水下鉆孔爆破技術(shù)在航道整治工程中的應(yīng)用

劉榮馨

（廣西壯族自治區(qū)柳州航道養(yǎng)護(hù)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(jí)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(zhèn)三江口，全長(zhǎng)101.2 km，按內(nèi)河Ⅱ級(jí)航道通航標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道設(shè)計(jì)尺度為3.5 m×80 m×550 m（航道水深×寬度×彎曲半徑）。主要建設(shè)內(nèi)容包括疏浚、炸礁、筑壩、護(hù)岸、航標(biāo)、信息化及配套工程、跨河纜線工程等，全線共整治灘險(xiǎn)43 處。本項(xiàng)目主體工程是航道整治，施工圖設(shè)計(jì)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(zhì)調(diào)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(zhì)頁巖、砂巖、泥灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r和硅質(zhì)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(xì)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(zhì)年代。

根據(jù)柳江地質(zhì)勘察報(bào)告，除個(gè)別灘外，其它灘險(xiǎn)均有巖石分布，根據(jù)《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS181-5-2012）的規(guī)定，本工程疏浚炸礁定為6級(jí)砂、9級(jí)卵石、10級(jí)卵石、漂石，11級(jí)鍋巴石、13級(jí)中風(fēng)化巖。采用常規(guī)的內(nèi)河鉆機(jī)船和挖泥船就可組織施工，經(jīng)計(jì)算，距離建筑物、構(gòu)筑物200 m 范圍外巖石采用常規(guī)爆破法施工；距離建筑物、構(gòu)筑物50～200 m 范圍內(nèi)巖石采用控制爆破法施工；距離建筑物、構(gòu)筑物0～50 m范圍內(nèi)水下礁石采用水下液壓破碎錘破碎法施工。

在實(shí)現(xiàn)爆破目標(biāo)的同時(shí)，還需注重各項(xiàng)安全措施的落實(shí)，如在爆破危險(xiǎn)區(qū)的邊界設(shè)立警戒哨和警戒標(biāo)志、禁航信號(hào)；航道內(nèi)爆破后（加深或擴(kuò)寬航道）未經(jīng)清渣和掃床不準(zhǔn)船舶進(jìn)入爆破區(qū)域；爆破區(qū)及其附近的建筑物、構(gòu)筑物（如碼頭、橋梁、抽水泵房、煙囪）、管線、設(shè)備等，應(yīng)事先采取安全保護(hù)措施，防止爆破地震、飛石和沖擊波的破壞。

同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)和驗(yàn)證爆破作業(yè)安全性，控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊產(chǎn)生不良影響，控制爆破地震波振速不超出安全標(biāo)準(zhǔn)，確保爆破施工安全、可控；及時(shí)掌握爆破作業(yè)對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物和周邊環(huán)境的影響程度，為可能出現(xiàn)的糾紛提供原始現(xiàn)場(chǎng)資料和權(quán)威數(shù)據(jù)；對(duì)爆破作業(yè)的安全性作出評(píng)估，并根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提出優(yōu)化爆破方案及加強(qiáng)爆破振動(dòng)防護(hù)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(jī)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(nèi)容：施工放樣（測(cè)量設(shè)標(biāo)）→加工藥卷→移船定位→鉆孔→裝藥→接線→移船→起爆→清底→掃床測(cè)深。爆破技術(shù)方案選擇水下鉆孔爆破法。

2 水下鉆孔爆破的作業(yè)優(yōu)勢(shì)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(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)靈活，易于掌握，無需特殊設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有單位炸藥耗藥量大，效率較低，爆破效果、準(zhǔn)確性差，有害效應(yīng)較大，并受水文氣象條件限制等缺點(diǎn)。②水下鉆孔爆破。利用鉆孔爆破船在水上進(jìn)行作業(yè)，通過鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的方法，需要大型設(shè)備施工，工藝復(fù)雜，投入材料、人員數(shù)量大，但施工效率高，受外部環(huán)境的影響較小。

結(jié)合爆區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的巖石結(jié)構(gòu)特性和環(huán)境，采取分段、分幅的爆破作業(yè)方法。其中，主爆區(qū)的爆破以逐孔分段、逐排延時(shí)的方式進(jìn)行，巖層超2 m的部位劃分為多層，有序爆破。先組織探測(cè)，明確區(qū)域內(nèi)礁石的堅(jiān)固程度，予以合理的等級(jí)劃分，進(jìn)而安排爆破。

3 爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

（1）炮孔直徑。以小孔徑、垂直孔為宜，綜合考慮鉆爆平臺(tái)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境，采用100型潛孔鉆機(jī)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(zhǎng)度0.4 m，重量3 kg的藥卷。

（7）采用導(dǎo)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(shù)要點(diǎn)

