鋼圍堰水下爆破關(guān)鍵施工技術(shù)研究

王 飛

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引 言

水下爆破相對于陸上爆破，最大的不同是施工不確定因素較多，因此如何有效地控制各爆破參數(shù)是爆破施工的關(guān)鍵點(diǎn)也是難點(diǎn)。本文針對張吉懷鐵路鋼圍堰施工水下爆破這一實(shí)際工程，對鋼圍堰水下爆破關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，確保后期鋼圍堰施工順利進(jìn)行。

1 工程概況

中鐵十四局張吉懷鐵路項(xiàng)目部承建的張吉懷鐵路錦江特大橋在1#～4#墩處上跨錦江河流，采用(60+100+60)m連續(xù)梁形式跨越。2#、3#主墩均位于河流中，承臺(tái)尺寸為17 m×13.2 m×4.0 m，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰進(jìn)行圍護(hù)，雙壁鋼圍堰嵌入巖層，雙壁鋼圍堰外徑為25.92 m。

1.1 工程地質(zhì)資料

1.1.1 地形地貌

本橋位于隆家堡與蘭村鄉(xiāng)交界處。本橋?yàn)榭珏\江而設(shè)，橋兩側(cè)均為丘坡，地面標(biāo)高為151～275 m，相對高差為10～50 m，山勢較陡，山上主要為樹林和灌木，植被茂盛。谷地局部辟為農(nóng)田，水系較發(fā)育，橋位區(qū)有村道相通，交通較便利。

1.1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)情況自上而下依次為：

(1) 粉質(zhì)黏土，褐紅色，可塑，主要由粉粒和黏粒組成，局部夾少量碎石；地基承載力σ0=120 kPa。

(2) 粉質(zhì)黏土，褐紅色，可塑，主要由粉粒和黏粒組成，局部夾少量碎石；地基承載力σ0=150 kPa。

(3) 泥質(zhì)粉砂巖，紅褐色，弱風(fēng)化，其易軟化、易風(fēng)化崩解，局部夾少量泥巖；地基承載力σ0=500 kPa。

1.2 工程水文資料

錦江為沅江上游的一級支流，匯水面積為5 305 km2，Q1%=10 100 m3/s，H1%=158 m，V1%=4.84 m/s，H10%=154 m(施工水位)。

2 爆破方案比選

根據(jù)橋墩基坑開挖特點(diǎn)，可供選擇的爆破技術(shù)方案主要有水下中深孔松動(dòng)控制爆破和水下淺孔控制爆破兩種爆破方案。

(1) 中深孔松動(dòng)控制爆破方案：使用鉆孔船在水面上鉆孔，導(dǎo)管下藥。施工工藝簡單、爆破效率高，適用于河水較深、水流急、工程量較大、工期緊的水下爆破工程。

(2) 淺孔控制爆破方案：該方案施工過程簡單，設(shè)備的成本相對較低，但爆裂較低，水中鉆孔難度較大。該方案適用于水淺、水流平穩(wěn)、工程量較小的工程。

根據(jù)項(xiàng)目情況及現(xiàn)場條件，為加快施工進(jìn)度，確保安全，對比上述兩種方案，采用中深孔水下松動(dòng)控制爆破方案進(jìn)行爆破開挖，能更加滿足本工程需要。

3 爆破技術(shù)參數(shù)確定

3.1 裝藥結(jié)構(gòu)

本工程全部采用乳化炸藥。為方便裝藥考慮，裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為連續(xù)裝藥。炮孔采用河沙填塞至孔口。

3.2 爆破網(wǎng)絡(luò)及起爆方式

采用非電爆破網(wǎng)絡(luò)。電雷管腳線與主線相連引出井外，采用電容式起爆器起爆。爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)示意圖如圖1所示。

圖1 爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)示意圖

雷管排列順序?yàn)橹行目?、輔助孔、周邊孔，這樣既有利于掏槽形成自由面，也有利于減輕爆破震動(dòng)效應(yīng)。

3.3 鉆爆參數(shù)

因每個(gè)墩臺(tái)面積都比較大，設(shè)計(jì)采用全斷面爆破開挖，向下垂直鉆孔。

孔深設(shè)計(jì)為L主=1.5～6.5 m。

炮孔超深l=L主×10%。

排距(最小抵抗線W)b=1.6 m。

孔間距a=(1～1.2)b=1.6～1.8 m。

炸藥單耗q按水下爆破設(shè)計(jì)，可以取1.1 kg/m3。單孔每米裝藥量Q平均為4.6 kg。采用卷裝Φ80 mm的2#防水乳化炸藥爆破。硬巖取大值，反之取小值。

在大規(guī)模爆破前，要按以上技術(shù)參數(shù)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，并根據(jù)需要進(jìn)行必要的爆破技術(shù)參數(shù)的校核和調(diào)整。

3.4 爆破耗材

錦江大橋2#墩基坑鉆爆孔合計(jì)161孔，分17輪次爆破，鉆爆孔布置平面圖如圖2所示。

圖2 鉆爆孔布置平面圖

爆破耗材要求：乳化炸藥的密度不得小于1.2 g/cm3，非電雷管導(dǎo)爆管破斷拉力不得小于7 kg，非電毫秒雷管(配導(dǎo)爆管)滿足10 m水下浸泡12 h，無滲漏，滿足正常起爆。

