水下鉆孔爆破技術在航道整治工程中的應用

劉榮馨

（廣西壯族自治區柳州航道養護中心，廣西 柳州 530000）

1 工程概況

柳江紅花水利樞紐至石龍三江口Ⅱ級航道工程起于柳州柳江紅花水利樞紐，止于來賓市象州縣石龍鎮三江口，全長101.2 km，按內河Ⅱ級航道通航標準建設，航道設計尺度為3.5 m×80 m×550 m（航道水深×寬度×彎曲半徑）。主要建設內容包括疏浚、炸礁、筑壩、護岸、航標、信息化及配套工程、跨河纜線工程等，全線共整治灘險43 處。本項目主體工程是航道整治，施工圖設計總工程量為1 494.90 萬m3，其中疏浚741.98 萬m3，炸礁752.92萬m3。工程總概算為34.34億元。

綜合地質調繪及鉆探成果，整治航道全段揭示的地層巖性主要有：黏土、礫砂、圓礫、卵石、漂石、鍋巴石、砂質頁巖、砂巖、泥灰巖、炭質灰巖、灰巖和硅質巖，其中，河床覆蓋層絕大部分為第四系河流沖積（Qal）的粗粒土，僅局部為細粒土或混合土，下伏基巖分別歸屬于二疊系（P）、石炭系（C）、泥盆系（D）等地質年代。

根據柳江地質勘察報告，除個別灘外，其它灘險均有巖石分布，根據《疏浚與吹填工程設計規范》（JTS181-5-2012）的規定，本工程疏浚炸礁定為6級砂、9級卵石、10級卵石、漂石，11級鍋巴石、13級中風化巖。采用常規的內河鉆機船和挖泥船就可組織施工，經計算，距離建筑物、構筑物200 m 范圍外巖石采用常規爆破法施工；距離建筑物、構筑物50～200 m 范圍內巖石采用控制爆破法施工；距離建筑物、構筑物0～50 m范圍內水下礁石采用水下液壓破碎錘破碎法施工。

在實現爆破目標的同時，還需注重各項安全措施的落實，如在爆破危險區的邊界設立警戒哨和警戒標志、禁航信號；航道內爆破后（加深或擴寬航道）未經清渣和掃床不準船舶進入爆破區域；爆破區及其附近的建筑物、構筑物（如碼頭、橋梁、抽水泵房、煙囪）、管線、設備等，應事先采取安全保護措施，防止爆破地震、飛石和沖擊波的破壞。

同時，對項目進行爆破振動監測，檢驗和驗證爆破作業安全性，控制爆破振動對周邊產生不良影響，控制爆破地震波振速不超出安全標準，確保爆破施工安全、可控；及時掌握爆破作業對周邊建（構）筑物和周邊環境的影響程度，為可能出現的糾紛提供原始現場資料和權威數據；對爆破作業的安全性作出評估，并根據爆破振動監測數據，提出優化爆破方案及加強爆破振動防護等方面的建議。

炸礁工程施工方法為水下炸礁，采用潛孔鉆機和炸礁船炸礁、2 m3鏟斗挖泥船或4 m3抓斗挖泥船清渣。水下炸礁主要工作內容：施工放樣（測量設標）→加工藥卷→移船定位→鉆孔→裝藥→接線→移船→起爆→清底→掃床測深。爆破技術方案選擇水下鉆孔爆破法。

2 水下鉆孔爆破的作業優勢和總體方案

可選用的爆破方法有：水下裸露藥包爆破和水下鉆孔爆破。①水下裸露藥包爆破。水下裸露藥包爆破法具有施工簡單，機動靈活，易于掌握，無需特殊設備等優點，同時具有單位炸藥耗藥量大，效率較低，爆破效果、準確性差，有害效應較大，并受水文氣象條件限制等缺點。②水下鉆孔爆破。利用鉆孔爆破船在水上進行作業，通過鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的方法，需要大型設備施工，工藝復雜，投入材料、人員數量大，但施工效率高，受外部環境的影響較小。

結合爆區現場的巖石結構特性和環境，采取分段、分幅的爆破作業方法。其中，主爆區的爆破以逐孔分段、逐排延時的方式進行，巖層超2 m的部位劃分為多層，有序爆破。先組織探測，明確區域內礁石的堅固程度，予以合理的等級劃分，進而安排爆破。

