摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)水下炸礁爆破施工方案進(jìn)行了優(yōu)化探討，并在后續(xù)施工中采用安全控制措施，使爆破效果得到改善，保證了施工安全。

　　關(guān)鍵詞：水下炸礁,方案設(shè)計(jì), 優(yōu)化;

　　1、前言

　　近年來，大量深水碼頭泊位尤其是重力式碼頭不斷興建，對(duì)碼頭基礎(chǔ)部分的承載能力提出了更高的要求，大多基礎(chǔ)的持力層均為承載力較高的強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層，因此在施工中普遍采用水下炸礁來進(jìn)行基槽開挖。水下炸礁作為一種特種爆破，其施工方案的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素較多，主要包括爆破施工區(qū)環(huán)境、巖土性質(zhì)、施工工藝和爆破器材以及施工安全因素等，必須針對(duì)具體施工條件進(jìn)行全面的考慮。爆破施工方案完成后一般應(yīng)進(jìn)行試爆，結(jié)合試爆效果對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提出改進(jìn)和控制措施，以保證大面積施工的質(zhì)量、進(jìn)度和安全。

　　2、工程概況

　　某3萬(wàn)噸級(jí)碼頭，采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱基礎(chǔ)長(zhǎng)230 m，寬15 m，碼頭面高程5.4 m，前沿底高程-15.0 m。基槽開挖長(zhǎng)250 m，底寬21 m，深1.5-3 m。 根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告巖層表面有0.5-1.0 m厚的殘積土，其下為中分化花崗巖。以中分化花崗巖層為持力層，基床拋石厚度不小于1 m。在擬建3萬(wàn)噸級(jí)碼頭下游約150米處有一堤壩護(hù)岸，基床開挖爆破區(qū)300米范圍內(nèi)沒有其他的建筑物，因此對(duì)基床開挖爆破安全影響是可控制的。

　　3、水下炸礁方案設(shè)計(jì)

　　3.1 孔網(wǎng)參數(shù)

　　最小抵抗線W：抵抗線是巖石爆破的重要參數(shù)之一，初步考慮最小抵抗線W取3.0 m。多排炮孔采用網(wǎng)狀方式布置。

　　孔距a：a=(1.0～1.5)W=1.0×3.0=3.0 m。

　　排距b：b=a/1.2=3/1.2=2.5 m。

　　單孔裝藥量Q：Q=q0abH0=1.3×3.0×2.5H0=9.75H0。式中:q0---單位炸藥消耗量(kg/m3),強(qiáng)、中風(fēng)化巖石的炸藥單耗取q0=1.3kg/m3，乳化炸藥的爆力為320ml，炸藥換算指數(shù)為1.0，H0為巖層厚度。根據(jù)炮孔深度按上式計(jì)算理論裝藥量，實(shí)際裝藥時(shí)按6的倍數(shù)取最接近計(jì)算值的藥量裝填，偏差在±3kg以內(nèi)，可根據(jù)一次起爆的總藥量靈活選取。

　　炮孔直徑d：鉆頭直徑為150mm，因此炮孔直徑d=150～155mm。

　　3.2 爆破器材

　　施工用炸藥為防水性能較好的乳化炸藥，出廠時(shí)藥柱用塑料袋包裝，直徑為135mm，藥柱長(zhǎng)度為0.4m，標(biāo)定重量為6kg，在水深大于18m時(shí)最大耐水時(shí)間達(dá)8小時(shí)。

　　起爆體由兩發(fā)8#非電毫秒延期雷管并聯(lián)組成，通過約30m的非電導(dǎo)爆管聯(lián)結(jié)網(wǎng)路，用8#銅殼電雷管作為擊發(fā)元件起爆。

