礁礙航影響的評估

趙 敬

(廈門海洋職業技術學院，廈門 361022)

1 工程概況

本工程處于寧德三都澳內西北部，與漳灣作業區9#泊位相鄰。碼頭泊位等級為4 萬噸級，水工結構按照靠泊5 萬噸級散貨船進行設計，預留有滾裝船靠泊功能。 裝卸貨物以鋼材、石材、化肥、機電等為主，年吞吐量設計為145 萬t。 陸域形成總面積約9.47 萬m2。

2 工程平面布置

2.1 工程總平面布置

本工程10# 泊位水工主體為重力式沉箱結構， 呈滿堂式布置（圖1)。本工程毗鄰已建的漳灣作業區9# 泊位，碼頭前沿走向為111.3°～291.3°。碼頭為滿堂式布置，前沿線布置在9# 泊位東側延長線上，總長234 m。 碼頭面高程為9.1 m(當地理論最低潮面，下同)，碼頭平臺長200 m，寬30 m。 10# 泊位碼頭東側端部布置一個系纜墩，通過鋼便橋與碼頭平臺之間進行聯系。 系纜墩平面尺度為10 m×10 m，鋼便橋平面尺度為24 m×2 m。

圖1 本工程10# 泊位總平圖

陸域由前后方堆場組成， 形成總面積約9.47 萬m2。前方堆場與碼頭前沿作業平臺相連，南側為新建駁岸，西側與9# 泊位相鄰，面積約1.91 萬m2；后方堆場東側、北側為新建護岸，西側與9# 泊位相鄰，面積約7.56 萬m2；陸域面高程為+9.01 m。

2.2 工程水域平面布置

本工程10# 泊位碼頭前沿停泊水域寬度為65 m，設計底高程-13.7 m，滿足5 萬t 及船舶靠泊要求。本工程回旋水域為橢圓形布置，與8#、9# 泊位共用，長短軸分別為669 m、446 m，設計底高程為-10.0 m。

2.3 工程結構型式

本碼頭持力層為卵石或中風化花崗巖，水工主體采用重力式沉箱結構。 由于本工程基槽拋石較厚，標高-17.7 m以下拋石基礎拋填5～300 kg 塊石， 標高-17.7 m 以上拋石基床拋填10～100 kg 塊石，基床頂面高程-13.7 m。

如圖2 所示，碼頭基床上放安放鋼筋砼沉箱。沉箱上方現澆C30 砼胸墻。 沉箱用10～100 kg 的拋石棱體進行回填。工程系纜墩長×寬×高=10 m×10 m×2.5 m，采用4 根直徑2 m 灌注型嵌巖樁， 樁基進入中風化花崗巖有效深度不小于8 m。 墩臺通過鋼便橋與碼頭平臺連接。

圖2 碼頭結構立面圖

3 基槽爆破工藝

3.1 基槽炸礁

本工程基槽炸礁約2 萬m3， 采用炸礁船鉆孔爆破，抓斗挖泥船清礁工藝。 基槽炸礁區域(圖3)位于系纜墩，緊鄰泊位東側已有山體。 高潮位時，水深約6～20 m，炸礁設計底高程-13.7 m，炸礁前沿線區域與港池設計底標高齊平。

工程準備1 艘600t 炸礁船進行炸礁施工。 船上配備RTK-GPS 操作系統，由GPS 進行定位，可以全天候進行施工定位。液壓動力系統控制炸礁船的升降，移船定位靠絞錨進行。炸礁船可在定位后靠支撐樁撐起，炸礁船穩定性高、定位準確，炸礁船升起后可放松錨纜進行作業，鉆孔施工時不影響其他船只交叉作業， 安全上能夠得到最大限度的保證。

圖3 基槽炸礁區域一般斷面圖

3.2 鉆孔工藝及爆炸物品種類的選取

本工程在炸礁鉆孔前，需先下套管，然后沿著套管將鉆具放入底部。在鉆孔過程中為了將碎渣排出孔外，需要一邊提升鉆桿一邊送風吹水。另外，當鉆孔深度達到設計高程之后，為了防止碎石或者泥沙堵塞鉆孔，需要多次反復抬高和下落鉆孔，排出碎石和泥沙。當一個鉆孔成形后立即裝藥，如此往復操作作業。本工程采用防水性能較好的高能乳化炸藥， 并將乳化炸藥裝入PVC 塑料管內，能夠大大減小水壓和水的浸泡作用對炸藥的負面影響，取得更好的爆破效果。在入水之前，起爆用的塑料導爆管雷管將進行防水處理，確保其安全性。

