水下鉆孔爆破施工中的安全和質(zhì)量控制

李觀正 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概況

南方沿海地區(qū)某碼頭工程水下炸礁面積為31.3萬m2，炸礁總量約98萬m3，炸礁厚度最大2.7m，最小1.6m。巖石類型主要包括全風(fēng)化玄武巖、強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、中風(fēng)化玄武巖和弱風(fēng)化玄武巖四類，其中弱風(fēng)化玄武巖飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)48.1MPa，巖石較為堅硬。

水下爆破及碼頭建設(shè)順序：一期炸礁范圍爆破→一期碼頭、防波堤施工→二期炸礁范圍爆破→二期碼頭施工。

在重力式碼頭基槽開挖和港池疏浚施工中，當(dāng)水下原地面高程高出設(shè)計高程較多且為硬厚巖石地質(zhì)時，通常采用水下鉆孔爆破的施工工藝來清除水下礁石，以達(dá)到設(shè)計需要的地面高程。在水下鉆孔爆破施工中，受水文、地質(zhì)及作業(yè)環(huán)境等因素影響，施工質(zhì)量難于控制；另一方面，爆破在地層中產(chǎn)生地震波并在水下形成沖擊波、飛散物等，對鄰近既有結(jié)構(gòu)物和水上活動帶來一定安全風(fēng)險，因此有必要采取措施以控制施工安全和質(zhì)量。

2.主要施工工藝

采用船舶進(jìn)行水上鉆孔、裝藥；采用毫秒延期的微差爆破技術(shù)，使每次爆破產(chǎn)生的地震波錯開而減少地震應(yīng)力的疊加，降低地震波與水下沖擊波對附近結(jié)構(gòu)物的安全威脅。主要施工工藝流程如下所述。

定位：為嚴(yán)格控制定位船和鉆機(jī)的位置偏差在規(guī)范允許內(nèi)，采用GPS進(jìn)行鉆爆船和定位船的定位。

鉆孔和布孔：采用地質(zhì)鉆爆機(jī)鉆孔，每排炮孔同時鉆進(jìn)，一次鉆至設(shè)計孔底標(biāo)高。藥孔梅花形布置，每船位布4排鉆孔，排距b=2.5m，每排上布8個孔，孔距a=2.5m；鉆孔直徑95mm。在巖石強(qiáng)度差異較大的局部區(qū)域，根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整孔距。

裝藥：鉆孔及清孔完成并通過驗收后，按設(shè)計單孔裝藥量裝填炸藥并用石渣堵孔。堵孔長度要求為：水深＞6m時不需堵塞；水深＞3m、＜6m時按1.5～2m控制堵孔長度。

起爆：裝藥完成后，按設(shè)計一次起爆炸藥量連接起爆網(wǎng)路，按要求警戒完畢后起爆。

清礁、驗收：采用抓斗挖泥船清除破碎的礁石并進(jìn)行測量驗收。

3.安全控制及效果

3.1 安全控制的要求

爆破區(qū)周圍主要有海底光纜、民房、已建碼頭結(jié)構(gòu)物等建筑物；爆破區(qū)附近船只及水上人員活動較少。施工過程中按照《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）相關(guān)要求控制安全距離和一次起爆炸藥量，確保人員及建筑物安全。

3.2 安全控制措施

①控制最大一次起爆藥量。水下爆破實施過程中嚴(yán)格按照分區(qū)、分段起爆，嚴(yán)格按照安全距離計算、控制最大一次起爆藥量。在距離保護(hù)對象較近處爆破時適當(dāng)減小起爆藥量。全面爆破前選取安全距離最近的區(qū)域進(jìn)行典型施工，根據(jù)典型施工情況調(diào)整爆破藥量。

一次起爆炸藥量計算：按照《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，一次起爆最大炸藥量根據(jù)保護(hù)對象的安全距離及允許爆破地震速度按下式計算：

式中：V為允許爆破地震速度，cm/s，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)物按規(guī)范相關(guān)規(guī)定取值；K、α分別為與爆破點地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，對中硬巖石取K=150，α=1.5；Q為一次起爆炸藥量，kg，微差起爆時取最大一段的裝藥量；R為爆破點與被保護(hù)建（構(gòu)）筑物的距離。

按上式計算可得各種安全距離時一次起爆最大炸藥量。為方便施工，按不同保護(hù)距離取設(shè)計一次起爆最大炸藥量，見表1。

表1 設(shè)計一次起爆最大炸藥量表

②設(shè)置減震孔。在保護(hù)對象和爆破點之間距離爆破點10～20m處設(shè)置5排減震孔，減震孔按梅花型布置，孔深約10m，形成蜂窩狀孔減震帶，達(dá)到衰減地震波的目的。

