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浅析水下炸礁施工技术

发表时间：2020/11/5 来源：《基层建设》2020年第21期作者：龙金成

[导读] 摘要：针对广东大唐国际雷州电厂项目配套码头工程实例，从爆破参数的计算、炮孔的布置、爆破网络的设计与连接等方面，简述水下炸礁施工技术。

        广西新港湾工程有限公司广西南宁
        摘要：针对广东大唐国际雷州电厂项目配套码头工程实例，从爆破参数的计算、炮孔的布置、爆破网络的设计与连接等方面，简述水下炸礁施工技术。
        关键词：炸礁；钻孔；爆破参数
        1 前言
        广东大唐国际雷州电厂项目配套码头工程取水明渠长度约1030m，位于斜坡式引堤与取水明渠堤之间；两侧护岸均为抛石斜坡堤结构，引堤顶高程5.00m，取水明渠堤顶高程5.50m。取水明渠开挖完成后底高程-8.5m，明渠底宽度7.0m。
        取水明渠所在区域自表面向下，地质主要由碎石土、强风化玄武岩、中风化玄武岩层组成。根据设计图纸要求，取水明渠基槽开挖施工顺序：先清除覆盖层，后炸礁。取水明渠炸礁段为K0+420~K0+750，长度330m，岩层厚度约1~4m，岩石为强风化玄武岩或中风化玄武岩。
        2 施工工艺流程
        2.1爆炸物品种类的选取
        此次炸礁在水下进行，因此炸药选用防水性能较好的抗水型乳化炸药，相关参数：药径90mm，长度450mm时一条重量为3.0kg。
        雷管主要采用防水型非电导爆毫秒雷管，段数为1～9段。
        2.2炸礁作业平台的选择
        选择吃水较浅的方驳，拟选择80t的方驳作为施工作业平台。方驳配备有四台钻机，孔距为3m，孔径为110mm。同时配备两台中风压（atlas 786）空压机：风压12～14kgf/cm2；风量24m3/min；施工效率：600m3/d。
        2.3炸礁船的定位
        首先，炸礁船的艏艉需要与岸线的方向保持平行，然后由海上对其往岸边进行推进。其中，根据测量精度要求，对炸礁船的定位，测量仪器选用RTK-GPS即可满足。
        2.4钻孔
        钻机钻孔工作过程中，首先，完成船舶的定位，并下好导向管以及套管；然后，对岩石的表面情况进行分析，如果岩石表面破碎程度较高，就先进行套管的合金钻进；其次，当完成合金钻进工作，到达完整的基岩，提起钻具；最后，执行下钻杆冲击回转钻进的操作，钻至设计底标高。检查孔深，如孔深不足，则重复上述步骤。
        2.5 爆破参数计算
        爆破参数的确定主要根据瑞典水下钻孔爆破的经验计算公式进行确定，钻孔参数的确定，主要依据《水运工程爆破技术规范》（JTS 204-2008）、《爆破安全规程》（GB6722－2014），主要需要确定钻孔孔距、深度以及直径等，这些参数的确定需要综合考虑炸礁区岩土分类，并分析挖泥船清渣能力。各参数确定的过程如下：
        （1）已知参数
        根据实际投入的钻孔设备及现场条件，
        （2）其它参数确定如下：
        ①单耗q，按下式确定：
        q=q1+q2+q3+q4
        式中：q1——基本装药量，一般是陆地梯段爆破单耗的2倍。对于玄武岩，陆地深孔爆破（无自由面）一般取0.5kg/m3，对水下垂直钻孔，再增加10%。因此q1=1.1 kg/m3。
        q2——爆区上方水压增量；q2＝0.01h2，h2为水深（至开挖底部），水深统一按5m计算，因此q2＝0.05kg/m3。
        q3——爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3，h3为覆盖层厚度，覆盖层已清除，为0m，因此q3＝0。
        q4——岩石膨胀增量，q4=0.03h；h为梯段高度，单位为m，梯段高的范围为1.5m，因此q4＝0.045kg/m3。
        所以，本工程单耗q按计算应取1.195kg/m3。
        ②堵塞长度按经验取h0=0.5~1.0m，取1.0m。
        ③超钻按以往工程经验取h1=1.5～2.0m，取2.0m。
        2.6炮孔布置
        基槽垂直取水明渠纵向中轴线方向的底部宽度为7米，如果岩层厚度为1.5米，根据坡比及工程施工规范需两边各超宽2.25米，爆破宽度为11.5米，实际钻孔时总宽度按12米布置。本炸礁船安装四台钻机，一个船位宽度12米，因此只需一个船位即可满足施工需要。
        排距按实际取2.5米，一般当钻完5~6排即可进行爆破。
        2.7装药与堵塞
        在钻孔过程中，为了能防止泥沙、石渣淤塞，钻孔工作完成后，需要尽快进行装药处理。在装药之前，需要对孔壁质量、孔深度进行检查。接着，根据孔深确定出起爆体的数量。孔深在4m以下时，起爆体数量为1个；孔深在4m到8m之间时，起爆体数量为2个。炸药装至离孔口约1.0m即停止装药，预留1.0m作为堵塞使用。
        2.8爆破网络设计与连结
        （1）微差间隔时间计算
        可采用经验公式计算：
        Δt=KpW（24-f）
        其中，Δt——微差时间，ms；
        f——岩石硬度系数，泥质粉砂岩取7；
        Kp——岩石裂隙系数。裂隙少时取Kp=0.5，裂隙中等时取Kp=0.75，裂隙发育时取Kp=0.9。裂隙按少来考虑。
        W——底盘抵抗线，为2m。由于炸礁属压碴爆破，尚应考虑爆碴的折算抵抗线Wn。

