橋區水下炸礁施工工藝探討

黃偉榮

（桂林航道管理局測繪處，廣西 桂林541000）

某跨江大橋橋區按照設計水深需挖深河床，在施工過程中遇到堅硬巖石，普通機械無法施工，需采用水下鉆孔爆破方法進行施工，直至達到設計標高。該河道狹窄，水流湍急。設計航道底寬為40~60 m，面寬為60~100 m。本工程設計水位為-0.91 m，設計水深為-5.41 m，流速為3~5 m/s，需要爆破的巖層厚度大部分在1.0~2.5 m。通航橋孔通航密度大，各類船只絡繹不絕，在高峰時可達到3~4艘／min，在炸礁期間，要求除爆破警戒時間外，必須確保船舶正常通行。該段河底地質結構復雜，大多由淤泥、沉渣、淤泥質黏土、粉質黏土和基巖組成，灘段航道為河流侵蝕堆積地貌，大部分暗礁沿岸分布，局部延伸至主航道下。河床覆蓋層主要為第四系河流沖積的圓礫層，呈松散狀，局部混淤泥，揭示層厚0.2~1.85 m，疏浚巖土分級為11級，基巖為中風化灰巖和微風化灰巖。該跨河大橋為等截面梁橋，抗震級別6級。

1 施工總體方案

為滿足進度要求，又不影響船舶通航，采用了半幅施工、半幅通航的方法。先施工左半幅航道，右半幅航道通航。左半幅航道完成并通過驗收后，設立航道標志開通左半幅航道通航，封閉右半幅航道后再施工。

在爆破施工時，擬在通航孔橋梁及橋墩兩側以及爆破點與橋面垂直相交處設置感應裝置，監測爆破產生的地震波等數據，控制炸藥用量，保證大橋安全。爆破方案遵循距離由遠到近，藥量有少到多的原則，共劃分6個施工段，如表1所示。

表1 施工段與大橋間距表

采用鉆機船水下鉆孔爆破法施工，面積較小的淺點則采用裸露爆破法施工。鉆機船從施工段的下游往上游進行施工，抓斗式挖泥船沿著鉆機船開辟的工作面推進，使工程施工形成流水作業。

2 爆破設計

2.1 爆破設備

本工程采用鉆孔炸礁船(鉆機船)炸礁，反鏟式挖泥船清渣的施工方式。鉆孔炸礁船配備主要設備包括：具有RTK功能的GPS定位系統，測深儀，通信、潛水及交通等設備。考慮到施工的難度及特殊性，經研究決定采用的爆破的材料有：炸藥、雷管、擊發雷管及傳爆材料。

（1）炸藥：水下炸礁采用2#巖石乳化炸藥。乳化炸藥是一種含水的工業炸藥，具有不黏手、彈性好、威力高、猛度大、炮煙小、抗水性好等特點，特別適合水下炸礁施工作業。

（2）雷管：采用防水非電毫秒延期導爆管雷管。此種雷管具有抗水、抗壓、抗散雜電流、安全方便、操作簡單等特點。

（3）擊發雷管：采用防水型金屬殼8號工業電雷管。

（4）傳爆：采用塑料導爆管。

2.2 布孔原則

（1）對于大面積的水下礁石，可布置單排或多排鉆孔。水下巖盤或石梁，需要多次鉆爆時，可按由外圍向中間，由下游至上游的順序劃分爆區，必要時也可從中間開槽，逐步向兩側和上下游開挖。

（2）臨近深槽的礁石，則采用定向拋擲，盡量使爆破石塊直接拋入深槽，減少清碴。

2.3 爆破參數

水下鉆孔爆破的參數，主要有鉆孔間距、行距、孔徑、孔深、炸層厚度及炸藥單位消耗量等六項。該跨江大橋橋區水下鉆孔，一般按三角形和梅花形布置，能較均勻地破碎巖石，便利清碴，如圖1所示。

