淺析水下鉆孔爆破技術(shù)在沿海航道疏浚中的應(yīng)用

陳意飛

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

采用水下鉆孔爆破的技術(shù)來進(jìn)行沿海航道疏浚施工時(shí)需要對鉆孔位置、鉆孔深度、間距、排距以及裝藥量等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，在沿海航道的疏浚施工中需要對此類施工的技術(shù)要點(diǎn)、安全保障條件等進(jìn)行深入的研究，在確保爆破質(zhì)量的同時(shí)保障人員和設(shè)備的安全。

一、工程概況

以防城港漁澫港區(qū)第五作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道疏浚工程為例，防城港被西側(cè)的白龍尾半島以及東側(cè)的企沙半島環(huán)抱并形成了天然的避風(fēng)港口條件，本項(xiàng)目的航道將現(xiàn)東灣5 萬噸級進(jìn)港航道作為起點(diǎn)并向著東北方向延伸，航道終點(diǎn)為漁澫港區(qū)第五作業(yè)區(qū)北端輔助區(qū)泊位交界處，航道的總長度達(dá)到了6.6km。主要爆破施工段為ZH4+175～ZH4+450、ZH5+125-ZH5+750 段，且這兩個(gè)爆破段的設(shè)計(jì)寬度和設(shè)計(jì)底部高程分別為156m 和-11.9m、128m和-10.7m。航道開挖過程中遇到了大量硬度系數(shù)約為7 的礁石，結(jié)合設(shè)計(jì)要求需開挖巖層厚度為2～3 米，利用常規(guī)疏浚機(jī)械設(shè)備難以一次性挖除，因而需要采用爆破施工的技術(shù)。

二、鉆孔爆破施工方法

（一）潮位的測定

在相應(yīng)的作業(yè)區(qū)域內(nèi)按照技術(shù)規(guī)范的要求篩選出便于觀測潮位的位置并設(shè)置好觀測尺，為了能夠有效地實(shí)現(xiàn)通過直接觀測潮位觀測尺的讀數(shù)來獲取相應(yīng)的潮位變化情況，還需要使潮位觀測尺的零讀數(shù)與零潮位之間實(shí)現(xiàn)良好的吻合性。另外，在設(shè)置潮位觀測尺時(shí)還需要根據(jù)實(shí)際情況來使其對最高潮位或者最低潮位實(shí)現(xiàn)觀測。

（二）施工方法的選擇

爆破施工方法需要根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場的地質(zhì)條件、航道情況等進(jìn)行合理地技術(shù)選擇，裝藥量的大小、炸藥的類型、安全距離計(jì)算以及鉆孔的深度等都需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定[1]。本此航道疏浚作業(yè)根據(jù)礁石的體量和硬度選擇了水下鉆孔爆破的施工技術(shù)，本次施工過程中采用具有專業(yè)潛孔鉆機(jī)的鉆機(jī)船—“河海鉆16”來實(shí)現(xiàn)鉆孔炸礁的作業(yè)內(nèi)容，船舶作為鉆機(jī)載體時(shí)可能會因?yàn)楹３钡淖饔枚霈F(xiàn)穩(wěn)定性不足的問題，為了防止這種情況對鉆孔質(zhì)量產(chǎn)生影響還需要采用左右邊錨及前后主錨控制船舶，防止其發(fā)生劇烈的晃動。水下鉆孔時(shí)利用架設(shè)在岸上控制點(diǎn)的基站和鉆機(jī)船上的具有RTK 功能的移動站GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)船舶位置的精確測定。具體施工之前需要根據(jù)事先設(shè)定的平面控制參數(shù)在測量軟件中設(shè)置鉆孔布置圖，然后再借助GPS 對鉆機(jī)船的位置進(jìn)行測定并指揮船體的移動和鉆孔位置的定位。在施工過程中要確保鉆孔準(zhǔn)確并將誤差控制在20cm 之內(nèi)。鉆孔深度=潮位（m）+設(shè)計(jì)底標(biāo)高（m）+超深值（m），具體的施工流程可見圖1。

（三）施工方案設(shè)計(jì)

第一，爆破器材。水下爆破施工需要防止藥包被水浸潤并影響到后續(xù)的引爆環(huán)節(jié)，因而在此類施工中需要采用具有良好防水效果的乳化炸藥并使用塑料進(jìn)行藥卷的包裝。本項(xiàng)目中的藥卷重量設(shè)計(jì)為3kg、長度設(shè)計(jì)為40cm、直徑設(shè)計(jì)為90mm。在擊發(fā)、傳導(dǎo)以及起爆等元件方面采用防水非電導(dǎo)爆管。

第二，參數(shù)確定。爆破中的炮孔直徑、炮孔間距、炮孔超深、炮孔排距以及單孔裝藥量等參數(shù)對爆破效果、爆破中的安全管理等具有非常重要的作用。本項(xiàng)目在施工過程中根據(jù)巖體硬度以及巖體的體量等情況設(shè)計(jì)出了明確的參數(shù)，例如，炮孔的直徑為115mm、間距為2.5m、排距為3.0m。單孔裝藥量按照公式Q=q0baH0

