預(yù)裂鉆孔分層爆破法和沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應(yīng)用

莊輝明 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

本項(xiàng)目位于福建省泉州市石獅市東部錦尚灣錦尚作業(yè)區(qū)內(nèi)。擬建的4#泊位為新建1.5萬(wàn)噸級(jí)（結(jié)構(gòu)按3.5萬(wàn)噸級(jí)散貨船預(yù)留）通用泊位及相應(yīng)配套設(shè)施。合同完工日期為2021年6月31日，合同總價(jià)約20195萬(wàn)元。本項(xiàng)目主要工作內(nèi)容有：4#泊位水工建筑物、停泊水域及回旋水域、護(hù)岸及陸域形成工程、道堆工程及相應(yīng)的配套設(shè)施。基于施工計(jì)劃，基槽及停泊水域礁石的開(kāi)挖清除工作是改擴(kuò)建的重要環(huán)節(jié)。

2.施工難點(diǎn)

華錦港區(qū)在建4#泊位碼頭基槽及停泊水域工程主要的施工難點(diǎn)包含：

（1）在建4#泊位基槽在距已建3#泊位碼頭80m范圍內(nèi)有部分礁石需要炸礁，該區(qū)段與3#泊位臨界，基槽邊為拋石堆岸。

（2）4#泊位碼頭停泊水域與已建3#泊位碼頭交接處前沿60m范圍內(nèi)部分區(qū)域有礁石未到設(shè)計(jì)標(biāo)高，該區(qū)域周邊1～3#泊位已正常運(yùn)營(yíng)，經(jīng)常有船舶靠泊，且與3#泊位臨界。

以上兩個(gè)位置爆破施工產(chǎn)生的地震波和水中沖擊波對(duì)停泊在3#泊位的商船及岸上構(gòu)筑物影響較大，不能采用常規(guī)的水下爆破施工。

3.預(yù)裂鉆孔分層爆破法與沖擊鉆法的應(yīng)用

根據(jù)上文中針對(duì)華錦港區(qū)4#泊位碼頭工程中地質(zhì)情況、施工難點(diǎn)等全面詳細(xì)分析后，本文結(jié)合工程的實(shí)際情況，建議在碼頭巖石基槽清除工作中選用預(yù)裂鉆孔分層爆破施工工藝和鉆孔、鑿巖錘破碎施工工藝。

3.1 預(yù)裂鉆孔分層爆破在碼頭巖石基槽處理中的應(yīng)用

本工程施工內(nèi)容為預(yù)裂鉆孔分層爆破、基槽炸清礁施工工程。設(shè)計(jì)基槽底寬10.6～14.35m，基槽設(shè)計(jì)底標(biāo)高-15.5m，停泊水域泊計(jì)底標(biāo)高-15.0m，設(shè)計(jì)邊坡：中微風(fēng)化花崗巖1∶2、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖1∶1、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖1∶1、全風(fēng)化花崗巖1∶2、粗礫砂和中砂1∶3、殘積性粘土1∶2、砂混淤泥和淤泥1∶6；計(jì)量超深0.4m、超寬1.0m。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，針對(duì)4#泊位基槽在距已建3#泊位碼頭80m范圍內(nèi)巖石基槽采用預(yù)裂鉆孔分層爆破展開(kāi)施工。

為減少爆破沖擊波和地震波對(duì)碼頭及其附近構(gòu)筑物影響，在靠近保護(hù)對(duì)象且有巖石基礎(chǔ)的區(qū)域布設(shè)預(yù)裂鉆孔。預(yù)裂區(qū)總面積246m2，分兩處布孔，共375個(gè)預(yù)裂鉆孔。4#泊位基槽邊線外4.0m為1#預(yù)裂區(qū)，面積195m2，孔距1.0m，排距0.8m，設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高-17.0m；布三排預(yù)裂孔，每排76孔，225個(gè)孔；3#泊位前沿線外3.7m2為2#預(yù)裂區(qū)，面積51m2，孔距0.5m2，排距0.5m2，設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高-17.0m2；布三排預(yù)裂孔，每排50孔150個(gè)孔。

針對(duì)起爆炸藥量控制與水中沉箱保護(hù)要求制訂分層爆破區(qū)，控制鉆孔爆破厚度，劃分為兩層爆破，第一層鉆爆至-14.0m，第二層鉆爆至-17.5m，控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量（降低爆破地震波和水中沖擊波對(duì)保護(hù)對(duì)象的破壞）。分層爆破區(qū)按以下要求控制起爆炸藥量：

（1）在已建3#碼頭20～25m區(qū)域設(shè)計(jì)最大段別藥量＜6kg，一次起爆藥量不超過(guò)60kg。

（2）離3#碼頭25～35m區(qū)域最大段別藥量＜11kg，一次起爆藥量不超過(guò)120kg。

（3）離碼頭35～45m區(qū)域最大段別藥量＜30kg，一次起爆藥量不超過(guò)250kg。

（4）離碼頭45～80m區(qū)域最大段別藥量＜65kg，一次起爆藥量不超過(guò)600kg。

（5）離碼頭80m范圍外采用最大段別藥量＜90kg，一次起爆藥量不超過(guò)900kg。

根據(jù)上述要求本工程需要配置施工船和輔助船舶：炸礁船、清礁船、泥駁船、錨艇、交通船。具體方式如下：

（1）在3#～4#泊位過(guò)渡段前沿線處鉆預(yù)裂孔150個(gè)，孔徑139mm；排距0.5 m，孔距0.5 m，孔底標(biāo)高-17.0m，呈梅花狀布孔。