本爆破器材依次使用數(shù)量，在實(shí)際鉆爆過程中，根據(jù)實(shí)際孔深和地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整。單輪使用后的剩余器材必須及時(shí)嚴(yán)格按程序回庫。炮孔確保裝填質(zhì)量和堵塞質(zhì)量。

爆破器材使用量如下：

1#孔位：乳化炸藥400 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)60發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

2#孔位：乳化炸藥350 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

3#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)56發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)6發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管：2枚。

4#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

5#孔位：乳化炸藥380 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)52發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

6#孔位：乳化炸藥280 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)44發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

7#孔位：乳化炸藥230 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)36發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

8#孔位：乳化炸藥180 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管7段(配20 m導(dǎo)爆管)28發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

9#孔位：乳化炸藥80 kg。非電毫秒導(dǎo)爆管雷管9段(配20 m導(dǎo)爆管)12發(fā)；1段(配10 m導(dǎo)爆管)0發(fā)；1段(配100 m導(dǎo)爆管)2發(fā)；銅殼電雷管2枚。

第10～17輪次鉆爆使用爆破器材數(shù)量和規(guī)格依次基本同第2～9輪次鉆爆，僅僅7段非電毫秒雷管用完后改成9段非電毫秒雷管。

3.5 爆破設(shè)備

根據(jù)本橋爆破特點(diǎn)，考慮設(shè)備配置，擬投入本橋梁的主要施工裝備見表1。

表1 施工裝備表

4 爆破施工流程及工藝要點(diǎn)

鉆爆法工藝流程：測量放樣→布眼→鉆眼→裝藥堵塞→聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)→起爆→出渣→清底。在施工之前，首先根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件進(jìn)行爆破試驗(yàn)，并且不斷校正設(shè)計(jì)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)最佳爆破效果。

4.1 放樣布眼

通過測量樁基，承臺(tái)邊點(diǎn)放樣，距離邊線表面30 m處設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。鉆孔前，利用全站儀測出開挖線，標(biāo)識(shí)炮孔位置(誤差<5 cm)，檢查符合設(shè)計(jì)要求后方可鉆孔。

4.2 定位開眼

采用空壓機(jī)鉆眼，按炮孔布置圖畫點(diǎn)定位后鉆孔。梅花形布置，周邊眼離邊線10 cm，開孔誤差<5 cm。

4.3 鉆眼

固定鉆頭，鉆孔深度為100 cm。鉆工要求能熟練操作空壓機(jī)，且熟悉炮眼布置圖，特別是周邊眼，鉆工要有較豐富經(jīng)驗(yàn)，專人指揮。根據(jù)眼端口位置的不均勻性，調(diào)節(jié)孔位以確保炮孔的底部位于同一平面上。

周邊眼沿樁基、承臺(tái)設(shè)計(jì)輪廓線上的間距誤差<5 cm；眼底不得超出開挖線10 cm；眼深誤差<100 mm。

鉆眼完成后，必須嚴(yán)格進(jìn)行成孔檢查。

4.4 裝藥

分組裝藥，根據(jù)炮眼設(shè)計(jì)圖確定裝藥量，雷管對號(hào)入座，不得亂裝藥。用炮泥堵塞所有炮眼，堵塞長度>20 cm。

4.5 聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以確保爆破的可靠性和準(zhǔn)確性。聯(lián)結(jié)時(shí)要注意：導(dǎo)爆管不得拉細(xì)、打結(jié)；各炮眼雷管連接次數(shù)應(yīng)相同；引爆雷管離導(dǎo)爆管自由端距離>10 cm。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)好后，要有專人負(fù)責(zé)檢查。

5 其他控制保證措施

5.1 盲炮的處理程序

施工人員必須做好爆破器材質(zhì)量的檢測工作,減少盲炮。萬一出現(xiàn)盲炮，檢查人員必須立即報(bào)告,由工程師根據(jù)實(shí)際情況制定處理方案，安排有經(jīng)驗(yàn)的爆破員進(jìn)行處理，并注意回收未爆的雷管和炸藥，嚴(yán)禁擅自處理盲炮。

5.2 安全警戒范圍、起爆程序和時(shí)間

5.2.1 安全警戒距離

警戒距離對人、對船均設(shè)計(jì)取200 m。因?yàn)楸茀^(qū)域的范圍大、走向長，安全警戒的范圍應(yīng)由爆破工程師根據(jù)每次爆破點(diǎn)位置的情況做相應(yīng)調(diào)整。

5.2.2 起爆程序

嚴(yán)格執(zhí)行市公安局制訂的《爆破作業(yè)安全操作規(guī)定》。

由安全員檢查網(wǎng)絡(luò)后發(fā)出第一次信號(hào)，開始警戒；待無關(guān)人員撤離后，安全員向工程師報(bào)告安全檢查情況和警戒情況，工程師檢查確認(rèn)后發(fā)可以起爆的信號(hào)(第二次信號(hào))；爆破后，經(jīng)安全員或工程師檢查無誤后，發(fā)出解除警戒信號(hào)(第三次信號(hào))。

6 結(jié)束語

水下爆破作為鋼圍堰水下施工的關(guān)鍵性技術(shù)，在各大水下施工中應(yīng)用廣泛。本文通過對張吉懷鐵路水下爆破施工技術(shù)的介紹，以達(dá)到為此類施工提供借鑒作用的目的。