碼頭港池水下鉆孔爆破施工工藝分析

陸仲堯

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524005）

鉆孔爆破法是水下爆破技術較為常用的一種爆破方法，由于水下爆破本身會受到水較強的傳爆能力的影響，不僅要求用于水下爆破的爆破器材具有良好的抗水性能，還要注意實際進行爆破施工過程中的水深、流速以及風浪等情況的影響。對碼頭港池水下鉆孔爆破施工工藝進行分析，能夠為當前水下鉆孔爆破施工工藝的應用提供一定的思路，對促進水下爆破技術水平的提高也具有一定的借鑒作用。

1 工程概況

1.1 施工環境條件

水下鉆孔爆破技術在喀麥隆克里比深水港二期工程中的應用，是以進港航道、港池疏浚及碼頭基槽開挖工程的施工為主要目的的。該工程的主要施工區域為航道、港池、調頭地及基槽，整個爆破區域沒有電線、電纜等保護物，但擁有一期已投產的碼頭及碼頭附屬設備，因而在爆破的過程中需要適當的采取減振安全措施。當地的降雨量能夠達到年平均3200mm，每年的降雨天數能夠達到180-240d，因而在雨季施工需要做好安全防護措施[1]。該項目主要位于幾內亞灣內，西南風力較弱，因而對本工程不會產生較大的影響。該工程項目中的克里比港為半日周期，整個工程區域的潮流弱，平均流速0.1m/s，最大流速0.5m/s，較小的潮差和較慢的流速不會對炸礁施工造成較為嚴重的影響。

波浪是影響本工程施工的最主要因素，整個工程海區以涌浪為主，最大波高能夠達到3.91m，最大波周期Tmax 年平均值為7.9s，5～8 月份的月平均最大波高超過1.2m，3、5、6、7、8 和11 月波高較大。由此可以得知，這種較為明顯的季節性變化趨勢會給施工造成較為嚴重的影響，在5-8 月份不宜進行施工，12 月到次年4 月是最佳的施工階段。

1.2 風險評估分析

基于水下鉆孔爆破技術應用的危險性，在實際進行工程施工之前，需要事先對各種可能威脅爆破安全的行為進行評估，并事先確定好預控這些危險行為的措施，以此來更好的滿足安全爆破的需要[2]。例如，在臨水作業中的鉆桿恢復作業時，容易產生機械傷害事故，需要做好安全技術交底，標識牌，防撞護欄等預控措施；在電焊作業的過程中，容易因為電器潮濕，人員觸電、起火等原因導致人員傷亡，需要做好電器絕緣保護，有效接地處理，配備相應消防設施，以此來保證工程施工的安全[3]。

2 碼頭港池水下鉆孔爆破施工工藝的具體分析

鉆孔爆破法是水下爆破技術中最為常見的一種方法，在喀麥隆克里比深水港二期工程中，應用的就主要是這種方法。通過對碼頭港池水下鉆孔爆破施工工藝的應用情況進行分析，能夠為水下鉆孔爆破施工工藝在其他項目工程中的應用提供借鑒的經驗[4]。在對碼頭港池水下鉆孔爆破施工工藝進行分析時，主要可以從以下幾個方面來入手：

2.1 水下爆破設計與施工

在開展水下鉆孔爆破施工之前，首先需要設計好水下爆破的主要施工方案，為實際的施工提供更加科學的依據。如圖1 所示，在喀麥隆克里比深水港二期工程的施工工程中，首先需要遵循爆破設計的基本要求，即一次單段裝藥量嚴格控制在安全使用量以內，鉆孔爆破后，應達到巖石破碎均勻，粒徑大小適中，適合15m3及以上抓斗挖泥船清挖，用以保證整個爆破工程的施工安全。在整個爆破設計的過程中，還需要遵循一定的原則，例如，采用控制爆破方法，嚴格控制爆破振動、飛石等爆破公害；爆破前，先鉆3 排的密集孔和30m 的防震孔；爆破孔設置在距一期碼頭50m 之外，最遠為1000m。這些原則對保證碼頭港池的安全具有重要的作用[5]。

