浅谈水下钻孔爆破施工工艺

浅谈水下钻孔爆破施工工艺

王宇翔周鑫

中交上航局航道建设有限公司浙江宁波315200

摘要：近年来，水下炸礁爆破技术在港口与航道工程施工中得到广泛应用，本文结合厦门新机场某航道工程水下炸礁施工情况，介绍水下钻孔爆破施工工艺，通过科学的爆破设计及施工过程中严格细致的组织管理，爆破施工过程振动波影响将至最低，炸礁施工质量可控，可为今后类似工程提供借鉴。

关键词：航道；水下钻孔爆破；施工工艺；

1、工程概况

厦门新机场某航道工程位于福建省厦门市东南海域，施工内容包含炸礁、清礁及疏浚。东线航道设计长度15.4km，设计底高程-11.6m（当地理论最低潮面），设计通航宽度240m，计算超宽为1.0m，计算超深为0.5m，根据炸礁段岩性，炸礁边坡取1：0.75，炸礁工程量约60.2万m3。本工程礁石分布较散，礁石类别及工程量见下表：

表1-1礁石类别及工程量表

2、水下钻孔爆破施工工艺

2.1水下钻孔爆破施工准备工作

2.1.1施工船舶设备设置

本工程水下炸礁施工采用钻孔炸礁船钻孔爆破，抓斗挖泥船进行清渣的施工方式。钻孔炸礁船主要设备包括：全液压潜孔钻机、配套空压机、具有RTK功能的GPS定位系统，测深系统，通信、潜水及交通等设备。钻孔炸礁船分为平台式和漂浮式，本工程主要采用漂浮式钻孔炸礁船，采用全液压潜孔钻或气压潜孔钻进行钻孔，套管内径160mm，钻头直径138mm。

2.1.2水下爆破器材选择

水下爆破作业需要炸药在水下浸泡比较长的时间，为保证爆破效果，本工程炸药选用防水性能较好的乳化炸药（φ110mm，单个药包长度35cm，重4kg），炸药包制作可用PVC塑料管、竹片等材料进行固定绑扎。起爆雷管采用非电塑料导爆管雷管，塑料导爆管雷管采用毫秒非电雷管引爆。

2.1.3爆破参数设计

工程开工前应进行试爆，确定合理最佳的排拒和孔距及单耗。根据岩石特性、钻孔船钻机结构、抓斗船清礁能力，孔、排距的确定参照《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008），根据炸礁船钻头直径及使用的药柱直径，本工程设计爆破参数分别如下：

1）、孔网参数设计

药柱直径110mm孔网参数设计：

孔距a：a=2.5m排距b：b=2.0m

超钻深度△h△h=2.0～3.0m（取2.5），

2）、炸药单耗设计：

水下钻孔爆破单耗可按下式计算：

q＝0.45+（0.05～0.15）H

其中：q—炸药单耗，0.45是陆域台阶爆破的炸药单耗，kg/m3；H—水深，m，本工程高潮位时水深约15m，低潮位时水深约10m。本工程炸药单耗根据礁石覆盖水深，取单耗q=1.5Kg/m3。

2.1.4爆破安全距离验算

2.1.4.1爆破地震波的安全距离

根据《爆破安全规程》（GB6722－2014）的爆破地震安全距离公式：

式中Q—一次起爆炸药量，kg，微差起爆时取最大一段的装药量；

R—爆破点与被保护建（构）筑物的距离，ｍ；

V—爆破地震安全速度，cm/s；

K、α—与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数。根据本工程岩石性质，取K=250，=1.8。

根据上面公式得出Qmax=R3（v/K）3/α，本工程距离爆破区域最近的为大小嶝岛、金门岛、角屿岛等岛上上建构造物，考虑到岛上建构筑物多数为条石结构，本工程采取允许的最大震动速度V取1.0cm/s，由此计算得到的各建筑物最大允许段药量见下表。

表2-1本工程保护建筑物爆破最大允许的最大段装药量表

2.1.4.2爆破水中冲击波对人员及施工船舶的安全距离

参照《爆破安全规程》（GB6722－2014），船舶及非施工船舶安全警戒距离：500m；游泳、水下潜水作业人员安全警戒距离：1500m。

2.1.5绘制钻孔船孔位布置图

施工前，根据各礁石分布特征及钻孔船船孔、排距设计，绘制详细的孔位布置图，并对每个船位、孔位进行编号，便于施工中能够精确控制。

2.2钻孔船布锚、定位

2.2.1漂浮式炸礁船抛锚

本工程施工中采用的漂浮式炸礁船，每艘船均配备了6套绞锚系统用于定位，采用六缆定位法，每根锚缆长150到200m。炸礁船艏艉各布置一条中缆和锚，两边各布置两条边缆及锚。炸礁船通过布锚及绞缆进行定位及移位。

