航道工程水下鉆爆施工技術研究

余超群

（江西省航道工程局，江西 南昌 330000）

0 引言

在現代經濟與社會高速發展的帶動之下，我國的海運設施建設速度加快，港口等建筑大規模建設，河道疏浚的需求量日益增大，對于現代航運事業發展產生積極作用。但是水下環境比較復雜，地質條件多變，還有較多的礁石分布其中，巖石的硬度較高，為了提升航道疏浚的效果，滿足航道通航的要求，選擇符合設計運營需要的鉆爆疏浚的措施，以達到航道通行標準。但受到水下地質條件以及自然環境的影響，開挖難度很大，并且在施工中容易發生爆破飛石、揚塵等污染的問題，極大影響人們的生命健康以及環保安全。要加強分析和研究，更好地消除各種問題，提高疏浚效果，滿足航道通航的要求[1]。

1 工程概況

某航道項目為2000 噸級的工程，需要進行疏浚處理的長度為194.5km，根據內河200 噸級雙線航道通航的標準建設和運行，通航率達到98%。經過對疏浚工程現場進行勘察發現，該區域內水深為3.5m，河道寬度為80m，彎曲半徑為550m，疏浚整治的是礙航灘險，以達到通航的條件要求。

該項目通過對現場的全面調查和分析確定，其施工作業長度為72.255km，是整條河道通航長度最長的部分。經過現場勘察分析，整個區域內的地勢變化并不大，總體來說比較平坦，河岸以丘陵為主，通視范圍比較大。河道內的水流速度比較緩慢，水源的補給主要是上游河道，全年的流量都比較大；河谷呈U 形，河谷寬度為300～400m；河床主要是石灰巖的河床，局部為石質淺灘類型。

2 施工方案

在航道整治方面，應用水下鉆爆的作業方法，必須對現場的各個區域的情況展開全面的調查。現場石灰巖地質分布比較多，溶洞有較大的發育，并且地下水含量比較多。根據爆破的操作原則和設計標準，考慮到水下作業的要求，使用2#巖石乳化炸藥以及塑料導爆管雷管。遵循我國的國家標準要求，同時以現場的地質條件為出發點，分析勘察報告，石灰石質河床開挖環節按照邊坡1∶1 進行，礫巖按照1∶1.5 制作，每一條邊計算超寬值根據1m 設置，超深的部位根據0.4m 水下鉆爆或者0.2m 的陸上爆破的方式設置。對于有些淺灘的地段，為了促進航行條件的改善，進行局部石角的切除處理，也可以將航道邊線部位上的礁石進行爆破處理，從而達到通航條件的要求。現場施工技術人員根據實際需要，及時做出方案的調整，加強現場施工管理和控制，才能更好地消除不利因素的干擾，對于航道通航條件的改善具有積極的意義[2]。

斷面的設計對于航道疏浚有著指導性作用，是確保疏浚效果的關鍵。所以施工單位要充分重視斷面設計和優化工作，以改善現場通航條件，滿足當前的疏浚工作標準和要求。該航道水下鉆爆工程設計斷面圖如圖1所示。在斷面圖的設計環節，設計人員需要對現場的地質條件、通航要求以及水流數據展開全面分析，研究目前的實際需要，了解各項影響因素，確定最為合適的斷面圖，滿足現場的施工需要，對于提升施工效果具有積極的意義[3]。

圖1 設計斷面圖

3 施工參數的選取

分析勘察報告可以發現，該項目所處地帶的巖石條件是中風化的石灰巖地質條件。總結以往工程的經驗分析，最終根據項目的需要，選擇應用ZQ100 型潛孔鉆機鉆爆船展開現場的施工作業，更好地達到項目的使用要求。在現場的施工環節，整個灘點部位是不同的，且現場的礁盤內厚度有很大差異，最大可以達到8m，平均為5m，所以可以一次性鉆探到規定的深度，達到施工的標準要求。根據工程需要，采用垂直孔、梅花孔形式，具體的孔位布置如圖2所示。在鉆爆作業中，選取炮孔直徑D=100mm，藥卷直徑d=90mm，藥卷長度400mm。根據設計方案的要求，藥卷安裝的排距為2.3m，鉆孔深度暫定為1.5m，現場作業人員根據實際情況可以做出必要的調整，以滿足爆破作業的需要，不會影響總體的施工效果。

圖2 布孔平面圖

對于現場展開全面的分析，了解各方面的影響因素，同時開展水運工程爆破的研究與分析。單孔裝藥量的確定極為重要，根據以往工程的經驗，中風化巖的炸藥消耗量為1.72kg/m3，2#巖石乳化炸藥的換算系數確定為1.23，所以經過計算分析確定單位炸藥消耗量為2.12kg/m3。現場的裝藥量應該達到設計鉆探藥量的67%～75%，以達到現場施工的標準要求。

4 施工技術要點

4.1 鉆孔

在開展施工之前，先制作作業平臺，是施工的基礎，對于施工順利進行以及現場質量管控產生積極的作用。按照該工程的施工要求，選擇使用2 條直徑1.0m、長度12.0m 的鋼浮筒作為平臺的基礎，制作平臺。將上述2 個浮筒并排放置，在兩端焊接槽鋼，并且在兩側延伸2.0m 的長度，同時焊接工字鋼、槽鋼等進行連接，形成穩定和牢固的整體結構。該平臺尺寸合格，且牢固性達標，完全滿足現場施工的要求。但是要注意，現場制作時，將浮筒的間隔距離設定為4.0m，該平臺的總長度為15.0m，寬度為6.0m，可以同時滿足4 臺潛孔鉆機作業。該作業平臺在固定的環節，使用長度為100m 的6～8 根鐵錨繩捆綁，符合現場作業的標準要求。遵循施工工藝，選擇使用ZQ100型潛孔鉆機聯合水平拼接的作業平臺，完成水下鉆爆施工作業[4]。