圖1 水下理論爆破區平面布置圖

其次，在設計水下爆破方案時，還需要對鉆孔參數、鉆孔設計與裝藥量進行計算。舉例來說，在確定爆破參數時，炮孔直徑與選用裝備10 臺150 型潛孔的鉆機船直徑鉆頭相匹配，因而確定炮孔直徑為115mm；鉆機船制造時鉆機孔間距已經固定為3 米，因而確定鉆孔間距為3.0m；根據經驗炮孔排距取3.0m，梅花型布孔。

第三，鉆孔、裝藥、堵塞和起爆網路的設計，也需要遵循一定的施工順序和施工原則，在明確鉆孔設計方式、爆破工作面布置、鉆孔施工方法、施工潮位的測設與觀測、施工應用的機械設備型號的基礎上，為水下爆破施工做好充足的準備工作。

2.2 水下爆破施工的方法步驟

在事先應用GPS 對鉆孔爆破的施工船舶進行定位時，需要能夠將實際孔位與設計孔位點的偏差控制在0.2m 以下。在明確錨泊方法之后，需要進行鉆孔施工。在結合爆破區域的實際情況之后，需要對鉆深及孔深控進行計算：開鉆時潮位是A，巖面標高為B，設計底標高為C，超深值為D，|C|為C 的絕對值，鉆深H=A+|C|+D，孔深h=|C|+D-|B|。

藥包的加工、裝藥、堵塞需要嚴格按照藥包的加工方法和順序進行，將條形藥卷對接,并用竹片把藥卷夾好綁緊每條藥包長度控制在2m 以內。

2.3 基槽炸礁專項方案

喀麥隆克里比深水港二期工程中的基槽炸礁方案，主要是指在工程中與一期碼頭相鄰的基槽。施工流程如圖2，該基槽需要自基床邊線繼續向西北方向開挖，為了能夠保證基槽原始硬質粘土不受爆破影響，需要能夠及時采取有效的減震措施來保護硬質粘土基槽。具體來說，該工程中應用的基槽炸礁專項方案，首先需要對碼頭保護采用逐孔起爆，孔內微差爆破施工方法，采用多個段別非電導爆管雷管引爆，減少和控制一次炸藥用量，并通過孔內和孔外微差結合的爆破方法，減少一次起爆總藥量。在爆破區和非爆破區鉆設3 排50cm×50cm減震孔，能夠有效達到減振的目的。

圖2 水下炸礁工藝流程圖

其次，還需要注重基槽硬質粘土保護的爆破施工方法。基槽硬質粘土水下炸礁施工方法與對沉箱、碼頭、建筑物的施工方法基本一致，能夠有效達到保護爆破區域內各種物體安全的作用。而為了減少對硬質基槽原土質的爆破影響，使爆破沖擊波、振動主要傳播方向向水面；在處理邊坡時，借鑒光面爆破原理，采用光面爆破技術，在不破壞巖石的前提下，使邊坡平整。裝藥結構需要按照從下到上依次為硬質粘土層、空置（減振體）、上下各1/4 處的起爆體、堵塞段、導爆管的結構順序來進行。

2.4 爆破安全距離的驗算

整個喀麥隆克里比深水港二期工程中，炸礁工程量115 萬方，面積839340m2,總排數9326 排。基于水下爆破施工工藝應用的危險性，在施工之前需要做好爆破安全距離的驗算工作，用以保證爆破人員以及碼頭港池各種設備的安全運行情況。在對爆破安全距離進行驗算的過程中，首先需要嚴格按照國家對于水運工程爆破技術應用的相關規范，對爆破對碼頭的最大一段容許起爆藥量進行計算，計算應用的公式為：