4.1 鉆孔

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

根據(jù)鉆機(jī)船的機(jī)距及每排孔的個(gè)數(shù)確定每個(gè)區(qū)段的長(zhǎng)度。鉆機(jī)船安裝有6～8臺(tái)鉆機(jī)，區(qū)段的長(zhǎng)度為15～17.5 m。炮孔按梅花形布置，在水下鉆孔定位時(shí)，利用具有RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分差）功能的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行鉆孔定位，用于掌握炸礁船的具體位置，以便調(diào)節(jié)航行方向，保證作業(yè)點(diǎn)位的準(zhǔn)確性。孔位放樣的誤差控制在20 cm 以內(nèi)，根據(jù)當(dāng)天鉆孔時(shí)的水位計(jì)算該點(diǎn)的鉆孔深度，要求一次鉆到設(shè)計(jì)深度。

在鉆孔前要進(jìn)行鉆深、孔深的計(jì)算，以便于鉆機(jī)手準(zhǔn)備本次鉆進(jìn)需要的鉆桿、套管等，根據(jù)設(shè)計(jì)底標(biāo)高、實(shí)時(shí)水位、超深計(jì)算孔深，然后再根據(jù)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(duì)接，并用竹片把藥卷夾好綁緊，每條藥包長(zhǎng)度控制在2 m內(nèi)，安裝2個(gè)雷管，最后將導(dǎo)線與吊炮繩綁扎在一起。裝藥采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，每個(gè)藥包安裝2發(fā)雷管，將藥包慢慢地放入套管內(nèi)并拉緊吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢推入孔內(nèi)。裝好藥后，檢查藥包的頂標(biāo)高應(yīng)在設(shè)計(jì)的巖面標(biāo)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(jì)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(yīng)達(dá)到鉆孔深度的75%左右，藥量與孔深等參數(shù)取值見表1。

表1 藥量與孔深等參數(shù)取值

在正式施工前進(jìn)行小藥量試爆，試爆期間，需同時(shí)檢測(cè)附近區(qū)域的爆破振動(dòng)速度值。根據(jù)試爆的結(jié)果，調(diào)整每次起爆的孔數(shù)、藥量，確保附近建筑物的安全。

4.3 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.3.1 逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)

施工區(qū)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(wǎng)絡(luò)或雙排雙孔起爆網(wǎng)絡(luò)，選用毫秒延時(shí)塑料導(dǎo)爆管雷管，每排6個(gè)孔，分別選用1、3、5、7、8、9 段共6 個(gè)段別，在正式施工前進(jìn)行小藥量試爆，試爆期間，需同時(shí)檢測(cè)爆破振動(dòng)速度值。根據(jù)試爆的結(jié)果，調(diào)整每次起爆的孔數(shù)、藥量，確保橋區(qū)和周邊建筑物的安全。單、雙排逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖分別見圖2、圖3。

4.3.2 排間起爆網(wǎng)路

一般爆破施工則采用排間起爆網(wǎng)絡(luò)，選用毫秒延時(shí)塑料導(dǎo)爆管雷管，每排共6 個(gè)孔，分別選用1、3、5、7、8、9 段共6 個(gè)段別，根據(jù)實(shí)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(shù)和排數(shù)。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(jù)起爆點(diǎn)距民房等需保護(hù)的建（構(gòu)）筑物的距離計(jì)算最大單段藥量，嚴(yán)格控制一次起爆藥量，采用的網(wǎng)絡(luò)連接方式見圖4。

4.4 爆破安全距離計(jì)算

4.4.1 爆破地震波安全距離計(jì)算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）的規(guī)定，爆破地震作用對(duì)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(dòng)速度，cm/s；K、α為分別為與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）規(guī)定，系數(shù)K、α取值范圍見表2，安全允許振動(dòng)速度V見表3。

表2 有關(guān)的系數(shù)K和衰減指數(shù)α值

表3 安全允許振動(dòng)速度

項(xiàng)目施工范圍周邊需采取措施進(jìn)行保護(hù)的主要有施工區(qū)域附近的民房，根據(jù)實(shí)際調(diào)查的情況和相關(guān)規(guī)范要求，選定相關(guān)參數(shù)（K=180、α=1.7），土坯房、磚瓦房的爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)為0.5 cm/s，一般民房居民樓的爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)為2 cm/s，碼頭結(jié)構(gòu)、廠房、公路橋梁的爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)為3 cm/s。

根據(jù)式（2）及參數(shù)取值，計(jì)算得出爆破距離與藥量之間的關(guān)系（見表4）。

表4 爆破距離與藥量之間的關(guān)系

在進(jìn)行爆破施工時(shí)，為減少爆破施工對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響，需嚴(yán)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(jìn)行控制；實(shí)際施工時(shí)應(yīng)根據(jù)周邊建筑物類別、距離等情況計(jì)算確定，不能超過表4的安全允許裝藥量；同時(shí)根據(jù)爆破施工進(jìn)展情況，在需保護(hù)建（構(gòu)）筑物的合適位置設(shè)置爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)測(cè)振數(shù)值調(diào)整爆破參數(shù)，確保施工安全。