　　3.3 起爆網(wǎng)路

　　受一次起爆總藥量的限制，一般一到兩排即起爆一次，因此起爆網(wǎng)路采用較為簡(jiǎn)單的簇并聯(lián)方式，即所有孔內(nèi)非電雷管均通過導(dǎo)爆管并聯(lián)，并將起爆電雷管用電工膠布與導(dǎo)爆管束捆綁在一起，用電雷管引爆導(dǎo)爆管，傳爆至孔內(nèi)非電雷管引爆炸藥。每排7個(gè)炮孔，孔間微差起爆，雷管段別為1～8段，相鄰段別延期時(shí)間分別為25ms。

　　3.4 施工總體布置

　　根據(jù)本工程的特點(diǎn)，方案選用的主要施工船舶包括900t炸礁船1艘(配鉆機(jī)7臺(tái))、8m3抓斗挖泥船1艘、拖輪和泥駁若干。炸礁船定位后開始鉆孔，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后裝藥，并聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)路起爆。施工總體順序安排自西向東，按炸礁、清礁的順序進(jìn)行。

　　4、炸礁方案的優(yōu)化

　　按照上述施工方案進(jìn)行爆破施工時(shí)，周邊區(qū)域地面震感強(qiáng)烈，村民的反映較大，對(duì)后續(xù)正常施工產(chǎn)生較大干擾。爆破后8m3抓揚(yáng)式挖泥船進(jìn)場(chǎng)清礁，因爆破后礁石塊度大，清挖困難、工效降低。清挖后經(jīng)水深測(cè)量發(fā)現(xiàn)仍存在局部的淺點(diǎn)，基槽底標(biāo)高達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

　　4.1 爆破器材質(zhì)量控制

　　微差爆破的作用原理是將一次大藥量爆破以一定的間隔時(shí)間分割成多次小藥量爆破，從而達(dá)到增加巖石自由面、形成應(yīng)力波迭加、巖石多次碰撞破碎和地震波相互干擾的綜合作用，因此合理的微差爆破間隔時(shí)間是實(shí)現(xiàn)上述目的的關(guān)鍵。

　　第一施工段的微差爆破單段藥量及一次起爆的總藥量并不大，分別為102kg和204kg，產(chǎn)生較強(qiáng)地震波可能是雷管延期時(shí)間精度不高所致。對(duì)本工程所采用的毫秒延期雷管進(jìn)行檢查，1～2段別的雷管其延期時(shí)間最大誤差達(dá)±15ms，平均誤差±10ms，延期時(shí)間的精度較低，相鄰孔的爆破延期時(shí)間無法保證，對(duì)地震波的分隔作用不能完全體現(xiàn)。

　　為減小爆破地震效應(yīng)，后期爆破采用了質(zhì)量信譽(yù)較好的廠家生產(chǎn)的雷管，其延期時(shí)間精度較高，并在應(yīng)用前進(jìn)行抽樣檢測(cè)。同時(shí)增大孔間延期時(shí)間，相鄰孔雷管延期時(shí)間調(diào)整為50ms，以保證微差削波效果。

　　4.2 爆破參數(shù)優(yōu)化

　　初期炸礁方案特點(diǎn)是大孔徑、大排距、大藥量，在施工環(huán)境簡(jiǎn)單、一次起爆藥量不受限制的情況下進(jìn)行群爆施工效果好，速度快。但由于孔徑較大，且連續(xù)裝藥于孔底，實(shí)際形成集中藥包爆破的效果，導(dǎo)致頂層巖石破碎不均而產(chǎn)生大塊。

　　根據(jù)爆破漏斗理論可知，當(dāng)爆破指數(shù)n=r/W值從小于1到大于1時(shí)，由松動(dòng)爆破經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破到加強(qiáng)拋擲爆破，巖體沿抵抗線方向獲得的水平推力逐漸增大，拋擲效果越明顯。爆破時(shí)若排距過大，則增大了單排起爆時(shí)的最小抵抗線長(zhǎng)度，減小了拋擲作用，巖石不能充分破碎和松散，給清礁施工造成困難。

　　在后期爆破設(shè)計(jì)時(shí)，著重解決爆破后礁石的塊度較大和底標(biāo)高不夠的問題，因此對(duì)爆破孔網(wǎng)參數(shù)作如下調(diào)整：

