淺析水下鉆孔爆破技術在沿海航道疏浚中的應用

陳意飛

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

采用水下鉆孔爆破的技術來進行沿海航道疏浚施工時需要對鉆孔位置、鉆孔深度、間距、排距以及裝藥量等參數進行嚴格的計算，在沿海航道的疏浚施工中需要對此類施工的技術要點、安全保障條件等進行深入的研究，在確保爆破質量的同時保障人員和設備的安全。

一、工程概況

以防城港漁澫港區第五作業區進港航道疏浚工程為例，防城港被西側的白龍尾半島以及東側的企沙半島環抱并形成了天然的避風港口條件，本項目的航道將現東灣5 萬噸級進港航道作為起點并向著東北方向延伸，航道終點為漁澫港區第五作業區北端輔助區泊位交界處，航道的總長度達到了6.6km。主要爆破施工段為ZH4+175～ZH4+450、ZH5+125-ZH5+750 段，且這兩個爆破段的設計寬度和設計底部高程分別為156m 和-11.9m、128m和-10.7m。航道開挖過程中遇到了大量硬度系數約為7 的礁石，結合設計要求需開挖巖層厚度為2～3 米，利用常規疏浚機械設備難以一次性挖除，因而需要采用爆破施工的技術。

二、鉆孔爆破施工方法

（一）潮位的測定

在相應的作業區域內按照技術規范的要求篩選出便于觀測潮位的位置并設置好觀測尺，為了能夠有效地實現通過直接觀測潮位觀測尺的讀數來獲取相應的潮位變化情況，還需要使潮位觀測尺的零讀數與零潮位之間實現良好的吻合性。另外，在設置潮位觀測尺時還需要根據實際情況來使其對最高潮位或者最低潮位實現觀測。

（二）施工方法的選擇

爆破施工方法需要根據作業現場的地質條件、航道情況等進行合理地技術選擇，裝藥量的大小、炸藥的類型、安全距離計算以及鉆孔的深度等都需要根據現場的實際情況來確定[1]。本此航道疏浚作業根據礁石的體量和硬度選擇了水下鉆孔爆破的施工技術，本次施工過程中采用具有專業潛孔鉆機的鉆機船—“河海鉆16”來實現鉆孔炸礁的作業內容，船舶作為鉆機載體時可能會因為海潮的作用而出現穩定性不足的問題，為了防止這種情況對鉆孔質量產生影響還需要采用左右邊錨及前后主錨控制船舶，防止其發生劇烈的晃動。水下鉆孔時利用架設在岸上控制點的基站和鉆機船上的具有RTK 功能的移動站GPS 衛星定位系統來實現船舶位置的精確測定。具體施工之前需要根據事先設定的平面控制參數在測量軟件中設置鉆孔布置圖，然后再借助GPS 對鉆機船的位置進行測定并指揮船體的移動和鉆孔位置的定位。在施工過程中要確保鉆孔準確并將誤差控制在20cm 之內。鉆孔深度=潮位（m）+設計底標高（m）+超深值（m），具體的施工流程可見圖1。

（三）施工方案設計

第一，爆破器材。水下爆破施工需要防止藥包被水浸潤并影響到后續的引爆環節，因而在此類施工中需要采用具有良好防水效果的乳化炸藥并使用塑料進行藥卷的包裝。本項目中的藥卷重量設計為3kg、長度設計為40cm、直徑設計為90mm。在擊發、傳導以及起爆等元件方面采用防水非電導爆管。

第二，參數確定。爆破中的炮孔直徑、炮孔間距、炮孔超深、炮孔排距以及單孔裝藥量等參數對爆破效果、爆破中的安全管理等具有非常重要的作用。本項目在施工過程中根據巖體硬度以及巖體的體量等情況設計出了明確的參數，例如，炮孔的直徑為115mm、間距為2.5m、排距為3.0m。單孔裝藥量按照公式Q=q0baH0