4.4.2 水中沖擊波的安全允許距離

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）規(guī)定，鉆孔爆破水中沖擊波對(duì)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(duì)人員及船舶安全允許距離表

4.4.3 個(gè)別飛散物安全允許距離

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）規(guī)定，施工爆破點(diǎn)水深大于6 m 時(shí)，不考慮個(gè)別飛散物對(duì)地面或水面以上人員的影響；水深在1.5～6.0 m時(shí)，最小安全允許距離70～200 m；水深小于1.5 m 時(shí)，個(gè)別飛散物安全允許距離與陸上爆破相同。本項(xiàng)目爆破區(qū)域水深大于3 m，爆破個(gè)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(zhì)量控制措施

5.1 爆破形態(tài)

正式起爆后，安排爆后檢查。實(shí)際結(jié)果表明：各炮孔均有效引爆，整個(gè)爆破區(qū)域內(nèi)不存在盲炮或殘炮；對(duì)爆破后的礁石做詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)其均勻性較好?？傮w來看，爆破形態(tài)良好，爆破效果顯著。

5.2 爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)

5.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

爆破具有擾動(dòng)作用，可能由于爆破方法不合理而導(dǎo)致周邊建筑物出現(xiàn)失穩(wěn)、受損等問題。為此，在建筑群相應(yīng)位置布置測(cè)點(diǎn)，配套TC4850 振動(dòng)測(cè)試儀、L20-X爆破測(cè)振儀，用于爆破監(jiān)測(cè)。灘點(diǎn)附近重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括臨河村莊民房、老舊瓦房、危房、學(xué)校、鄉(xiāng)鎮(zhèn)臨河建（構(gòu)）筑物，魚類產(chǎn)卵場(chǎng)，索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)，橋梁，取、排水口設(shè)施，碼頭等。

5.2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

不同類型建筑物爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表6，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。

表6 各不同類型建筑物爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）及需保護(hù)建（構(gòu)）筑物的實(shí)際情況綜合確定水下爆破振動(dòng)的允許標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)測(cè)振速不超過爆破振動(dòng)的允許標(biāo)準(zhǔn)值，以確保周邊建筑物的安全。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如超出預(yù)警值，施工單位則相應(yīng)的調(diào)整、控制和優(yōu)化爆破施工方案。爆破施工方應(yīng)將由爆破振動(dòng)造成的周圍環(huán)境異常和投訴情況及時(shí)反饋給監(jiān)測(cè)部門，便于針對(duì)性地開展監(jiān)測(cè)工作。

5.3 鉆孔爆破的質(zhì)量控制措施

（1）聯(lián)合應(yīng)用RTK-GPS定位和全站儀定位，切實(shí)提高測(cè)量定位的準(zhǔn)確性，使孔位實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差不大于10 cm。

（2）嚴(yán)格控制鉆孔套管的長(zhǎng)度，最大限度減小水流的沖刷作用，以免出現(xiàn)移位或淤泥堵塞現(xiàn)象。

（3）動(dòng)態(tài)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在起、落鉆前報(bào)告潮位，判斷是否具備作業(yè)的條件；施鉆時(shí)，每變化10 cm報(bào)告一次。

（4）掃測(cè)地下地形，綜合考慮作業(yè)時(shí)的水深，合理控制各鉆孔的深度。鉆孔后，以下放測(cè)繩的方式檢查孔深，判斷深度是否達(dá)標(biāo)。

（5）注重對(duì)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(shí)，借助炮棍輔助作業(yè)，裝藥至距孔口1.0～1.5 m，根據(jù)實(shí)際環(huán)境調(diào)整裝藥量。

（6）準(zhǔn)確連接起爆網(wǎng)絡(luò)的各支路，并做詳細(xì)的檢查，要求起爆電雷管電阻的實(shí)測(cè)值在許可范圍內(nèi)，針對(duì)異常之處加以處理，以免出現(xiàn)跳炮現(xiàn)象。

（7）遵循動(dòng)態(tài)施工的原則，遇到中、微風(fēng)化巖石地質(zhì)條件時(shí)，在常規(guī)排距的基礎(chǔ)上適當(dāng)減小，確保爆破質(zhì)量達(dá)到要求。

（8）加強(qiáng)對(duì)炸藥、導(dǎo)爆管雷管等各類原材料的質(zhì)量檢查，確認(rèn)無誤后再投入使用。

6 結(jié)語

水下鉆孔爆破技術(shù)在柳江紅花樞紐至石龍三江口Ⅱ級(jí)航道整治工程中發(fā)揮重要作用，施工工效高、效益好，達(dá)到既定的爆破要求，同時(shí)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。