　　減小炮孔和藥柱直徑。后期施工更換為配備YQ130鉆機(jī)，使炮孔直徑d=130～140mm，同時(shí)向廠家定制加工成型的藥柱，藥柱直徑Φ=130mm。通過減小炮孔直徑，使相同重量的藥柱長(zhǎng)度增加，在孔內(nèi)分布更加均勻。

　　增加超鉆深度，由原來的H0=1.5~2.5m增加到1.8~2.8m，保證后期爆破能一次性達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

　　減小炮孔排距。為加強(qiáng)微差爆破的水平拋擲作用，使礁石充分松動(dòng)破碎，便于后續(xù)清礁施工，將炮孔排距由原來的b=2.5m減小到2.0m，由此共增加鉆孔25排175個(gè)。

　　4.3單孔藥量

　　因在巖層表面尚有較厚的殘積土需炸除，但施工時(shí)僅按風(fēng)化巖層中的炮孔深度來計(jì)算裝藥量，沒有考慮殘積土覆蓋層和水壓影響，因此實(shí)際裝藥量偏小，導(dǎo)致爆破不充分而出現(xiàn)大塊礁石，在清礁時(shí)無法清除而形成較大面積的淺點(diǎn)。

　　為克服殘積土層和大水深的壓力影響，后期方案中適當(dāng)增大了單孔藥量，主要做法為：一是調(diào)整巖層厚度H0的計(jì)算方法，即巖層厚度除計(jì)算風(fēng)化巖層厚度外還計(jì)算頂層未清挖的殘積土層厚度，實(shí)際操作時(shí)以下鉆至沖擊器開始沖擊振動(dòng)發(fā)出聲響時(shí)的標(biāo)高作為孔口標(biāo)高，則巖層厚度H0=孔口標(biāo)高-孔底標(biāo)高。二是增大炸藥單耗q0，即考慮大水頭對(duì)爆破應(yīng)力波的作用與影響，引入假設(shè)的水深影響系數(shù)k=1.2，則單孔藥量

　　Q=kq0baH0=1.2×1.3×3.0×2.0H0=9.36H0。

　　4.4 施工工藝優(yōu)化

　　在鉆孔過程中隨著鉆桿的上下運(yùn)動(dòng)，高壓氣流和水流會(huì)將孔口附近的泥沙覆蓋層沖起并隨水流帶走，在孔口形成一漏斗。裝藥后提起護(hù)孔套管，自然回落進(jìn)孔內(nèi)的泥沙極少，實(shí)際起不到填塞作用，爆破能量得不到充分利用，爆破效果較差。因此在后期方案中對(duì)炮孔裝藥結(jié)構(gòu)和施工順序進(jìn)行了調(diào)整。

　　4.4.1裝藥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

　　為保證頂層殘積土和礁石能充分破碎松散，對(duì)原來的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，即采用孔內(nèi)間隔裝藥結(jié)構(gòu)(如圖所示)。取長(zhǎng)0.5～1.0m的Φ130PVC管，以膠帶或塑料袋封住一端，填充砂石制成砂筒。兩段藥柱間用砂筒間隔，藥柱在孔內(nèi)均勻分布，使爆破后的礁石塊度均勻。上段藥柱上的砂筒即可起到填塞作用，使爆破能量得到充分利用，又可防止炸藥在急水流下浮起，其長(zhǎng)度可根據(jù)炮孔深度靈活選取。

　　4.4.2施工順序的調(diào)整

　　針對(duì)本工程區(qū)域具有的炸礁巖面以上泥砂、殘積土等覆蓋層厚的特點(diǎn)，在后期爆破施工方案中考慮通過工程措施減少覆蓋層的不利影響，即在炸礁施工前安排挖泥船進(jìn)場(chǎng)，清除強(qiáng)風(fēng)化巖層上的殘積土，降低孔口標(biāo)高，在挖泥作業(yè)完成后再進(jìn)行炸礁施工。