圖1 鉆孔布置

如因鉆機位置固定，調整孔距困難時，也可采用方形或長方形布孔。常用的布孔參數見表2。炸藥單位消耗量，常用實踐經驗值見表3。

表2 水下鉆孔爆破常用布孔參數表

表3 水下鉆孔爆破炸藥單位消耗經驗值

3 裝藥量計算

水下鉆孔爆破的主要特點是，爆破介質與水的交界面上承受著水的壓力，同時爆破破碎的塊石位移亦須克服水的阻力，因此其裝藥量計算應包括破碎巖石和克服水阻力兩部分能量所需的藥量，故其炸藥單位消耗量比陸上爆破大。

該跨江大橋橋區的炸藥單位消耗量經驗值，是實際單耗量的統計值，其不僅是上述所需的藥量，同時還含有塊石拋擲所需的藥量在內。拋擲部分藥量既可使部分巖石直接拋入附近深槽，減少清碴，還可加強巖石破碎。

根據《爆破安全規程》（GB6722-2011）中的公式

式中，

Q為最大一段藥量，kg；

R為爆破振動安全距離，m；

V為保護對象振動安全允許速度，cm/s；

K為與爆破點至計算保護對象之間的地形、地質條件有關的系數；

α為衰減指數。

理論上可通過上式反算出最大用藥量Q值，即

但實際施工中存在以下幾個因素需要考慮：

（1）V按有關規范取值帶有經驗性，根據經驗取值對本次橋梁施工炸藥量計算不一定安全，橋梁的最大安全振動速度Vmax的確定成為關鍵。為此，需對大橋進行監測，檢測爆破中橋梁的響應數據，輸入實際監測到的地震波加速度數據，通過計算確定最大振動加速度，從而推算出Vmax。

（2）K、α按規范事先取值也會對炸藥量計算引起偏差，應以爆破中檢測到的響應數據來調整K、α值，進而計算出正確的炸藥量。

因此，表3中的經驗值只能作為對照參考，在本工程實際中，每階段正式施工爆破前均首先進行試爆，根據監測結果確定施工中的炸藥量。第一階段V值取1 cm/s,K、α取經驗值計算炸藥量試爆，根據監測到的數據，通過橋梁有限元計算預測橋梁能承受的V值范圍，k、α根據監測數據值調整后，把確定的V值代入上式算出炸藥量，之后確定鉆孔范圍及排數等具體施工工藝。下一階段試爆均以上階段最后爆破施工時所測到的數據為依據進行分析，作為本階段爆破參數的調整。由現場監測到的數據，確定各階段V值及最大一段炸藥量如表4所示。

表4 監測調整參數后炸藥最大允許用量表

由于爆破安全距離300 m直徑范圍內有非抗震的大型磚塊建筑物，按《爆破安全規程》（GB6722-2003）規定，V值的上限為3 cm/s。當距離大橋120米內時，僅有大橋單個建筑物，為提高爆破效果，v、α的取值根據監控數據調整上限。

由試爆測出的數據，可以推算當爆破點在距離大橋120米以外時，對大橋幾乎沒有影響，因此在第1~3階段，采用常規的水下鉆孔爆破施工，根據現有施工設備，取行距b=1.8 m，孔距a=2.2 m，超深c=1.2 m，孔徑d=90 mm進行鉆爆施工，炸藥用量參考表3。

在距離大橋120 m以內時，開始進行爆破監控，即根據監測的地震波數據，調整炸藥最大用量，但最大用藥量都不能超過表4中允許用量。

當距離橋墩10米時，為徹底保證大橋安全，采取了圍堰抽水，風鎬鑿巖的方法進行施工。

4 工程施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：

測量、設立施工標志→加工藥卷→移船定位→鉆孔→裝藥→接線→移船→起爆→清碴→測水深→合格（如果不合格，則要補炸，然后進行清渣直到合格為止）→移船到下一個工作面。

4.2 工作船和鉆孔定位

工作船采用鋼纜和錨定位，主纜固定在鉆區上游岸邊的地錨處，近岸一側的邊纜可固定在岸邊，另一側的邊纜可在江中拋錨，如圖2所示。當工作船距岸近時，也可用支杠定位法。若工作船鄰近主航道，則跨越航道的邊纜應采用沉鏈法，避免鋼纜礙航。在工作船定位時，先對準岸上的縱橫導標，大致就位，然后由岸上全站儀指揮調整，使其準確地定至設計位置。

