預裂鉆孔分層爆破法和沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應用

莊輝明 中交第三航務工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

本項目位于福建省泉州市石獅市東部錦尚灣錦尚作業區內。擬建的4#泊位為新建1.5萬噸級（結構按3.5萬噸級散貨船預留）通用泊位及相應配套設施。合同完工日期為2021年6月31日，合同總價約20195萬元。本項目主要工作內容有：4#泊位水工建筑物、停泊水域及回旋水域、護岸及陸域形成工程、道堆工程及相應的配套設施。基于施工計劃，基槽及停泊水域礁石的開挖清除工作是改擴建的重要環節。

2.施工難點

華錦港區在建4#泊位碼頭基槽及停泊水域工程主要的施工難點包含：

（1）在建4#泊位基槽在距已建3#泊位碼頭80m范圍內有部分礁石需要炸礁，該區段與3#泊位臨界，基槽邊為拋石堆岸。

（2）4#泊位碼頭停泊水域與已建3#泊位碼頭交接處前沿60m范圍內部分區域有礁石未到設計標高，該區域周邊1～3#泊位已正常運營，經常有船舶靠泊，且與3#泊位臨界。

以上兩個位置爆破施工產生的地震波和水中沖擊波對停泊在3#泊位的商船及岸上構筑物影響較大，不能采用常規的水下爆破施工。

3.預裂鉆孔分層爆破法與沖擊鉆法的應用

根據上文中針對華錦港區4#泊位碼頭工程中地質情況、施工難點等全面詳細分析后，本文結合工程的實際情況，建議在碼頭巖石基槽清除工作中選用預裂鉆孔分層爆破施工工藝和鉆孔、鑿巖錘破碎施工工藝。

3.1 預裂鉆孔分層爆破在碼頭巖石基槽處理中的應用

本工程施工內容為預裂鉆孔分層爆破、基槽炸清礁施工工程。設計基槽底寬10.6～14.35m，基槽設計底標高-15.5m，停泊水域泊計底標高-15.0m，設計邊坡：中微風化花崗巖1∶2、碎塊狀強風化花崗巖1∶1、散體狀強風化花崗巖1∶1、全風化花崗巖1∶2、粗礫砂和中砂1∶3、殘積性粘土1∶2、砂混淤泥和淤泥1∶6；計量超深0.4m、超寬1.0m。結合本工程的實際情況，針對4#泊位基槽在距已建3#泊位碼頭80m范圍內巖石基槽采用預裂鉆孔分層爆破展開施工。

為減少爆破沖擊波和地震波對碼頭及其附近構筑物影響，在靠近保護對象且有巖石基礎的區域布設預裂鉆孔。預裂區總面積246m2，分兩處布孔，共375個預裂鉆孔。4#泊位基槽邊線外4.0m為1#預裂區，面積195m2，孔距1.0m，排距0.8m，設計孔底標高-17.0m；布三排預裂孔，每排76孔，225個孔；3#泊位前沿線外3.7m2為2#預裂區，面積51m2，孔距0.5m2，排距0.5m2，設計孔底標高-17.0m2；布三排預裂孔，每排50孔150個孔。

針對起爆炸藥量控制與水中沉箱保護要求制訂分層爆破區，控制鉆孔爆破厚度，劃分為兩層爆破，第一層鉆爆至-14.0m，第二層鉆爆至-17.5m，控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量（降低爆破地震波和水中沖擊波對保護對象的破壞）。分層爆破區按以下要求控制起爆炸藥量：

（1）在已建3#碼頭20～25m區域設計最大段別藥量＜6kg，一次起爆藥量不超過60kg。

（2）離3#碼頭25～35m區域最大段別藥量＜11kg，一次起爆藥量不超過120kg。

（3）離碼頭35～45m區域最大段別藥量＜30kg，一次起爆藥量不超過250kg。

（4）離碼頭45～80m區域最大段別藥量＜65kg，一次起爆藥量不超過600kg。

（5）離碼頭80m范圍外采用最大段別藥量＜90kg，一次起爆藥量不超過900kg。

根據上述要求本工程需要配置施工船和輔助船舶：炸礁船、清礁船、泥駁船、錨艇、交通船。具體方式如下：

（1）在3#～4#泊位過渡段前沿線處鉆預裂孔150個，孔徑139mm；排距0.5 m，孔距0.5 m，孔底標高-17.0m，呈梅花狀布孔。

（2）4#泊位基槽邊鉆預裂孔225個，孔徑139mm；排距0.8m，孔距1.0m，孔底標高-17.0m，呈梅花狀布孔。

（3）第一遍鉆爆，控制鉆孔爆破厚度鉆爆至-14.0m，控制一次起爆排數及孔數（限制爆破范圍）、控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量，采取孔內和孔外微差爆破措施。