式中：

Q——一次起爆的炸藥量（kg）；

R——起爆藥包中心至建筑物距離（m）；

V——安全振動速度；

K——與爆破點地形、地質有關的系數，取值50～150；

α——與爆破點地形、地質有關的系數，取值1.3～1.5。

依據這一公式，就可以結合碼頭不同距離采用相應的安全用藥量。

在明確喀麥隆克里比深水港二期工程中基槽的水深距離之后可以得知，二期基槽西南端距離一期碼頭邊線30m 范圍內黏土平均厚度為4m，單孔裝藥量為25.2kg，依據表1，單排最大藥量為252kg。而由于本工程爆破區距離一期工程泊位碼頭的最近為15m，計劃直接采用抓斗船重斗開挖，采用“孔內微差爆破”進行控制爆破（如圖3 結構），適當減少裝藥使得單段藥量在11.7kg 以下。而在50m 之外采用常規“孔間微差爆破”方法進行爆破。

表1 單段最大藥量計算表

圖3 孔內微差不耦合間隔裝藥結構

其次，在對爆破安全距離進行驗算的過程中，還需要注重爆破水中沖擊波是否會對人員的安全造成影響進行驗算。

結合明確喀麥隆克里比深水港二期工程的實際情況，根據表2 可以得知，在水深小于30m 的水域內進行水下鉆孔爆破，當最大單段起爆炸藥量為50kg-200kg 之間時,鉆孔施工產生的水中沖擊波對人員安全距離為：游泳為700m；潛水為900m。在確定好安全允許距離的范圍之后，就可以對水中沖擊波的最小安全允許距離進行計算：

表2 對人員的水中沖擊波安全允許距離

式中：

RH——水中沖擊波的最小安全允許距離（m）；

K0——系數，按320 取值；

Q——一次起爆的炸藥量（kg）。

由于該工程控制單段起爆藥量在11.7kg 以下，可以將這一結果帶入到該公式當中，然后得到水中沖擊波的最小安全允許距離，為保證起爆的安全創造良好的條件。

第三，在對爆破安全距離進行驗算的過程中，還需要注意爆破水中沖擊波對非施工船舶安全的驗算。通常情況下，非施工船舶爆破安全距離范圍以距離爆破區域1000m 為標準。在對這一安全距離進行驗算的過程中，也需要應用公式（2）來進行計算。在該工程中，系數K0主要取木船情況下的25 為主要標準。

在實際進行爆破施工的過程中，需要結合表3 中的相關數據規定，讓非施工船舶離開到合理的安全距離外之后，再進行爆破施工，以此來保證非施工船舶的安全。

表3 裝藥量和施工船舶安全允許距離

而由于本工程排與排間主要采取微差措施,因此本次一層警戒的范圍取離起爆區域500m，以滿足規范的要求；對于非施工船舶路過的船舶，需要采取鳴笛警戒方式，使警戒區域增加到1000 米。

第四，在對爆破安全距離進行驗算的過程中，還需要重視爆破飛石對人員安全的影響以及爆破空氣沖擊波對人員安全距離的計算。結合明確喀麥隆克里比深水港二期工程的實際情況，由于施工爆破點的水深超過了6m，因而不會形成飛石。在確定好本工程500m 的警戒安全距離之后，需要積極與起爆區域的相鄰施工單位進行協調，共同做好爆破的安全警戒工作。而在對爆破空氣沖擊波對人員的安全距離進行計算時，由于水下鉆孔爆破部分能量轉化為水中沖擊波，經水體吸收部分能量，再經過水面與空氣交界面的反射，進入空氣的能量比較小，形成的空氣沖擊波影響范圍有限，故不考慮空氣沖擊波的影響。

3 結論

綜上所述，水下鉆孔爆破施工工藝的應用，不僅需要考慮到施工內容和工序的影響，還需要能夠保證水下爆破的安全性。從喀麥隆克里比深水港二期工程中水下鉆孔爆破技術應用的實際情況來看，在進行水下爆破施工的過程中，需要結合爆破施工區域的實際情況，注意各種電纜電線保護物的安全，及時采取一定的減振安全措施，通過對爆破安全距離的驗算來保證水下爆破技術的應用安全。