（2）4#泊位基槽邊鉆預(yù)裂孔225個(gè)，孔徑139mm；排距0.8m，孔距1.0m，孔底標(biāo)高-17.0m，呈梅花狀布孔。

（3）第一遍鉆爆，控制鉆孔爆破厚度鉆爆至-14.0m，控制一次起爆排數(shù)及孔數(shù)（限制爆破范圍）、控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量，采取孔內(nèi)和孔外微差爆破措施。

（4）第二遍鉆爆，在第一層鉆爆孔位置往4#泊位前沿方向偏移1.0m為第二層鉆爆布孔，控制一次起爆排數(shù)及孔數(shù)（限制爆破范圍）、控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量，第二層鉆爆至-17.5m。

（5）炸礁船每完成一遍鉆爆立即按排抓斗船清挖，直至驗(yàn)收達(dá)標(biāo)。

3.2 沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應(yīng)用

華錦港區(qū)4#泊位停泊水域擴(kuò)寬部分范圍，設(shè)計(jì)水深（-12.9m）的礁石區(qū)，停泊擴(kuò)寬水域約2198.4m3。為使該區(qū)域水深達(dá)到設(shè)計(jì)深度，需對(duì)該區(qū)域區(qū)的礁石進(jìn)行清除施工作業(yè)，為考慮碼頭1#～3#泊位正常舶船作業(yè)的安全因素，確保施工對(duì)現(xiàn)有碼頭的安全，不能采用常規(guī)的水下爆破施工。

基于上述因素，多方考慮決定采用水下鉆孔、鑿巖錘破碎方法進(jìn)行施工。對(duì)水下固定位置的巖石進(jìn)行連續(xù)沖擊直至破碎的一種施工方法。最終達(dá)到無(wú)需爆破作業(yè)就能使用常規(guī)的疏浚設(shè)備完成礁石清除的一種疏浚工程特殊設(shè)備或是疏浚工程的一種補(bǔ)充設(shè)備。

鑿巖錘原理:鑿巖錘的形狀為圓柱體，頭部為圓錐體，采用耐磨合金材料制成，尾部有耳軸吊環(huán)便于穿鉤。利用錘的自重所產(chǎn)生的沖擊力將巖石砸碎的一種施工方法，其原理是吊機(jī)將錘吊起一定高度然后松開(kāi)，錘在自重作用下以近似自由落體形式向下運(yùn)動(dòng)沖擊巖石，如此反復(fù)循環(huán)直到將巖石擊碎。

施工部署：

（1）鑿巖前的清淤：鑿巖施工前先用挖泥船將回淤覆蓋淤泥層清挖一遍。當(dāng)回淤覆蓋淤泥層的泥層厚度＜0.6m時(shí)無(wú)需清挖，直接施工鑿巖。

（2）布錘（鉆孔）：鉆孔是施工質(zhì)量的重點(diǎn)。鉆孔的間距大小決定鑿巖的施工質(zhì)量。為此，在鉆孔前必須詳細(xì)了解水下的巖石級(jí)數(shù)，理解或準(zhǔn)確判定所提供的《地質(zhì)勘察報(bào)告》中對(duì)巖質(zhì)的描述，并在可能的情況下判定鉆孔巖心的實(shí)物，確保鑿巖布孔間距科學(xué)、合理，減少重復(fù)鑿巖。如果沒(méi)有詳細(xì)的地質(zhì)勘探描述時(shí)。一般情況下鑿巖間距在0.3～0.6m之間的正等邊形布錘，并根據(jù)試鑿巖（錘）的方法判斷該區(qū)域巖石的級(jí)數(shù)（即堅(jiān)硬度），確定鑿巖的布孔間距。本項(xiàng)目表層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其布孔孔距應(yīng)為0.5m；下層為基巖，布孔孔距應(yīng)為0.3m。

（3）基本定位及探摸：施工鉆孔船進(jìn)行施工區(qū)域后定位下樁，固定船舶的位置。從施工范圍外約1m的位置向礁石區(qū)探摸礁石，當(dāng)探摸發(fā)現(xiàn)礁石時(shí)開(kāi)始鉆孔施工，鉆孔的間距根據(jù)孔距布置圖進(jìn)行施工。

（4）吊錘船錘擊：吊錘船采用800～1200HP抓斗挖泥船改裝，卸斗換吊錘作業(yè)。按挖泥船挖泥作業(yè)方法拋錨定位。錘的提升高度應(yīng)以離巖層面3～5m為宜，不宜過(guò)高。錘下落時(shí)撞擊巖石產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力作用范圍一般為錘直徑的1.1～1.5倍，因此，施工中錘擊平面位置的布置排列應(yīng)根據(jù)錘的直徑合理安排。本項(xiàng)目船寬15.1m為例，即錘擊寬度15m則要排30錘以上，排與排之間（即船鉸錨進(jìn)尺間距）為1～1.5m，吊錘船錘擊施工時(shí)應(yīng)避免漏錘，給下一階段抓斗施工帶來(lái)困難。

（5）碎渣清挖：鑿過(guò)一遍后即用抓斗挖泥船清挖一遍。經(jīng)測(cè)量后再鑿、再清第二遍。反復(fù)進(jìn)行直至達(dá)到標(biāo)高。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文不僅結(jié)合工程實(shí)例對(duì)于預(yù)裂鉆孔分層爆破法與沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究，同時(shí)也對(duì)二者的應(yīng)用條件、應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，以期能夠?yàn)橄嗨乒こ烫峁﹨⒖冀ㄗh。