（4）第二遍鉆爆，在第一層鉆爆孔位置往4#泊位前沿方向偏移1.0m為第二層鉆爆布孔，控制一次起爆排數及孔數（限制爆破范圍）、控制單次起爆炸藥總量及單次起爆最大段炸藥起爆量，第二層鉆爆至-17.5m。

（5）炸礁船每完成一遍鉆爆立即按排抓斗船清挖，直至驗收達標。

3.2 沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應用

華錦港區4#泊位停泊水域擴寬部分范圍，設計水深（-12.9m）的礁石區，停泊擴寬水域約2198.4m3。為使該區域水深達到設計深度，需對該區域區的礁石進行清除施工作業，為考慮碼頭1#～3#泊位正常舶船作業的安全因素，確保施工對現有碼頭的安全，不能采用常規的水下爆破施工。

基于上述因素，多方考慮決定采用水下鉆孔、鑿巖錘破碎方法進行施工。對水下固定位置的巖石進行連續沖擊直至破碎的一種施工方法。最終達到無需爆破作業就能使用常規的疏浚設備完成礁石清除的一種疏浚工程特殊設備或是疏浚工程的一種補充設備。

鑿巖錘原理:鑿巖錘的形狀為圓柱體，頭部為圓錐體，采用耐磨合金材料制成，尾部有耳軸吊環便于穿鉤。利用錘的自重所產生的沖擊力將巖石砸碎的一種施工方法，其原理是吊機將錘吊起一定高度然后松開，錘在自重作用下以近似自由落體形式向下運動沖擊巖石，如此反復循環直到將巖石擊碎。

施工部署：

（1）鑿巖前的清淤：鑿巖施工前先用挖泥船將回淤覆蓋淤泥層清挖一遍。當回淤覆蓋淤泥層的泥層厚度＜0.6m時無需清挖，直接施工鑿巖。

（2）布錘（鉆孔）：鉆孔是施工質量的重點。鉆孔的間距大小決定鑿巖的施工質量。為此，在鉆孔前必須詳細了解水下的巖石級數，理解或準確判定所提供的《地質勘察報告》中對巖質的描述，并在可能的情況下判定鉆孔巖心的實物，確保鑿巖布孔間距科學、合理，減少重復鑿巖。如果沒有詳細的地質勘探描述時。一般情況下鑿巖間距在0.3～0.6m之間的正等邊形布錘，并根據試鑿巖（錘）的方法判斷該區域巖石的級數（即堅硬度），確定鑿巖的布孔間距。本項目表層為強風化花崗巖，其布孔孔距應為0.5m；下層為基巖，布孔孔距應為0.3m。

（3）基本定位及探摸：施工鉆孔船進行施工區域后定位下樁，固定船舶的位置。從施工范圍外約1m的位置向礁石區探摸礁石，當探摸發現礁石時開始鉆孔施工，鉆孔的間距根據孔距布置圖進行施工。

（4）吊錘船錘擊：吊錘船采用800～1200HP抓斗挖泥船改裝，卸斗換吊錘作業。按挖泥船挖泥作業方法拋錨定位。錘的提升高度應以離巖層面3～5m為宜，不宜過高。錘下落時撞擊巖石產生的沖擊應力作用范圍一般為錘直徑的1.1～1.5倍，因此，施工中錘擊平面位置的布置排列應根據錘的直徑合理安排。本項目船寬15.1m為例，即錘擊寬度15m則要排30錘以上，排與排之間（即船鉸錨進尺間距）為1～1.5m，吊錘船錘擊施工時應避免漏錘，給下一階段抓斗施工帶來困難。

（5）碎渣清挖：鑿過一遍后即用抓斗挖泥船清挖一遍。經測量后再鑿、再清第二遍。反復進行直至達到標高。

4.結束語

本文不僅結合工程實例對于預裂鉆孔分層爆破法與沖擊鉆法在碼頭巖石基槽處理中的應用進行了分析與研究，同時也對二者的應用條件、應用環境、應用效果進行了分析，以期能夠為相似工程提供參考建議。