內河航道工程水下鉆爆施工技術應用探討

陳建勇

(廣西八桂工程監理咨詢有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

隨著內陸航道、港口等水運事業的發展，河道疏浚工程日益增多，對于水下礁石分布復雜且巖石較硬的情況，為保證航道正常通行過程不受影響，必須應用水下鉆爆疏浚施工技術。水下鉆爆施工技術在應用過程中主要面臨復雜水下地形、施工環境、開挖難度、較大的爆破施工過程控制難度以及爆破飛石、揚塵對環境污染的控制問題[1]，歷來是爆破施工的難點。雖然，水下爆破施工工藝及安全技術得到長足進步，但是因為施工環境各異，在具體施工中又面臨諸多新情況和新問題，仍存在鉆爆船定位、炮孔堵塞、裝藥不便等關鍵技術需要研究和解決。

1 工程概況

來賓至桂平2 000噸級航道工程起點位于來賓港興賓港區賓港作業區，終點位于桂平兩江匯流口，整治里程193.9 km，按內河2 000噸級雙線航道通航標準建設，通航保證率為98%。其中，來賓港興賓港區賓港作業區至大藤峽水利樞紐段長182.7 km，航道設計尺度為3.5 m×80 m×550 m(水深×寬度×彎曲半徑，下同)；大藤峽水利樞紐至桂平兩江匯流口段長11.2 km，航道設計尺度為4.1 m×80 m×550 m。此次主要以高書洲、磁灘、葫蘆峽、菊蘆洲、大步灘等處礙航灘險為整治重點。

本標段主要施工范圍為來賓市紅水河G72泉南高速公路馬灘紅水河特大橋至大灣鎮河段，河段位于紅水河下游，長度為72.255 km，屬于當前紅水河通航最繁忙的航段。本河段地形地貌主要為石灰巖峰林殘蝕低丘平原，地形地勢平坦，兩岸丘陵平原臺地較為廣闊；河道水流也較上游天然河道平緩，流量更為充沛；河谷呈低矮“U”型，谷寬約300～400 m；河床普遍為石灰石質河床，局部淺灘段如磁灘、秤鉤灘等為砂卵石覆蓋的石質淺灘。

2 施工方案

本次航道整治水下爆破作業區主要為水陸交接或水下環境，巖質為石灰巖，溶洞發育，炮孔內充水。爆破器材使用防水效果良好的2#巖石乳化炸藥以及塑料導爆管雷管。

根據《水運工程爆破技術規范》(JTS 204-2008)及地質勘察成果，石灰石質河床開挖邊坡取1∶1，礫巖取1∶1.5，每邊計算超寬值均按1 m設置，超深值則按0.4 m(水下爆破)或0.2 m(陸上爆破)設置。對于部分灘段，為改善流態和航行條件，酌情進行局部石角切除或航道邊線附近礁石炸除處理[2]。

在設計斷面圖1中，點劃線表示疏浚和設計斷面；雙點劃線表示陸上爆破和陸上開挖卵石的計算工程量斷面；虛線表示水下鉆爆和水下疏浚工程量計算斷面。H1為底高程；H2為大藤峽蓄水前現狀的最低通航水位；H3為陸上、水下鉆爆分界線；H4為大藤峽蓄水后的最低通航水位(二期蓄水后)；Δb為施工計算超寬值，取1.0 m(水下爆破)或0.0 m(陸上爆破)；Δh為施工設計超深值，取0.4 m(水下爆破)或0.2 m(陸上爆破)；m為鉆爆邊坡系數，石灰石質河床開挖邊坡m=1，礫巖m=1.5。

圖1 設計斷面圖

3 施工參數的選取

本工程巖質為中風化石灰巖，結合相關規范及類似工程水下爆破施工經驗，采用ZQ100型潛孔鉆機鉆爆船施工。考慮到各個灘點厚度不同，施工礁盤部分區域爆破厚度約為2 m，個別區域厚度甚至達到8 m，平均厚度約5 m，故可一次進鉆至設計深度；采用垂直鉆孔形式、梅花形布孔。布孔平面圖見圖2。炮孔直徑D=100 mm；藥卷直徑d=90 mm；藥卷長度400 mm；藥卷重量3 kg/節；根據規范，孔距a=(20～30)D，本工程孔距取a=2.5 m；排距b=(0.8～1.2)a，本項目排距取b=2.3 m；鉆孔超深暫定為1.5 m，并結合試爆效果再適當做調整；炮孔填塞長度L>0.5 m。

圖2 布孔平面圖

根據《水運爆破技術規范》，單孔裝藥量為單位炸藥消耗量、炮孔間距、炮孔排距、爆破巖層厚度等值的乘積，而中風化巖位炸藥消耗量為1.72 kg/m3，2#巖石乳化炸藥換算指數取為1.23，所以考慮到炸藥換算指數后單位炸藥消耗量為1.72×1.23=2.12 kg/m3。結合工程實際，裝藥量必須達到設計鉆深的67%～75%[3]。此外，還應考慮藥卷規格和加工便利等方面的因數，本工程水下鉆爆裝藥量按表1取值。考慮到加工的方便性，應采用整卷藥條，故實際裝藥單耗與設計單耗存在出入。