2.2.2移船定位

移船定位包括平面坐标控制和钻孔标高控制。标高控制采用当地理论高程系统，把相关数据资料导入船舶定位软件中后就可以自动获取当前水位值，并在施工中控制孔底标高。平面坐标控制方面，按专项方案设计的孔排距将钻孔排位预先绘制到GPS测量软件中，通过船上定位系统控制炸礁船钻机孔位位置。定点钻孔时，实测孔位与设计孔位点的偏差不得大于0.2m。在整个炸礁施工管理过程中，要定期对所有船舶的定位系统进行校核，确保船舶定位准确。起爆时，炸礁船只需要通过绞缆移动到安全距离以外即可。

2.3钻孔及爆破

2.3.1钻孔工艺

（1）本工程施工区域受季风影响频繁，涌浪比较大，经对比分析采用高钻架“一管一钻法”，钻孔时先下套管再下钻具。钻到设计深度后，要通过多次提升和下放钻杆的方式，清洗干净孔中的碎石和淤砂。

（2）钻孔深度由下式计算：

钻孔深度=水面高程（以理论基准面计算的潮位）-设计底高程-套管入水深度+超深

图2-2：钻机钻孔示意图

2.3.2装药与堵塞

每个孔装药都应该在钻孔完成后立即进行，避免碎石堵孔及泥砂回淤。炸药包的结构有多种形式，可以采用PVC管进行绑扎，也可以采用竹条和编织袋进行绑扎，目前水下炸礁一般采用乳化炸药进行爆破。同时，为了达到较好的爆破效果和减少水中冲击波的影响，本工程一律采用粗砂或者细石堵孔，堵塞长度根据设计确定，但最小不小于50cm。

2.3.3爆破网络及起爆方式

本工程采用防水的非电毫秒微差起爆网路，每个起爆体内装2发引爆雷管以及1发检验雷管（不接入起爆网络，用来检查是否有盲炮），整个起爆网路采用簇联方式连接，起爆主线也是采用非电导爆管雷管。起爆网络连接、检测完成以后，通过绞缆移船至安全范围，同时按照白海豚驱赶保护要求采用声驱法进行白海豚驱赶保护，并由警戒船做好警戒，按规定程序发出起爆信号，然后起爆。

2.3.4白海豚驱赶保护

本工程施工区域是中华白海豚外围活动地带，爆破作业需确保白海豚安全，在炸礁施工过程中，要由有资质的单位采用声驱法对白海豚进行驱赶，确保在炸礁点附近1500m水域范围内爆破前无白海豚出入，同时加强对工程附近海域进行瞭望、观察，一旦发现有中华白海豚在爆破影响区范围内活动，立即停止爆破作业。

2.4盲炮的处理

起爆后爆破员要按照规定检查爆破是否存在盲炮，发现盲炮及时进行处理。盲炮处理方法有：

（1）经过检查如果原爆破网路完好，可以重新起爆；

（2）对填塞长度小于炸药的殉爆距离或全部用水堵塞的水下炮孔盲炮，可另装入起爆药包诱爆；

（3）在盲炮附近重新钻孔装药殉爆，但钻孔距离盲炮孔口不得小于10d（d炮孔直径）；

3、应用效果

厦门新机场某航道工程水下炸礁施工采用上述钻孔爆破施工工艺，通过在施工过程中严格按照要求操作，并不断分析总结，优化爆破各项参数，炸礁效果良好，工程质量符合要求，可为类似工程施工提供借鉴。

4、结语

水下炸礁施工具有一定的复杂性，总结形成一套规范适用的水下爆破施工工艺，可以有效减少炸礁施工产生的振动波对周边环境、海洋生物特别是重要建筑物的影响。本工程采用的毫秒微差爆破技术以及空气间隔装药爆破技术，通过选择合适的爆破参数，规范的施工操作流程，可有效降低爆破振动峰值，最大程度的减少爆破振动对周边的影响，满足爆破安全的要求；同时，爆破能量无效消耗较小，岩石破碎效果好，提高清渣工效，保证了质量和工期的需要。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准（GB6722－2014）《爆破安全规程》2014.12.5.

[2]杨滔.浅谈水下炸礁施工工艺设计及施工组织.中华居民2012年4月，P942-943.