　　5、安全控制

　　對(duì)本工程水下炸礁的安全控制，主要考慮爆破地震波、水下沖擊波和低潮起爆時(shí)的飛石影響，根據(jù)相關(guān)安全規(guī)程對(duì)各控制參數(shù)進(jìn)行校核、計(jì)算，將安全指標(biāo)控制在安全范圍內(nèi)，確保爆破施工安全。

　　5.1爆破地震安全距離

　　根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—86)安全距離的計(jì)算公式：

　　式中Q—　一次起爆炸藥量，kg，微差起爆時(shí)取最大一段的裝藥量;

　　R—　爆破點(diǎn)與被保護(hù)建(構(gòu))筑物的距離，m;

　　V—　爆破地震安全速度，護(hù)岸取V=3cm/s;

　　K，α— 與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，對(duì)堅(jiān)硬巖石取K=100，α=1.4。

　　根據(jù)爆破點(diǎn)與被保護(hù)物的距離確定每段安全起爆藥量，對(duì)護(hù)岸的最大起爆藥量見表5—1。

　　為了確保堤壩護(hù)岸的安全，在爆破初期采用較小的起爆藥量，并采用微差爆破，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行監(jiān)控。按照優(yōu)化后的施工方案進(jìn)行爆破施工時(shí)，在堤壩護(hù)岸處進(jìn)行了地震波的監(jiān)測(cè)，測(cè)得的爆破地震波范圍為0.31～1.42cm/s，均小于GB6722—86《爆破安全規(guī)程》對(duì)非抗震的大型砌塊建筑物規(guī)定安全震動(dòng)速度在2～3cm/s的要求，因此爆破不會(huì)對(duì)堤壩護(hù)岸造成危害。

　　為監(jiān)測(cè)水下炸礁對(duì)周邊建筑物的影響，在爆破施工時(shí)在碼頭前沿和護(hù)岸頂部選取幾個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行位移和沉陷觀測(cè)。開工前先測(cè)定這幾個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)值和高程，在施工過程中，每隔一個(gè)月進(jìn)行一次觀測(cè)，定期觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)物的單次和累計(jì)位移、沉降值均處于正常狀態(tài)。

　　5.2水中沖擊波安全距離

　　根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》，鉆孔爆破水中沖擊波對(duì)水中人員、施工船舶的安全距離隨著一次起爆的藥量增加而增大，在施工中首先對(duì)爆破施工周邊各建構(gòu)筑物和相關(guān)水下作業(yè)進(jìn)行調(diào)查，確定其與爆破點(diǎn)的距離，然后根據(jù)規(guī)范規(guī)定的沖擊波安全距離反算一次起爆藥量，從而保證爆破施工安全。

　　5.3飛石的影響

　　根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》，當(dāng)水深大于6m時(shí)無需考慮飛石的影響。當(dāng)水深小于6 m時(shí)應(yīng)乘潮進(jìn)行爆破作業(yè)，同時(shí)做好相關(guān)警戒和安全防護(hù)措施。本工程最低潮水深大于11m，無需考慮飛石的影響。

　　6、結(jié)束語(yǔ)

　　通過對(duì)水下炸礁方案的優(yōu)化，后續(xù)基槽爆破質(zhì)量均達(dá)到預(yù)期要求。礁石破碎均勻，塊度較小，滿足清礁船及泥駁拋卸作業(yè)的要求，基槽斷面尺寸及底標(biāo)高均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，沒有出現(xiàn)淺點(diǎn)。地面震感較弱，附近人員直觀感覺可以接受，周邊建構(gòu)筑物未出現(xiàn)破壞情況，由此證明所采取的控制措施是合理有效的。優(yōu)化后的爆破方案體現(xiàn)了多鉆孔、少裝藥、延長(zhǎng)藥包、間隔裝藥、微差削波的基本特點(diǎn)，較好的解決了復(fù)雜條件下的水下炸礁質(zhì)量和安全問題。

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