水下炸礁工程施工淺點控制方法研究

邵克晨

摘 要：應用傳統方法水下炸礁工程施工后，受特殊地質條件限制，容易形成一定數量的礁石淺點難以清除。為順利清除礁石淺點，保證航道達到設計通航水深，提出此水下炸礁工程施工淺點控制方法研究。以防水性能和爆破性能良好的?90mm的乳化炸藥作為水下炸礁炸藥，根據水下炸礁工程礁石層厚度確定藥包藥量，根據實際情況確定裝藥位置，根據水下巖石厚度把控鉆孔孔徑、深度等鉆孔參數，嚴格按照引爆順序對礁盤進行爆破，將爆破振動影響降到最低，最大程度上降低淺點的形成，實現了炸礁工程施工淺點的有效控制。經實驗證明，應用設計方法施工后形成淺點數量小于傳統方法，設計方法淺點控制效果更佳。

關鍵詞：炸礁工程;淺點控制;乳化炸藥;鉆孔參數

中圖分類號：U615? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0063-03

航道疏浚工程是指將航道中多余的泥沙進行清除的施工作業，保證航道可以正常通行。航道疏浚是維護航道和開發航道的一種有效手段。針對特殊地質條件，僅采用航道疏浚施工（如采用耙吸船、絞吸船、抓斗船、鏈斗船等進行航道疏浚施工），部分區域可能剩余礁石無法清除，這種情況下可運用水下炸礁技術，該技術亦是目前港口航道工程領域主要應用的技術形式之一，具有收效快、機動靈活、施工相對比較簡單、成本低等優點，并且具有良好的航道治理效果。受到水下地形地質條件以及施工工藝的影響，水下炸礁工程施工作業后容易出現淺點，水下地形地質比較復雜，巖石內部軟硬結構分布不夠均勻，當巖石節理發育明顯時，經過航道爆破處理后就會容易產生淺點。其次，水下炸礁工程施工工藝中炸藥的性能不佳，炸藥引爆的位置不合理，以及防水措施沒有做到位都會影響到施工后淺點的出現。為了減少水下炸礁工程施工淺點，大部分水下炸礁工程中會采取二次水下炸礁的方式處理施工后出現的淺點，但是該措施會極大的增加炸礁工程施工成本，同時還會影響到水下炸礁工程施工效率，因此必須要采取有效方法和手段對炸礁工程施工工藝各個環節進行控制，避免淺點的形成，但是現有方法控制效果比較差，施工后仍然會形成較多的淺點，為此，提出此水下炸礁工程淺點控制方法研究。

1水下炸礁工程施工淺點控制方法設計

水下炸礁工程施工工藝主要涉及到炸藥制作及布局、鉆孔、爆破三個環節，結合各個環節中施工要點，以及其對水下炸礁工程施工淺點形成的影響，對其進行控制，以下將從三個方面對該控制方法進行詳細說明。

1.1炸藥選擇及裝藥位置

炸藥制作及布局是水下炸礁工程施工中重要環節，炸藥的性質、制作方式以及裝藥位置都會影響到施工淺點的形成，根據水下炸礁工程施工質量要求，對該施工環節進行控制。水下炸礁工程施工屬于水下施工作業，因此炸藥需要具備一定的防水性質，并且水下礁石硬度較高，體積較大，為了取得良好的水下炸礁效果，針對以上要求，在施工中選擇?90mm的乳化炸藥。然后，根據技術要求將?90mm的乳化炸藥制作成藥包，藥包的制作要在制定房間內進行，保證制作安全。炸藥最終的抗水抗壓效果與藥包中炸藥用量有直接關系，因此要準確計算出藥包中炸藥用量，其計算公式如下：

公式（1）中，表示為水下炸礁工程施工中單個藥包炸藥用量;表示水下炸礁工程中炸藥層的厚度;表示單位炸藥消耗量;表示藥包的間距;表示藥包的排距。利用上述公式計算出單個藥包的炸藥用量，將藥包制作成矩形，藥包長度要控制在1.5m以內，因為藥包長度過長會導致在后續爆破過程中產生較大的振動，藥包的制作加工效果如下圖所示。

如上圖所示，將3-5條竹片擺成品字形，將炸藥柱夾緊，在炸藥柱之間增設2-3個引爆雷管，為了避免雷管松動，將雷管一端的三分之一插入炸藥柱之間，并利用吊炮繩將雷管與炸藥柱連接起來，當位置擺正之后將竹片勒緊。