來進行計算，其中的Q、q0、H0、b、a 分別代表了裝藥量、單位炸藥消耗量、爆破巖層的厚度、炮孔排距以及炮孔間距。

第三，藥包加工。在進行藥包的加工時需要先設置一個鋪滿模板的房間且所有的加工都需要在這一房間內完成，每一條藥包的控制長度需要控制在不超過2m 的范圍之內。具體的加工方法是將藥柱夾緊在竹片之中并安裝兩個用于導爆的雷管，最后再利用膠帶將炮繩和導爆管緊密地捆扎在一起。在進行裝藥時需要將藥包緩緩地放入套管、拉緊炮繩并通過竹竿將藥包送入孔內。對藥包的頂部標高進行檢驗是必要的檢查措施。

第四，起爆網路。爆破施工的進行可能會導致相關區域出現比較顯著的地震效應，因而在具體施工中需要通過合理地爆破網絡設計方法來避免此類情況的出現。此次施工中采用微差爆破減震的方式，微差爆破技術相較于傳統的齊發爆破技術可以減少大約50%的地震效應，根據歷來的實踐情況可知增加微差段數可以實現更好的降震效果且間隔時間段應該控制在50ms 以上。因而本項目中采用串并聯網絡來實現微差爆破。

第五，起爆。在總藥量接近一次最大起爆藥量時及時檢查雷管網絡中是否存在錯接或者漏接的問題，做好各種檢查工作之后在相關作業區域外圍設置必要的警戒船，然后再接上傳爆導線和起爆雷管。起爆船接收到警戒人員發出的安全信號之后再確認各種安全條件滿足操作要求，直至起爆。

三、爆破安全距離

（一）爆破振動的安全距離

這種大范圍的爆破施工對周邊巖體以及港口周邊建筑物安全性具有一定的威脅，因而在作業過程中需要按照《爆破安全規程》的要求對其產生的地震安全振動速度進行準確計算，然后根據這一參數來評估裝藥量、炮管網絡、炮管間距等設計參數是否滿足安全要求，相關的計算公式為V ＝KQmα/Rα[2]。其中的V、R、Q、α、m 的含義分別為安全振動速度、起爆藥包到建筑物的距離、起爆藥量、衰減指數以及炸藥量指數。其中參數K和α 的取值與巖石的類別具有非常密切的聯系。

（二）水下沖擊波以及涌浪

在水下進行爆破施工時有可能因為火藥的作用而產生非常劇烈的水下沖擊波以及涌浪問題。如果不對這一參數的可能影響到的范圍進行比較準確的計算就可能導致周圍的警戒船只以及岸邊人員、建筑物等受到一定的威脅。本項目根據實際情況和施工方法確定出水下鉆孔人員和游泳人員的安全距離為700m，潛水人員的安全距離應該控制在900m,各種木質船舶的安全距離為150m，金屬材質的船舶應該將安全距離控制在100m。

（三）飛石安全驗算

爆破施工中炸碎的礁石一旦飛濺出來就可能對人員、車輛、船體等造成一定的安全威脅，因此在施工設計過程中需要對爆破飛石對人員的安全距離進行準確的估算。當施工爆破點的水深均大于6m 時不會形成飛石方面的威脅，因而在這種情況下也不需要考慮此類問題。水下沖擊波及涌浪確定的安全距離完全可以滿足人員安全距離方面的要求。

四、結束語

沿海航道升級改造對于港口船舶的安全通行具有非常重要的作用，常常遇到質地堅硬、常規疏浚船機設備難以開挖的礁石，防城港漁澫港區第五作業區進港航道的疏浚施工中采用水下鉆孔爆破的施工工藝來清除堅硬的海底礁石。技術上的重點在于根據實際情況控制好炮孔直徑、間距、排距以及炮管的裝藥量等參數，而且還需要依照國家規定對爆破引起的地震效應、水下沖擊波以及飛石等進行有效地控制，在確保施工質量的同時做好爆破安全控制。