3 爆破參數的設計

（1）炮孔直徑。以小孔徑、垂直孔為宜，綜合考慮鉆爆平臺特點、現場地質環境，采用100型潛孔鉆機船，鉆頭直徑D為115 mm。

（2）最小抵抗線W，W=18×D=2 m。

（3）炮孔間距a，固定為2.5 m。

（4）炮孔排距b，一般爆破的排距取2.5 m，控制爆破的排距取2 m。

（5）鉆孔超深，取1.5 m。

（6）藥卷尺寸。采用防水性能較好的乳化炸藥，藥卷用塑料袋包裝，直徑90 mm，長度0.4 m，重量3 kg的藥卷。

（7）采用導爆管雷管作為起爆元件，用起爆器起爆。

4 鉆孔、裝藥與起爆的技術要點

4.1 鉆孔

鉆機船采用左右四口八字錨及前后兩口主錨共計六口錨控制船位前后和左右移動，邊錨鋼纜的長度約120 m，主錨鋼纜的長度約200 m，用主錨控制縱向移動的距離，橫錨控制橫向移動的排距。船舶錨纜布置情況如圖1所示。

根據鉆機船的機距及每排孔的個數確定每個區段的長度。鉆機船安裝有6～8臺鉆機，區段的長度為15～17.5 m。炮孔按梅花形布置，在水下鉆孔定位時，利用具有RTK（實時動態分差）功能的GPS全球衛星定位系統進行鉆孔定位，用于掌握炸礁船的具體位置，以便調節航行方向，保證作業點位的準確性。孔位放樣的誤差控制在20 cm 以內，根據當天鉆孔時的水位計算該點的鉆孔深度，要求一次鉆到設計深度。

在鉆孔前要進行鉆深、孔深的計算，以便于鉆機手準備本次鉆進需要的鉆桿、套管等，根據設計底標高、實時水位、超深計算孔深，然后再根據孔深確定裝藥量。

4.2 裝藥

在鋪有木板的加工房加工藥包，將條形藥卷對接，并用竹片把藥卷夾好綁緊，每條藥包長度控制在2 m內，安裝2個雷管，最后將導線與吊炮繩綁扎在一起。裝藥采用連續裝藥結構，每個藥包安裝2發雷管，將藥包慢慢地放入套管內并拉緊吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢推入孔內。裝好藥后，檢查藥包的頂標高應在設計的巖面標高以下，否則重新鉆孔再裝藥，殘留孔用泥砂回填，以防藥包浮出炮孔。

炮孔裝藥量，按下式計算：

式中：Q為炮孔裝藥量，kg；q為炸藥單耗，kg/m；a為孔距，m；b為排距，m；H為孔深，m。

水下裝藥量應達到鉆孔深度的75%左右，藥量與孔深等參數取值見表1。

表1 藥量與孔深等參數取值

在正式施工前進行小藥量試爆，試爆期間，需同時檢測附近區域的爆破振動速度值。根據試爆的結果，調整每次起爆的孔數、藥量，確保附近建筑物的安全。

4.3 起爆網絡設計

4.3.1 逐孔起爆網絡

施工區如有橋梁等，需采取控制爆破，控制爆破采用單排逐孔起爆網絡或雙排雙孔起爆網絡，選用毫秒延時塑料導爆管雷管，每排6個孔，分別選用1、3、5、7、8、9 段共6 個段別，在正式施工前進行小藥量試爆，試爆期間，需同時檢測爆破振動速度值。根據試爆的結果，調整每次起爆的孔數、藥量，確保橋區和周邊建筑物的安全。單、雙排逐孔起爆網絡示意圖分別見圖2、圖3。

4.3.2 排間起爆網路

一般爆破施工則采用排間起爆網絡，選用毫秒延時塑料導爆管雷管，每排共6 個孔，分別選用1、3、5、7、8、9 段共6 個段別，根據實際允許的最大單段藥量及一次起爆總藥量，決定一次起爆的孔數和排數。控制最大單段起爆藥量和一次起爆藥量，先從小藥量試爆。根據起爆點距民房等需保護的建（構）筑物的距離計算最大單段藥量，嚴格控制一次起爆藥量，采用的網絡連接方式見圖4。

4.4 爆破安全距離計算

4.4.1 爆破地震波安全距離計算

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）的規定，爆破地震作用對建筑影響的安全距離用下式估算：

式中：R為爆破地震安全距離，m；Q為延期爆破的最大一段炸藥量，kg；V為安全振動速度，cm/s；K、α為分別為與爆破點地形、地質條件有關的系數和衰減指數。

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）規定，系數K、α取值范圍見表2，安全允許振動速度V見表3。

表2 有關的系數K和衰減指數α值

表3 安全允許振動速度

項目施工范圍周邊需采取措施進行保護的主要有施工區域附近的民房，根據實際調查的情況和相關規范要求，選定相關參數（K=180、α=1.7），土坯房、磚瓦房的爆破振動速度控制標準為0.5 cm/s，一般民房居民樓的爆破振動速度控制標準為2 cm/s，碼頭結構、廠房、公路橋梁的爆破振動速度控制標準為3 cm/s。