圖2 工作船定位錨纜布置

4.3 鉆孔藥包和起爆體加工

水下鉆孔爆破首選威力高、比重大、抗水性能好的炸藥。冬季施工用的炸藥，還應耐凍。膠質炸藥的加工，一般先將藥卷捆扎成短柱體，用牛皮紙包緊裹圓，外用薄竹片夾直捆緊，即成筒狀鉆孔藥包。每節藥筒的長度可以不等，便于搭配裝藥長度，但最長不宜超過1.0 m，以方便運輸。藥筒外徑至少應小于孔徑10 mm，如藥徑過大，會增加裝藥難度。藥筒外形必須圓順規則，避免裝藥時容易卡塞。如使用廠制規格的圓柱藥筒時，亦應用薄竹片夾直捆緊，制作成上述形狀，便于裝藥。

使用非抗水硝銨類炸藥時，需先用薄鐵皮制作藥筒，或采用同樣大小的硬塑筒，炸藥裝入筒內后，在筒口堵塞約10 mm的隔熱材料(乾土等)，然后用石蠟、瀝青或錫焊密封防水。藥簡必須進行浸水試驗。

起爆體的制作與筒狀藥包基本相同，只是在藥筒內加裝起爆雷管，一般每個起爆體內裝兩個防水性和質量好的8號電雷管或導爆雷管。操作時先將雷管腳線剪短并聯，再接連接線，引出藥筒外，連接線應呈松弛狀扎系在藥筒的提繩上，使其不直接受力。

4.4 水下鉆孔裝藥和堵塞

在裝藥前，先測量實際孔深和檢查孔壁完好情況。裝藥方法有兩種：一種是一次起爆的鉆孔全部鉆完后，連續進行裝藥；另一種是每鉆完一孔隨即裝藥。前者的優點是可以斷電裝藥，當天裝完后即行起爆，不存在保護鉆孔之慮，雷電影響也少。水下鉆孔的保護是個難題，若措施不當或來沙量大時，鉆孔的損失率較大。鉆完一孔裝藥一孔的方法，雖有缺點，但有利于施工，關鍵是要加強預防雷電措施，嚴格藥包防水，確保施工安全。該跨江大橋橋區采用邊鉆孔邊裝藥的方法。

水下鉆孔的堵塞作用，一是可提高爆破效果，二是防止藥筒上浮。堵塞材料可用粒徑20 mm~40 mm的碎石或小卵石。堵塞物要用炮棍壓實，但不得損傷起爆線。

4.5 起爆方法

水下鉆孔爆破常用電雷管起爆，在流速小、流態好的爆區可用導爆管起爆。起爆電源常用強力起爆器。水下起爆網路，一般采用孔內雷管線并聯，孔外分排串聯，再多排并聯后接入主線的并串并聯網路。各結點必須聯接和絕緣良好，起爆前要全面仔細檢查，發現異常情況時要認真處理，因為水下鉆孔的盲炮，一般很難查明，往往會給清碴時留下不安全因素，故應特別重視。

水下起爆網路常易被急流、亂水和雜草、流木等漂浮物沖亂、掛斷，這不僅增大了檢查的難度，還會影響爆破安全。該跨江大橋橋區常用的防護措施有：一是將各鉆孔的起爆線分別系在工作船舷邊的木(竹)桿上，使之不易沖亂，即有雜草掛住也可隨時清除；二是將起爆線集中系在專設的漂木上，沉至水面下約1.0 m深處，如圖3所示。

圖3 爆破網路聯接圖

4.6 盲炮處理

水下鉆孔盲炮的產生因素較多，如雷管品質差，起爆線破損，藥包端線被堵塞時搗斷或套管割斷，支線被漂流物掛斷等，都會造成盲炮。當盲炮發生后，通常是沿著主線和支線進行檢查，或用爆破儀表檢測，對有懷疑或尚待處理的盲炮，應標繪出其位置，提交挖泥船清碴作業人員注意。在清碴時，爆破工應在現場監視和處理。水下鉆孔爆破盲炮的處理，一般采用以下方法：