水下炸礁工程施工目的是將航道內的障礙物清理干凈，而炸藥的作用是將航道內難以清除的巖石結構破壞掉，因此炸藥安裝的位置與水下達到航道疏浚標準的巖石上，通常利用雙頻旁側聲納掃海儀對航道范圍內巖石高度進行掃描，根據掃描數據確定巖石高度，其計算公式如下：

公式（2）中，h表示航道范圍內巖石高度;表示水下巖石回波信號陰影的長度;表示雙頻旁側聲納掃海儀掃測時拖魚到海底的深度;表示雙頻旁側聲納掃海儀掃測時拖魚到水下巖石陰影的距離[1]。將計算出的數值與航道疏浚標準進行比較，如果達到了要求，表示該巖石為航道疏浚工程中爆破目標，將其作為爆破點，即裝藥位置。

1.2鉆孔參數確定

水下炸礁工程鉆孔大小、深度以及排布方式關系到淺點的形成，因此對鉆孔參數進行控制。鉆孔的直徑和孔深和水下巖石厚度有直接關系，在對鉆孔設計時利用以下公式對鉆孔直徑和孔深進行計算。

公式（3）中，表示鉆孔直徑;表示水下炸礁工程施工水位高程;表示水下炸礁工程施工設計底高程;表示水下巖石厚度;表示鉆孔孔深;表示水下淤泥厚度[2]。利用上述公式計算出航道疏浚工程鉆孔孔徑和孔深，在鉆孔過程中嚴格按照計算數值施工。其次鉆孔之間的間距要控制在1200mm-1500mm之間，鉆孔傾斜角度要控制在45°-65°之間，最終每排鉆孔連線要與邊坡邊線保持平行，并且鉆孔孔位要呈現出梅花形錯開，這樣可以減小爆破過程中相鄰孔位炸藥振動影響。為了最大程度上控制炸藥爆破振動，在相鄰的主炮孔之間布置一排減振孔，起到減振作用，減振孔的直徑大小控制在30mm-50mm之間，孔間距控制在1200mm-1300mm之間，利用減振孔將相鄰的主炮孔之間產生一條減振帶，確保炸藥爆破的穩定性。

鉆孔方法采用“三管兩鉆法”進行施工，它的操作過程是這樣的：

（1）船舶定好位后，先下好導向管;

（2）再放下套管;

（3）根據巖石表面情況，如果比較破碎，則先對套管進行合金鉆進;

（4）合金鉆進至完整基巖后，提起有關鉆具;

（5）下鉆桿進行沖擊回轉鉆進，鉆至設計底標高：

（6）量孔深，如不夠深，則重復上述步驟。

1.3爆破環節控制

鉆孔完成后，根據鉆桿長度校核鉆孔深度，按計算的單孔裝藥量現場綁扎炸藥，安裝導爆管雷管，沿鉆機的套管往炮孔裝填炸藥，將導爆管整理好，檢查無誤后移船進行下一排鉆孔，鉆機船不得越過已鉆孔裝藥的區域。水下爆破均采用防水性優良的爆破器材。采用連續柱狀裝藥結構，起爆藥柱放在藥柱的下三分之一處和上三分之一處，每個起爆藥包按設計段別放2發非電導爆管雷管。將制作好的炸藥放入主炮孔內，在施工中要準確把控鉆孔內的藥包數量，因為水下巖石厚度是不同的，為了保證最后的水下炸礁工程施工質量，避免淺點產生，必須要確定炮孔內炸藥量，其計算公式如下：

公式（4）中，表示水下炸礁工程施工中鉆孔內的炸藥量;表示鉆孔間距;表示水下巖石極限抗壓強度;表示線裝藥密度;表示最小抵抗線[3]。利用上述公式計算出每個炮孔的炸藥量，將炸藥放入鉆孔內，并采用并聯的方式將各個鉆孔內的藥包引爆雷管尾端連接，遵循均勻分布的基本原則，在引爆雷管周邊設置一條導爆管，連接起爆網絡。為了保證爆破可以順利進行，達到預想的爆破效果，在爆破前對整個連接網絡進行檢驗，檢查是否有漏接和錯接現象，檢查無誤后進入引爆環節。在爆破施工過程中要按照先減振爆破、后主爆孔爆破的順序，減振孔爆破要優先于主炮孔爆破，注意控制爆破間隔時間，并利用測振儀對炸藥爆破施工進行持續監測，把控爆破振動速度，將爆破振動速度控制在工程施工要求范圍內，以此最大程度上減小淺點的形成。