        式中：Wn —— 以碴体厚度折算的附加抵抗线值，单位m；
        Δ—— 压碴体的平均厚度，按3m计；
        K—— 爆破后的碴体松散系数，一般为1.3~1.5。
        根据上式计算，微差爆破时间不到25ms，实际取25ms，后几排微差时间可略微加大，在爆破过程中，炮孔逐排或逐孔顺序起爆。因为前排炮孔起爆后会影响到后排岩块抛出，因此，需要采用合适的微差时间间隔，将后排的起爆岩块与前排的岩石进行碰撞，这样不仅能提高前排岩石的破碎度，在前排孔起爆完成后，还能为后排提供自由面，提高了爆破效果。还可以利用微差分段爆破，避免爆破引起地震波迭加，以减小震动效应。
        3 爆破安全校核
        3.1爆破振动计算
        按公式计算：V=K(Q1/3/R)α
        式中V——振速，cm/s；
        Q——同段起爆允许的药量，kg；
        R——安全距离，m；
        K，α——与岩性相关系数，对坚硬岩石；
        取K=150，α=1.5。
        按《爆破安全规程》（GB6722－2014）的规定：对于中深孔爆破，毛石房、土窑洞、土坯房等安全允许振速控制在0.5～1.5cm/s；一般砖房或者非抗震大型砌块建筑物，安全允许振速控制在2.0～3.0cm/s；重力式码头安全允许振速控制在5~8cm/s；边坡安全允许振速为12cm/s。本次计算，对重件码头沉箱取V=5.0cm/s；斜坡堤边坡取V=12.0cm/s。
        3.2爆破飞石
        根据《水运爆破工程技术规范》（JTS 204-2008）。
        3.3爆破冲击波
        按公式计算：P=K(Q1/3/R)α
        式中P——水中冲击波压力，MPa；
        Q——同段起爆允许的药量，kg；
        R——爆源中心至保护物的距离，m；
        K，α——与爆破方式、地形条件有关的参数；
        本工程为水下钻孔爆破，参照葛洲坝水下钻孔爆破经验公式，取K=3，α=1.45。
        根据有关技术规范标准，水中冲击波超压峰值对鱼类损害程度。
        水下钻孔爆破对人员和施工船舶的水中冲击波安全允许距离。
        工程施工中，起爆前应将警戒范围水域内游水的人员（主要为进行潜水作业的施工人员）叫上岸，通知两侧岸的活动人群，同时应在斜坡引堤岸侧显眼处设置警示牌。
        式中P——船舶的允许超压，Mpa，对施工铁船△P=0.6Mpa，对客货铁船取△P=0.15Mpa；
        Q——一次起爆药量，kg。微差起爆时取大一段的药量；
        R——爆破点与被保护船舶的距离，m。
        根据爆破点与客货船的距离确定安全起爆药量。
        4 结论
        本文介绍了广东大唐国际雷州电厂项目配套码头工程水下炸礁施工工艺技术，通过该工艺技术指导施工，顺利完成取水明渠基槽炸礁及开挖施工，可为同类型工程施工提供参考价值。
        参考文献
        [1]《水运工程爆破技术规范》（JTS 204-2008）[S].北京：人民交通出版社，2008.