3.3 裝藥

為了防止鉆孔碎石和海底泥沙回淤堵塞鉆孔， 在完成一個鉆孔之后應當立即裝藥，如此往復操作。并且裝藥過程需注意用裝藥桿將其裝至鉆孔底部， 隨即用大于10 mm 的礫石夾顆粒較大的中沙進行堵塞。 如下圖4所示，當鉆孔長度大于3 m 時，應當設置兩個起爆體。

圖4 裝藥結構示意圖

4 爆破安全距離核算

4.1 爆破地震波的安全距離

按照 《爆破安全規程》(GB6722-2014)、《水運工程爆破技術規范》(JTS204-2008)，爆破地震波的安全距離按以下公式計算：

式中：Q——一次起爆的炸藥量(kg)；

R——安全距離，m；

V——安全速度，參照表2 數據，本工程取5.0cm/s；

K、α——分別為巖性的導數和衰減指數， 參照表1的數值，本工程取K=250，α=1.3。

表1 爆區不同巖性的系數K 和衰減指數α 值

表2 爆破振動安全允許標準

根據規范公式的計算結果， 本工程爆破地震波的安全距離與最大裝藥量的關系如表3 所示。

表3 安全距離與裝藥量關系表

因此，為保護岸上構筑物不受爆破地震波損壞，取爆破區距碼頭的距離150 m 為最小安全距離， 根據上表的計算數據， 本次爆破在離保護對象150 m 范圍外設計最大起爆炸藥量為401.66 kg。 正式炸礁前，先采用單孔藥量32 kg、單次總起爆藥量380 kg 進行試爆，將不會對9#重力式碼頭造成負面影響。

4.2 水中沖擊波的安全距離

(1)爆破對水中人員、施工船舶安全距離

根據技術規范， 本工程水下鉆孔爆破水中沖擊波對水中人員、施工船舶的安全距離按表4 進行確定。

表4 本工程水中沖擊波安全距離表

本工程單次總起爆炸藥量為380 kg， 根據表4 計算結果，在工程爆破前，需要確保安全水域距離1400 m 內無其他人員在水下作業。 需要對半徑250 m 的水域進行封航， 需要利用甚高頻等一切有效手段與其它過往船舶進行聯系。 確保起爆水域，水上水下人員、船舶清爽后再進行起爆作業。

(2)水中沖擊波對養殖魚類的影響

按照《爆破安全規程》(GB6722-2014)相關規定和《水運工程爆破技術規范》(JTS204-2008)有關規定，水中沖擊波超壓峰值對魚類影響安全控制標準如表5 所示。

表5 水中沖擊波超壓峰值對魚類影響安全控制標準

距離本工程附近700 m 范圍之外有大片網箱養殖區域，且均屬于高度敏感魚類，魚類對沖擊波影響臨界值為0.005 MPa，極易受到水下爆破的影響，施工控制難度大。水下沖擊波聲壓值計算根據施工區域、地理環境、水深條件等的不同而不同，目前暫無統一的理論計算公式。為保證水下爆破的安全，采用小藥量爆破，并設置傳感器，經幾次現場試驗后，最終確定爆破藥量。漁排養殖區的安全距離、裝藥量與水中沖擊波壓強關系按表6 確定。

表6 不同距離和爆破藥量沖擊波聲壓估算值(kPa)

綜合 《爆破安全規程》、《水運工程爆破技術規范》規定和水下鉆孔爆破施工特點，實際施工中，除控制最大段裝藥量外，還嚴格控制每次起爆總藥量。確定本工程單次起爆的炸藥量不得超過380 kg， 并且單孔最大裝藥量不得超過32 kg。

4.3 爆破安全警戒距離

根據《水運工程爆破技術規范》相關規定，在本工程炸礁起爆時， 確保將安全水域距離1400 m 內無其他人員在水上水下作業，并按要求做好安全警戒。 起爆時距爆破點250 m 范圍內的兩端航道處進行封航，封航時間30 min，起爆時嚴禁過往船舶及進港船舶闖入警戒區，同時岸上距離爆破點200 m 范圍內進行封路， 起爆時嚴禁過往車輛及人員闖入警戒區。

5 小結

本文通過分析碼頭基槽爆破工藝， 基槽炸礁工藝及爆破物品種類和裝藥工藝參數等，結合相關技術規范，對爆破地震波的安全距離、 水中沖擊波的安全距離進行核算分析，并根據水上水下作業安全距離，設置必要的封航區域和警戒區域， 減小爆破產生的沖擊波對通航水域的影響，保障施工通航安全。