（1）經檢查確認鉆孔內雷管和支線完好可重新聯結起爆。

（2）堵塞長度小于殉爆距離時，可裝入新起爆體爆破。

（3）在盲炮孔附近投放裸露藥包爆破。

（4）當水淺能判明盲炮的準確位置時，可在距鉆孔適當位置(小于殉爆距離)另鉆平行孔，裝藥誘爆。

4.7 挖泥船定位清渣、裝運、棄渣

水下清渣采用抓斗挖泥船或挖掘機船進行水下開挖，采用80 m3開體泥駁裝、運、卸。水下清渣施工的關鍵是挖泥船的移船定位、浚深控制作業。挖泥船在施工中采用錨纜控制平面位置，在施工水域挖泥船拋設主錨纜及八字錨纜，主錨纜用以控制船體上、下移位，八字錨纜(或橫錨纜)控制船體左、右移位，錨位必須設浮標標志。挖掘機司機根據檢測結果調整移位落尺、落斗深度，并采用測深儀進行測量，直至達到設計要求為止。

拋填棄方區按下列原則進行拋卸：

（1）按設計指定區域拋填。

（2）在拋壤時不得影響挖槽和附近航道、港池、錨地的淤淺，不得妨礙航行，并考慮環保和生態影響。

（3）要有足夠的水深及水域面積，拋卸時先探測水深，防止泥駁擱淺。

（4）棄方區的容泥量應與疏浚工程量相適應。

4.8 測量檢測、掃床測深

當條塊或區段完成后，即用GPS全球定位儀和測深儀自測驗收。對欠挖部位組織抓斗船清除，直至完全合格，對確不能清挖的淺點安排爆破后再清挖。

掃床采用硬式掃床方法。首先準確測量水位，根據水位和設計的航道底高程確定掃床桿的入水深度。軌跡由掃床船上的GPS測定，用來控制掃床船在兩次行進間的搭接，避免發生漏掃。

5 施工作業安全控制措施

（1）在爆破的前10天內連續通過當地媒體進行作業時間和相應安全要求的通告，在爆破周邊區域設置公告欄，張貼爆破通告。

（2）爆破前做好組織協調和各項準備工作，包括明確分工與職責，進行對講機調試等。

（3）做好爆破預報工作，放炮前半小時開始實施警戒預報，由爆破指揮報告爆破安全協調小組本次爆破的相關情況（如本次爆破炸藥量，警戒距離等），確定爆破時間后再通知爆破員進行爆破。

（4）當準備工作完成后，在爆破指揮員的指揮下，施工人員和船只撤至安全地區；警戒人員和警戒船只進入警戒哨崗。

（5）警戒人員在警戒過程中按規定發出預告信號——短促亂哨聲提示。

（6）警戒人員對警戒范圍進行細致搜查，確保警戒圈范圍內無船只和其他人員，特別是警戒水域范圍內的游泳人員和潛水作業人員。

（7）各警戒點和警戒人員在確信具備安全條件時，用對講機報告爆破指揮，并發出可起爆信號。

（8）爆破指揮在收到所有警戒點可起爆報告后，經再次核實確認后，通知爆破員進行起爆。

（9）起爆后十五分鐘，爆破員進入現場察看爆破情況，若發現問題，立即處理，在確定無危險后通過各警戒點解除警戒。

6 結束語

雖然炸礁產生的地震波、沖擊波和波浪對周邊環境特別是重要構筑物會產生一定的影響，但本工程采用水下鉆孔爆破方式多排深孔排間微差爆破技術，爆破介面有一定深度的水體覆蓋，可有效降低爆破地震波、沖擊波，有效控制爆破飛石距離，避免對周邊環境造成影響和破壞；同時在對大橋近距離爆破時，聘請當地地震局專家用專業儀器對大橋進行監控，推算大橋最大安全振動速度，控制炸藥單段最大用量，從而有效地保證了大橋安全。以上探討的工藝為以后類似的橋區水下炸礁施工提供借鑒。

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