來進(jìn)行計(jì)算，其中的Q、q0、H0、b、a 分別代表了裝藥量、單位炸藥消耗量、爆破巖層的厚度、炮孔排距以及炮孔間距。

第三，藥包加工。在進(jìn)行藥包的加工時(shí)需要先設(shè)置一個(gè)鋪滿模板的房間且所有的加工都需要在這一房間內(nèi)完成，每一條藥包的控制長度需要控制在不超過2m 的范圍之內(nèi)。具體的加工方法是將藥柱夾緊在竹片之中并安裝兩個(gè)用于導(dǎo)爆的雷管，最后再利用膠帶將炮繩和導(dǎo)爆管緊密地捆扎在一起。在進(jìn)行裝藥時(shí)需要將藥包緩緩地放入套管、拉緊炮繩并通過竹竿將藥包送入孔內(nèi)。對藥包的頂部標(biāo)高進(jìn)行檢驗(yàn)是必要的檢查措施。

第四，起爆網(wǎng)路。爆破施工的進(jìn)行可能會導(dǎo)致相關(guān)區(qū)域出現(xiàn)比較顯著的地震效應(yīng)，因而在具體施工中需要通過合理地爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法來避免此類情況的出現(xiàn)。此次施工中采用微差爆破減震的方式，微差爆破技術(shù)相較于傳統(tǒng)的齊發(fā)爆破技術(shù)可以減少大約50%的地震效應(yīng)，根據(jù)歷來的實(shí)踐情況可知增加微差段數(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的降震效果且間隔時(shí)間段應(yīng)該控制在50ms 以上。因而本項(xiàng)目中采用串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)微差爆破。

第五，起爆。在總藥量接近一次最大起爆藥量時(shí)及時(shí)檢查雷管網(wǎng)絡(luò)中是否存在錯(cuò)接或者漏接的問題，做好各種檢查工作之后在相關(guān)作業(yè)區(qū)域外圍設(shè)置必要的警戒船，然后再接上傳爆導(dǎo)線和起爆雷管。起爆船接收到警戒人員發(fā)出的安全信號之后再確認(rèn)各種安全條件滿足操作要求，直至起爆。

三、爆破安全距離

（一）爆破振動的安全距離

這種大范圍的爆破施工對周邊巖體以及港口周邊建筑物安全性具有一定的威脅，因而在作業(yè)過程中需要按照《爆破安全規(guī)程》的要求對其產(chǎn)生的地震安全振動速度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，然后根據(jù)這一參數(shù)來評估裝藥量、炮管網(wǎng)絡(luò)、炮管間距等設(shè)計(jì)參數(shù)是否滿足安全要求，相關(guān)的計(jì)算公式為V ＝KQmα/Rα[2]。其中的V、R、Q、α、m 的含義分別為安全振動速度、起爆藥包到建筑物的距離、起爆藥量、衰減指數(shù)以及炸藥量指數(shù)。其中參數(shù)K和α 的取值與巖石的類別具有非常密切的聯(lián)系。

（二）水下沖擊波以及涌浪

在水下進(jìn)行爆破施工時(shí)有可能因?yàn)榛鹚幍淖饔枚a(chǎn)生非常劇烈的水下沖擊波以及涌浪問題。如果不對這一參數(shù)的可能影響到的范圍進(jìn)行比較準(zhǔn)確的計(jì)算就可能導(dǎo)致周圍的警戒船只以及岸邊人員、建筑物等受到一定的威脅。本項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況和施工方法確定出水下鉆孔人員和游泳人員的安全距離為700m，潛水人員的安全距離應(yīng)該控制在900m,各種木質(zhì)船舶的安全距離為150m，金屬材質(zhì)的船舶應(yīng)該將安全距離控制在100m。

（三）飛石安全驗(yàn)算

爆破施工中炸碎的礁石一旦飛濺出來就可能對人員、車輛、船體等造成一定的安全威脅，因此在施工設(shè)計(jì)過程中需要對爆破飛石對人員的安全距離進(jìn)行準(zhǔn)確的估算。當(dāng)施工爆破點(diǎn)的水深均大于6m 時(shí)不會形成飛石方面的威脅，因而在這種情況下也不需要考慮此類問題。水下沖擊波及涌浪確定的安全距離完全可以滿足人員安全距離方面的要求。

四、結(jié)束語

沿海航道升級改造對于港口船舶的安全通行具有非常重要的作用，常常遇到質(zhì)地堅(jiān)硬、常規(guī)疏浚船機(jī)設(shè)備難以開挖的礁石，防城港漁澫港區(qū)第五作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道的疏浚施工中采用水下鉆孔爆破的施工工藝來清除堅(jiān)硬的海底礁石。技術(shù)上的重點(diǎn)在于根據(jù)實(shí)際情況控制好炮孔直徑、間距、排距以及炮管的裝藥量等參數(shù)，而且還需要依照國家規(guī)定對爆破引起的地震效應(yīng)、水下沖擊波以及飛石等進(jìn)行有效地控制，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)做好爆破安全控制。