沉箱近距離水下爆破施工工藝

楊熠棟 楊輝

摘 要：水下炸礁施工技術(shù)越來(lái)越廣泛用于碼頭水工建設(shè)施工，炸礁施工過程中需嚴(yán)格控制炸礁振動(dòng)影響，而近距離炸礁對(duì)炸礁施工工藝要求更為嚴(yán)格。本文結(jié)合加納特碼新集裝箱碼頭項(xiàng)目簡(jiǎn)要介紹了沉箱近距離水下炸礁施工的施工工藝和振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：沉箱近距離炸礁 爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè) 施工工藝

1.工程概況及施工目的

1.1工程概況

該工程位于非洲幾內(nèi)亞灣北部加納港口城市特馬，瀕臨幾內(nèi)亞灣的北側(cè)，位于特馬老港現(xiàn)有泊位西側(cè)，本工程碼頭為沉箱重力式碼頭，原始水深-8m、-9m，爆破施工內(nèi)容包括：碼頭基槽及沉箱出運(yùn)通道水下爆破施工，內(nèi)港池水下爆破施工。碼頭基槽炸礁設(shè)計(jì)標(biāo)高為-18.3m、-19.8m，北邊坡為3：2和2：1，南邊坡為1：1，允許超深0.5m，超寬3.0m；沉箱出運(yùn)通道炸礁設(shè)計(jì)標(biāo)高為-16.9m，內(nèi)港池炸礁設(shè)計(jì)標(biāo)高為-16.9m，邊坡1：1，允許超深1.0m，超寬5.0m。

該工程水下炸礁施工船舶為新港灣16號(hào)，其最大鉆孔深度為60m，鉆機(jī)數(shù)量為10個(gè)，鉆桿直徑為152mm。

1.2施工目的

為確保水下爆破施工作業(yè)順利開展，避免爆破振動(dòng)波對(duì)沉箱預(yù)制場(chǎng)、沉箱出運(yùn)碼頭和已安放好沉箱結(jié)構(gòu)造成的振動(dòng)破壞，特編制該項(xiàng)目近距離的水下爆破施工方案。

2.地質(zhì)條件

該項(xiàng)目土質(zhì)從上之下依次為松散砂、膠結(jié)鈣質(zhì)土、強(qiáng)風(fēng)化片麻巖和中風(fēng)化片麻巖，部分碼頭基槽、沉箱出運(yùn)通道和內(nèi)港池的表層松散砂和膠結(jié)鈣質(zhì)土由抓斗船施工，剩下的強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖需要進(jìn)行水下炸礁施工。強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖的特性如下：

2.1強(qiáng)風(fēng)化巖

易破壞的灰綠的、斑駁的、棕黃色的強(qiáng)風(fēng)化的片麻巖，主要摻合著砂礫、砂質(zhì)粘土。層厚在3～5m，標(biāo)貫在50～750擊（N=50/20mm，換算成標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)貫為N=750/300mm），部分巖芯可取長(zhǎng)度達(dá)10～30cm，可見其堅(jiān)硬。

2.2中風(fēng)化巖

灰白色、斑駁的、細(xì)至粗粒度的中等風(fēng)化片麻巖，巖質(zhì)極其堅(jiān)硬。內(nèi)港池巖層較厚，最厚可達(dá)5m；部分碼頭基槽巖層較薄，大約為0.4m～0.7m，另外在K0+392、K0+744、K0+845里程亦出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)底標(biāo)高的中風(fēng)化巖層。

3.風(fēng)浪條件

加納特碼項(xiàng)目所在地海域在當(dāng)?shù)赜昙荆?月-10月）期間風(fēng)浪較大，旱季（11月至次年5月）風(fēng)浪相對(duì)較小。波向主要集中在155°N～195°N，該方位內(nèi)波浪的出現(xiàn)頻率在9 9.9 %以上，其中又以165°N～185°N向波浪的頻率為最高，譜峰波周期的分布范圍寬（4s～20s），其中9s～16s譜峰周期波浪的出現(xiàn)頻率占88.7%。整體風(fēng)浪條件較差，但在近距離炸礁施工時(shí)，外圍防波堤已推進(jìn)至2400m左右，可對(duì)炸礁區(qū)域形成良好的掩護(hù)，具備良好的鉆孔施工條件。

4.近距離爆破區(qū)域及技術(shù)要求

近距離爆破施工區(qū)域有：

（1）港池CH-45～CH75段的沉箱出運(yùn)通道和內(nèi)港池，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-16.9m，炸礁區(qū)域?qū)捈s80m，距離沉箱最近距離約為55m。

（2）碼頭基槽及沉箱出運(yùn)通道CH750 - CH850段，碼頭基槽設(shè)計(jì)底標(biāo)高-18.3m，沉箱出運(yùn)通道設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-16.9m，炸礁區(qū)域?qū)捈s115m，距離沉箱最近距離約70m。

5.爆破周邊環(huán)境條件

爆破點(diǎn)距離已安放好沉箱最近點(diǎn)為55m，50-100m的距離將采取控制爆破的方式，降低單段炸礁用藥量，達(dá)到減小爆破沖擊波對(duì)沉箱沖擊的目的。

6.爆破技術(shù)方案

（1）鉆孔直徑：152mm。

（2）爆破參數(shù)：孔距×排距×超深：3×3×2m。

（3）裝藥量：

炸藥的線密度=20kg/m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值裝藥量Q的計(jì)算如下：