水下鉆爆在正式施工前，必須進行合理的定位設置，避免超出規范和標準的情況。在該工程中，應用GPS+測深儀進行定位，數據精度較高，完全可以滿足現場的施工需要。根據該作業船的實際情況，應用四纜側錨完成現場定位，達到穩定性的效果，在施工時不會發生移動的情況，達到效果，總體效果重復。拋錨船進入現場后，組織開展基礎性的工作，并且加強各個部位的控制，達到結構精度和質量的標準要求。根據現場施工工藝方案，組織落實鉆孔作業，并設置相關的配套設施，從而更好地符合現場施工作業的要求。

在開始鉆孔作業后，在兩側分別布置4 根鋼管柱，插入水底，通過手拉葫蘆完成現場的拉動作業。調整好施工的位置，達到施工精度的標準要求。預防在施工階段受到水面波動的影響，達到穩定性的要求。在一個位置施工完成后，將鋼管柱提升，保持漂浮的狀態，然后移動作業的平臺，將其調整到下一個施工位置。在鉆孔過程中，按照設計方案的要求，進行炮孔深度的設計和控制。在鉆孔結束之后，及時檢驗，準確無誤后才能進行炸藥的填充作業，并根據操作方案的要求起爆，使得鉆爆作業順利進行。

4.2 裝藥

為了防止在現場爆破施工中出現炮孔被碎石、淤泥堵塞的情況，鉆孔完成后立即進行裝藥工作。按照工藝方案的要求制作藥包，達到防水性的要求。在進入水下后，依然可以達到爆破的效果，提高爆破的質量水平。按照目前裝藥的總長度，嚴格控制插入雷管的深度，并進行包裹處理，滿足牢固、穩定的要求，避免施工精度不合格的情況。經過對深度的分析，預留足夠的填塞長度，符合現場作業標準。根據操作標準和要求，其應用的爆破口填塞物的長度為1.5～3.1m，并且使用的材料是碎石或者砂子。

4.3 起爆網絡

在該航道整治工程中，應用串聯逐孔起爆的操作方式，即通過使用塑料導爆管雷管起爆以及“一把鏈”簇聯連接的形式，每一孔裝入1 發工業數碼電子雷管，每次起爆6 排，每排6 孔。通過現場安裝的集中控制器完成控制，形成完整的起爆網絡，具體如圖3所示。工業數碼雷管延時時間可以根據實際需要確定，滿足起爆作業的要求。綜合分析現場施工的工期以及安全性方面的要求，鉆爆作業中的爆破孔與孔間巖石按照50ms 設置，從而達到爆破的標準要求。

圖3 起爆網絡傳爆順序示意圖

5 鉆爆施工效果

在鉆爆施工結束后，及時進行鉆爆的施工效果檢查，了解是否滿足航道疏浚的標準要求。在該工程施工之后，使用先進設備對于水下鉆爆的結果進行檢查，根據操作規范進行炮孔的作業，避免盲炮等問題，且保證爆破的均勻性符合要求，操作更加方便，運營效果滿足要求。為了提高監測能力和水平，分析爆破振動所造成的不利影響，考慮到對周邊建筑產生的影響，落實現場管控措施，同時保證安全性合格。在爆破之前安裝好監測點，在各個監測點設置TC—4850專用監測設備，掌握現場爆破的效果。結合該工程的監測工作需要，總計布置A～E 個監測點，設置在磚房、木質瓦房、磚混框架結構建筑、木質框架建筑等結構中。分析了解受到爆破影響的條件，掌握各種構造物的差異和不同，通過對現場各項數據測量可以確定，測點A 與爆破源的距離最小。所以在結果分析中，進行測點A 振速曲線的典型分析，該位置的振速處在最高峰，并且隨著爆破不斷深入，發生強度下降，處于衰減變化的趨勢之下，并且最后為零，不會給建筑造成任何的不利影響。

通過對數據分析了解，A～E 檢測點體現的轉速變化值較為突出，相關的參數值分別為0.978cm/s、0.806cm/s、0.673cm/s、0.932cm/s、0.876cm/s，該參數反映爆破作用對于建筑物的影響。按照目前我國發布的國家標準分析確定，民用建筑的安全振速為1.5～2.0cm/s。經過對上述測量數據確定，在該項目選取的5 個監測點中，振速不超過1.5cm/s，所以水下鉆爆作業產生的振動不會給現場的建筑造成任何的影響[5]。此外，對于現場爆破作業的效果進行分析，發現整個爆破施工質量比較好，給后續的通航疏浚工作提供基礎，完全可以滿足現場施工的需要，達到航道通航運輸的標準要求。

6 結語

在該工程中，選擇應用水下鉆爆工程技術，作業船安裝GPS 接收機聯合測深儀，實施全面測量，快速完成定位作業，達到精準作業的標準要求。同時，鉆爆技術也在不斷地優化和進步，改進作業工藝，發揮技術的優勢，完成航道疏浚作業，達到航道整治的標準要求，具備較高的經濟效益與社會效益，帶動航運產業的高質量發展。