③設(shè)置消能氣泡帷幕水簾。在保護(hù)對象和爆破點之間設(shè)置消能氣泡帷幕水簾，利用氣泡帶達(dá)到衰減水中沖擊波的目的。

④設(shè)置砂袋防護(hù)墻。在保護(hù)對象和爆破點之間設(shè)置砂袋墻，利用砂袋墻達(dá)到阻隔和衰減水中沖擊波的目的。

⑤采用預(yù)裂爆破措施。主爆區(qū)爆破之前，在預(yù)定的爆破區(qū)邊線上鉆進(jìn)兩排密集的梅花形藥孔，采用小藥量進(jìn)行預(yù)裂爆破，以形成一道不完全斷裂的巖石裂縫，達(dá)到衰減地震波的目的。施工過程中，根據(jù)建筑物安全距離和現(xiàn)場條件，選擇減震孔、氣泡帷幕、砂袋墻和預(yù)裂爆破中其中一種或多種設(shè)置。

3.3 安全控制效果

①規(guī)范對爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，不同類型結(jié)構(gòu)物和其他保護(hù)對象的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)值見表2，其中新海村民房、一期碼頭及一期防波堤適用的安全允許振速分別為1.5～2.0cm/s、7.0～8.0cm/s及5～9cm/s。

表2 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范摘選)

②爆破監(jiān)測結(jié)果。爆破時對保護(hù)對象敏感區(qū)域的振動速度和地震波頻率進(jìn)行了監(jiān)測。監(jiān)測設(shè)備使用成都中科測控公司生產(chǎn)的TC-4850新型測振儀。以2015年7月16日至7月30日多次爆破監(jiān)測為例，儀器信號觸發(fā)值設(shè)置為0.01cm/s，布置3個測點。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，臨近建筑物處產(chǎn)生的振動速度小于規(guī)范安全允許值。

③建筑物安全狀態(tài)反饋。爆破后對建筑物的觀測結(jié)果顯示，爆破未對海底光纜和民房的結(jié)構(gòu)安全造成破壞，碼頭及防波堤未出現(xiàn)突變性沉降、位移，總體控制效果較好。

4.質(zhì)量控制及效果

此次質(zhì)量控制要求為確保礁石清除的平面位置、高程符合設(shè)計要求，避免出現(xiàn)超出設(shè)計標(biāo)高的淺點，且爆破后地面高程盡可能接近設(shè)計槽底標(biāo)高，避免額外增加基床拋石用量。采取的質(zhì)量控制措施有以下五點。

（1）施工試驗段確定爆破參數(shù)。在正式施工前選擇地質(zhì)條件較為典型的區(qū)域進(jìn)行試驗段施工。結(jié)合試驗段施工情況合理設(shè)計爆破參數(shù)，確定布孔間距、孔深、單孔用藥量及一次起爆量等爆破參數(shù)。

（2）局部加密地質(zhì)勘探。在巖石類別或巖層厚度突變的區(qū)域進(jìn)行加密地質(zhì)鉆孔勘察，細(xì)化地質(zhì)資料；根據(jù)實際地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)。

（3）采用動態(tài)GPS定位放樣。嚴(yán)格控制定位船和鉆機(jī)的位置偏差在規(guī)范允許內(nèi)，采用GPS進(jìn)行鉆爆船和定位船的定位。

（4）定期檢查校核定位標(biāo)志及水尺零點高程。

（5）淺點處理。爆破施工時，有可能因為鉆孔深度不夠、巖石強(qiáng)度較高、鉆孔至標(biāo)高后、清孔不徹底等原因出現(xiàn)淺點的質(zhì)量問題。當(dāng)炸礁清渣完成后，及時對清礁區(qū)域進(jìn)行掃海高程測量，發(fā)現(xiàn)有淺點存在時采取裸露爆破的方式處理。

根據(jù)完工后水深測量及驗收結(jié)果顯示，施工質(zhì)量滿足設(shè)計和規(guī)范要求，且超挖量在允許偏差范圍內(nèi)。

5.結(jié)束語

綜上所述，在南方沿海地區(qū)某碼頭工程水下爆破施工中，通過采取一系列措施降低了爆炸效應(yīng)對鄰近建筑物的不利影響，實現(xiàn)了施工安全。