表1 水下鉆爆孔深和炸藥量等參數取值表

4 施工技術要點

4.1 鉆孔

本航道整治工程主要采用兩條直徑為1.0 m、長度為12.0 m的鋼浮筒為載體，將槽鋼焊接于鋼浮筒兩端補延2.0 m并焊接工字鋼、槽鋼，使兩個浮筒牢固連接，在動水涌浪情況下自制而成水下鉆爆鉆孔作業平臺。兩個浮筒距離4.0 m，工作平臺長15.0 m，寬6.0 m，能夠為4臺潛孔鉆機同時施工提供平臺。作業平臺的固定通過6～8根綁扎100 m長度錨繩的鐵錨完成。

本航道整治工程采用ZQ100型潛孔鉆機并結合水上拼裝式作業平臺展開水下鉆爆施工。水下鉆爆施工船的位置通過船置GPS接收機+測深儀定位技術控制，保證船首尾方向平行于海岸線方向，鉆爆船方向的定位主要借助四纜側錨實現，將邊纜兩側的拋出距離控制在150～200 m范圍內，錨索前后投擲距離可在設計值基礎上適當延長。拋錨船工作過程中應安排錨船艇予以協助。當平臺船開始鉆孔施工后，在孔位上安裝套管，將套管內鉆頭降至礁石后再鉆孔施工。鉆孔施工過程中，將作業平臺兩側4根鋼管柱下端插入水底，再借助手拉葫蘆將作業平臺升起至離開水面，平臺支撐于鋼管柱上，使鉆孔施工可在完全不受波浪影響的情況下進行。移動作業平臺時，只要提升鋼管柱，使平臺漂浮在水面，拉動錨繩從而將平臺移動至設計作業位置。鉆孔施工嚴格按照設計炮孔深度進行，完成鉆孔后應立即取出鉆具并驗孔，無誤后裝填炸藥，按設計要求起爆并填塞，捋直導爆管雷管腳線后將套管提起。

4.2 裝藥

為避免炮孔被碎石和淤泥堵塞，應在鉆孔結束后立即裝藥。藥包主要由三塊竹片夾住炸藥而形成，裝藥時必須保證相鄰藥包緊密連接，達到傳爆過程的穩定。結合炸藥總長將導爆雷管插入炸藥1/3處，通過密封膠帶包裹牢固。藥包被竹片夾住后，通過裝藥棒將炸藥輕輕推入藥包內，以使藥包底部完全與爆破孔底接觸，依據孔深，在孔口預留一定填塞距離。本工程爆破孔口填塞物長度為1.5～3.1 m，且主要為碎石或砂子。

4.3 起爆網絡

本航道整治工程使用串聯逐孔起爆技術，即使用塑料導爆管雷管起爆及“一把抓”簇聯連接方式，每孔裝入1發工業數碼電子雷管，每次起爆6排，每排6孔；使用集中控制器(起爆器)起爆工業數碼電子雷管的起爆網路。起爆網路傳爆次序見圖3。工業數碼雷管延時時間可進行設定，考慮到施工工期及安全性，本爆破方案孔與孔間的延時按50 ms設置。

圖3 起爆網路傳爆順序示意圖

5 鉆爆施工效果

本次航道整治工程水下鉆爆施工后檢查結果顯示，全部炮孔均被引爆，不存在殘炮和盲炮，且爆破后的礁石破碎塊度十分均勻，無淺點，鏟裝方便，巖石破碎效果良好。

為進行爆破振動監測，確保爆破施工區域建筑群安全，在爆破前還進行了監測點設置，并在監測點安裝TC-4850專用監測設備。本工程共設置A～E個測點，分別進行磚房、木質瓦房、磚混框架建筑、磚混結構及木質框架建筑等受爆破振動影響的監測，各測點和爆炸源的直線距離分別為69 m、123 m、134 m、108 m和115 m。由于測點A與爆炸源直線距離最近，故本文主要進行測點A振速區線的典型分析，監測點A各個方向的振速均存在數個高峰，但均隨時間推移而逐漸衰減，最終趨于零。包括A在內的各監測點振速最大值分別為0.978 cm/s、0.806 cm/s、0.673 cm/s、0.932 cm/s、0.876 cm/s。結合《爆破安全規程》(GB6722-2014)相關規定，一般民用建筑物安全振速允許值應控制在1.5～2.0 cm/s范圍內。根據監測結果，本工程各監測點振速均在1.5 cm/s以下，故水下鉆爆施工所產生的振動對周邊民用建筑造成的不利影響相當有限。

6 結語

通過水下鉆爆技術的應用，有效解決了平原地區通航河道無法斷流停航情況下展開航道整治施工的難題，施工過程不會對航道正常運行及汛期行洪產生任何影響，施工質量、安全及工期得到保證。本工程通過采用船置GPS接收機+測深儀的三維水深測量技術、作業平臺設置、串聯逐孔起爆+簇聯連接方式等手段，對傳統鉆爆施工技術進行了改進，取得了較好的效果，使標段河道疏浚治理達到了預期要求，經濟效益和社會效益顯著。