為了避免爆破地震對較近周邊建筑物造成的危害，起爆網絡設計采取如下措施：

（1）微差爆破減震：微差爆破與齊發爆破相比，平均降震率為50%。微差段數越多降震效果越好，實踐表明，段間間隔時間一般是50～100毫秒，所以導爆管雷管的段別向廠家定制1～13段，以便于采取孔內或孔間微差爆破。為確保微差時間的準確性，爆破前對導爆管雷管取樣進行測試。

（2）預裂爆破減震：采用預裂爆破，降震率可達60%～70%。當爆破滿足不了建筑物安全要求時，則采用預裂爆破，降低爆破震動速度。

（3）爆破網路：采用孔內分段，全非電起爆網路，入孔裝2發同段導爆管雷管，臨近的導爆管采用一把抓聯接方式，用2發傳爆雷管引爆，每組最多不超過20根，考慮電雷管的安全隱患問題，采用激發針起爆，所以最后需連接1發導爆管雷管，激發針起爆。激發針做好防水脫離水面，用高脈沖起爆器起爆。

爆破施工完成后利用挖泥機械設備（抓斗船組）將爆破后的巖石清除干凈，以此實現對水下炸礁工程施工淺點控制。

2實驗論證分析

本次實驗以某水下炸礁工程為實驗對象，該工程施工面積為5.15km2，航道長度為1.26km，預計該水下炸礁工程水下炸礁約156212.15m3，實驗利用此次設計方法結合傳統方法對該水下炸礁工程施工淺點進行控制。實驗采用了防水效果和爆破效果都比較好的?90mm的乳化炸藥制作藥包，藥包的長度為550mm，厚度為150mm，利用公式（1）計算出單個藥包的藥量為2.56kg，引爆雷管采用的是SF26防水金屬殼工業電雷管。采用HTRU-A14F型號雙頻旁側聲納掃海儀對水下巖石高度進行測量，經測量水壓巖石最高高度為156.15m，平均高度為86.45m，水下炸礁標準高度為20m，經過公式（2）計算確定了156個裝藥位置。以鉆機船為鉆孔基礎平臺，鉆機采用的是SFARG/AS25F6型號中風壓鉆機，該工程中共配置20臺鉆機同時鉆孔作業，利用公式（3）計算出鉆孔直徑和深度，平均直徑為60mm，最大鉆孔孔深為150.56m，鉆孔施工中鉆孔的傾角為56°，鉆孔的間距為1450mm，將SFARG/AS25F6型號中風壓鉆機的鉆進速度設定為12.36r/min，額定轉矩為1200r/min，鉆進給進力為36.5kN。利用鉆機共鉆取186個主炮孔，145個減振孔，減振孔的直徑為45mm，間距為1150mm，工程中共設置了三排主炮孔和兩排減振孔。利用公式（4）確定鉆孔的炸藥量，將炸藥填塞到炮孔內，按照順序進行引爆，減振孔與主炮孔藥包引爆間隔時間為110ms。引爆完成后發現沒有出現未爆破的藥包，利用抓斗船組將水下巖石和淤泥進行清除。為了檢驗兩種方法淺點控制效果，利用DFFG-262水下掃描儀對水下淺點進行檢測，將該水下炸礁工程分成五個航段，根據檢測結果確定每個航段內淺點的數量，具體如下表所示。

根據上表中數據可以看出，應用此次設計方法水下炸礁工程施工后形成的淺點比較少，而應用傳統方法水下炸礁工程施工后形成的淺點數量比較多。根據相關航道工程施工技術規范要求，施工后淺點的數量不能超過3個，本文設計方法可以滿足相關航道工程使用淺點控制需求，具有良好的控制效果，相比較傳統方法更適用于水下炸礁工程施工淺點控制。

3結語

此次根據水下炸礁工程施工中影響施工淺點的因素，以及水下炸礁工程施工質量需求，設計了一套新的淺點控制方法，有效控制了水下炸礁工程施工淺點，確保水下炸礁工程施工質量，對降低水下炸礁工程淺點處理成本，以及提高施工效率具有重要現實意義。

參考文獻：

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