根據式（2）及參數取值，計算得出爆破距離與藥量之間的關系（見表4）。

表4 爆破距離與藥量之間的關系

在進行爆破施工時，為減少爆破施工對周邊建（構）筑物的影響，需嚴格控制藥量。本工程最大單段藥量按不超過200 kg、一次起爆總藥量按不超過1000 kg進行控制；實際施工時應根據周邊建筑物類別、距離等情況計算確定，不能超過表4的安全允許裝藥量；同時根據爆破施工進展情況，在需保護建（構）筑物的合適位置設置爆破振動監測點，根據測振數值調整爆破參數，確保施工安全。

4.4.2 水中沖擊波的安全允許距離

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）規定，鉆孔爆破水中沖擊波對人員及施工船舶、非施工船舶的安全允許距離按表5確定。

表5 水中沖擊波對人員及船舶安全允許距離表

4.4.3 個別飛散物安全允許距離

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）規定，施工爆破點水深大于6 m 時，不考慮個別飛散物對地面或水面以上人員的影響；水深在1.5～6.0 m時，最小安全允許距離70～200 m；水深小于1.5 m 時，個別飛散物安全允許距離與陸上爆破相同。本項目爆破區域水深大于3 m，爆破個別飛散物安全允許距離取150 m。爆破飛石警戒距離150 m，水上警戒距離300 m。

5 施工效果分析及鉆孔爆破的質量控制措施

5.1 爆破形態

正式起爆后，安排爆后檢查。實際結果表明：各炮孔均有效引爆，整個爆破區域內不存在盲炮或殘炮；對爆破后的礁石做詳細的檢查，發現其均勻性較好。總體來看，爆破形態良好，爆破效果顯著。

5.2 爆破振動的監測

5.2.1 測點布置

爆破具有擾動作用，可能由于爆破方法不合理而導致周邊建筑物出現失穩、受損等問題。為此，在建筑群相應位置布置測點，配套TC4850 振動測試儀、L20-X爆破測振儀，用于爆破監測。灘點附近重點監測對象包括臨河村莊民房、老舊瓦房、危房、學校、鄉鎮臨河建（構）筑物，魚類產卵場，索餌場、越冬場，橋梁，取、排水口設施，碼頭等。

5.2.2 監測結果

不同類型建筑物爆破振動安全允許標準見表6，監測結果見圖5。

表6 各不同類型建筑物爆破振動安全允許標準

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014）及需保護建（構）筑物的實際情況綜合確定水下爆破振動的允許標準，實測振速不超過爆破振動的允許標準值，以確保周邊建筑物的安全。根據監測數據，如超出預警值，施工單位則相應的調整、控制和優化爆破施工方案。爆破施工方應將由爆破振動造成的周圍環境異常和投訴情況及時反饋給監測部門，便于針對性地開展監測工作。

5.3 鉆孔爆破的質量控制措施

（1）聯合應用RTK-GPS定位和全站儀定位，切實提高測量定位的準確性，使孔位實測值與設計值的偏差不大于10 cm。

（2）嚴格控制鉆孔套管的長度，最大限度減小水流的沖刷作用，以免出現移位或淤泥堵塞現象。

（3）動態關注現場環境，在起、落鉆前報告潮位，判斷是否具備作業的條件；施鉆時，每變化10 cm報告一次。

（4）掃測地下地形，綜合考慮作業時的水深，合理控制各鉆孔的深度。鉆孔后，以下放測繩的方式檢查孔深，判斷深度是否達標。

（5）注重對炸藥的選擇，此處選擇的是抗水乳化炸藥，配套起爆體，保證起爆的有效性。裝藥時，借助炮棍輔助作業，裝藥至距孔口1.0～1.5 m，根據實際環境調整裝藥量。

（6）準確連接起爆網絡的各支路，并做詳細的檢查，要求起爆電雷管電阻的實測值在許可范圍內，針對異常之處加以處理，以免出現跳炮現象。

（7）遵循動態施工的原則，遇到中、微風化巖石地質條件時，在常規排距的基礎上適當減小，確保爆破質量達到要求。

（8）加強對炸藥、導爆管雷管等各類原材料的質量檢查，確認無誤后再投入使用。

6 結語

水下鉆孔爆破技術在柳江紅花樞紐至石龍三江口Ⅱ級航道整治工程中發揮重要作用，施工工效高、效益好，達到既定的爆破要求，同時爆破期間周邊建筑物基本未受到不良影響，爆破的安全性得到保證，取得比較好的社會效益和經濟效益。