裝藥量Q=（H-h）q；

公式中：

Q：炮孔的裝藥量，單位kg；

q：炸藥的線密度，單位kg/m，孔徑152mm的孔q =20kg/m；

H：炮孔的總深度，單位m；

h：炮孔的堵塞長(zhǎng)度，單位m；

炮孔的堵塞長(zhǎng)度與巖石的風(fēng)化程度有關(guān)，微風(fēng)化巖炮孔的堵塞長(zhǎng)度為2m，強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖炮孔的堵塞長(zhǎng)度為2.5～3m。

（4）爆破器材及裝藥結(jié)構(gòu)

使用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的混裝乳化炸藥，采用毫秒延期導(dǎo)爆管引爆起爆彈，再由起爆彈引爆主體藥包，主藥藥包為機(jī)械裝藥、全耦裝藥結(jié)構(gòu)。

孔深在6m以內(nèi)需要安裝1個(gè)起爆具、2發(fā)導(dǎo)爆管，孔深在6m以上需要裝2個(gè)、2個(gè)導(dǎo)爆管。

（5）爆破安全藥量的計(jì)算

安全振速，爆破振動(dòng)安全距離的計(jì)算公式如下：

式中：

R—爆破振動(dòng)安全允許距離，單位為m；

Q—炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，單位為kg；

V—保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，單位為cm/s；

K，a—與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，該項(xiàng)目K取250，α取1.5；

該項(xiàng)目的保護(hù)對(duì)象為沉箱重力式碼頭，沉箱重力式碼頭的安全振速為5～8cm/s，出于考慮安全因素，該項(xiàng)目安全爆破振動(dòng)速度取7cm/s。

爆破的巖層平均厚度在3m，單孔的裝藥量為60kg，不同距離的安全炮孔分段如表1。

（6）水下爆破沖擊波對(duì)周圍建筑物的影響

根據(jù)表1所知，水下爆破點(diǎn)和沉箱的最近距離為55m，沉箱為C45混凝土結(jié)構(gòu)，其耐壓強(qiáng)度為45MPa。炸礁振動(dòng)水壓公式如下：

P—炸礁振動(dòng)水壓，單位為MPa；

R—爆破點(diǎn)與保護(hù)對(duì)象之間的距離，單位為m；

Q—炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，單位為kg；

系數(shù)K和a，分別取3和1.45；

其中R=50m，Q=72kg，

P = 3*（721/3/60）1.45

=0.0626MPa。

根據(jù)水中沖擊波壓力安全控制標(biāo)準(zhǔn)，碼頭的最大碼頭的最大允許水擊波壓力為0. 2 M P a，而P=0.0626MPa≤0.2MPa.

所以，該水擊波壓力對(duì)沉箱箱體是安全的。

（7）爆破網(wǎng)路

擬采用毫秒級(jí)微差延時(shí)爆破技術(shù)，同時(shí)減少單段起爆藥量，爆破網(wǎng)路采用接力式起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)所有導(dǎo)爆管用同一段別500MS，用地表管統(tǒng)一使用42MS（或67MS）聯(lián)接。

7.爆破安全警戒

（1）爆破前1小時(shí)需在指定工作群內(nèi)發(fā)布起爆計(jì)劃信息，包括起爆時(shí)間、地點(diǎn)、單段最大藥量、總藥量；

（2）起爆前30分鐘由鉆機(jī)船、警戒船發(fā)出警戒信號(hào)，錨艇開始進(jìn)行巡邏警戒，警戒半徑為炸礁船附近450m；

（3）起爆前15分鐘需用手機(jī)或甚高頻聯(lián)系周邊各單位現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人（各施工船舶、交通船船長(zhǎng)、潛水作業(yè)人員、沉箱預(yù)制場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)主管及各警戒點(diǎn)人員等），在各單位現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人得到安全確認(rèn)后方可起爆，起爆前關(guān)停警戒聲，吹三次長(zhǎng)聲哨；

（4）爆破后確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)安全情況，若無(wú)安全隱患，發(fā)布警戒解除信息，結(jié)束該次爆破施工。

8.爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)

8.1監(jiān)測(cè)布點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)水下爆破振動(dòng)傳播規(guī)律，以及爆破作業(yè)區(qū)域周邊建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選定爆破區(qū)西北側(cè)的公務(wù)員小區(qū)內(nèi)（磚混結(jié)構(gòu)）和沉箱作為該項(xiàng)目的爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1所示（圖中ZD1、ZD2和ZD3）。

8.2 爆破振動(dòng)測(cè)試儀器

爆破振動(dòng)測(cè)試儀器為TC-4850爆破測(cè)振儀，中科測(cè)控出品，已標(biāo)定認(rèn)證。

8.3 爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)

根據(jù)2018年8月-10月在上述兩塊炸礁區(qū)域進(jìn)行炸礁施工時(shí)，對(duì)沉箱上監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZD2和ZD3進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過安全振動(dòng)速度，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2。

9.總結(jié)

沉箱近距離水下炸礁施工需對(duì)爆破用藥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，該項(xiàng)目通過對(duì)爆破藥量的控制，在完成了炸礁施工任務(wù)的同時(shí)，避免了爆破振動(dòng)對(duì)沉箱箱體的破壞，從而保證了工程的順利施工。

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