港口與航道疏浚工程中水下炸礁淺點控制技術的應用

◎ 龍桂惠 廣東正方圓工程咨詢有限公司

疏浚工程能夠清理航道泥沙，保證船只順利通行，是航道開發和維護的重要措施。但受到地質特殊性的影響，水下礁石難以通過絞吸船等清理，需要通過水下炸礁方法進行清理。由于水下地質復雜，礁石結構不均勻，巖石節理顯著，經過爆破后可能產生淺點，或者由于爆破位置不當、未做好防水處理，也可能引起淺點出現。出現淺點后可能需要二次炸礁施工，將大幅增加施工成本。因此本文針對淺點控制技術展開分析，以期能夠減少淺點的出現，規避二次炸礁施工。

1.水下炸礁淺點形成原因分析

1.1 存在盲炮

由于水下爆破作業均在水下展開操作，難度升級，難以控制爆破質量。同時受到地質、水文等因素影響，容易發生盲炮問題。盲炮會導致爆破間距改變，使得爆破難以達到設計要求。盲炮出現的原因可總結為以下幾點：

（1）爆破機械和炸藥性能存在問題，無法滿足爆破需要。由于炸藥和爆破機械需要在水下作業，若防水性能或抗水壓能力不足，在水下作業效率降低，難以達到爆破需要，產生藥包拒爆情況。

（2）導爆管及雷管存在問題。爆破過程中由于導爆管和雷管質量問題，很難達到設計爆破效果，如連接位置質量問題，不傳爆形成盲炮。同時受到水流的影響，也可能對爆破網絡產生影響，形成盲炮。鉆孔后清孔不嚴格，裝藥無法滿足要求，使用竹竿壓撐或者牽拉爆管方式，可能從雷管中直接引出藥物，出現雷管爆炸形成盲炮。

1.2 鉆孔偏移

鉆孔定位精確也是爆破的重要條件，傳統方法使用鋼絲繩進行船舶作業，但受到船舶隨水流移動的影響，鉆孔形成偏移，未能按照設計定位鉆孔，鉆孔精確度偏差也影響到巖石爆破效果，從而形成淺點[1]。此外鉆孔過程中鉆孔深度和直徑未達到設計要求，也會引起爆破效果變差。鉆孔后若未能徹底清渣，裝入藥包達不到設計標準，也會形成淺點。在鉆孔作業中，水流帶來較大的沖擊力，沖擊到錨固結構，造成錨固裝置穩定性下降，鉆機船位置變化，船體移動從而引起鉆孔位置的偏差。

1.3 水位影響

為了保證炸礁爆破區域河底標高符合設計要求，要對鉆孔深度進行控制，鉆孔深度設計受到施工水位的影響，鉆孔深度控制主要依賴于施工水位，隨著水位變化，鉆孔深度也發生變化。如受到下泄流量或者施工期處于汛期的影響，都會造成施工區域水位不斷變化，水位極不穩定，波動大，難以準確觀測水位，設計鉆孔深度，會形成爆破淺點。

2.水下炸礁淺點控制技術的應用

水下炸礁施工主要包括布置炸藥、鉆孔、爆破三個工序，從這三方面控制淺點形成，具體方法為：

2.1 詳細了解地形地質條件

在爆破施工前需要詳細了解工程水下地形地質條件，詳細了解地形更有利于布置爆破點及鉆孔位置，設計爆破方案。水下炸礁可進一步分為基槽開挖和水下清障兩種類型，基槽開挖是通過爆破作用挖出建筑物基礎后，根據地形選擇掏槽位置，作為后續爆破作業的臨空面，以達到更好的爆破效果。水下清障則為了消除航道突出巖體對航行的影響，清除突出巖體。需要根據地形特點選擇臨空面爆破施工，以達到爆破效果。爆破施工前充分了解地形地質條件，包括巖石力學參數、地形條件等參數，對后續施工選取爆破設備和炸藥起到指導作用。此外在選擇爆破器材上，均需要選擇具有抗水壓性能和防水能力的器材和設備，優先選擇高于普通爆破器材參數的設備，才能保證順利爆破。在施工前應避開汛期，提前了解施工期間的天氣降水和水位情況，記錄水位變化。關注上游排水通知，嚴格控制水位對施工的影響。并根據水位變化和水位測量情況，對鉆孔深度和清理深度進行調整。水準點標高檢查使用水準儀測量，按照四等水準精度確定水準儀控制范圍以及位置，檢查水準儀零點標高，一旦水位變化重新測量，嚴格控制水位準確性。

2.2 布置炸藥

炸藥位置、品種和制作方法都會影響爆破效果，為了減少淺點，要重視炸藥種類和位置設計。水下炸礁需要將炸藥放置于水下，要求炸藥具備良好防水能力，建議選取乳化炸藥（φ90mm），制作為藥包形式。藥包為矩形形狀，長度不超過1.5m，避免過長藥包會造成大幅振動。使用竹片夾緊藥柱，藥柱中間安裝引爆雷管，將雷管插入藥柱1/3位置，并使用吊炮繩連接，擺正位置后夾緊竹片。為保證炸藥包能夠充分爆破巖石，需要將其安置于疏浚巖石上，利用聲吶掃海儀掃描巖石高度以及厚度，根據下述公式計算巖石高度，當數值超過疏浚標準，將其作為爆破點設置炸藥包。

H=L1（s/L2）

其中，H表示掃描范圍內的巖石高度，s表示儀器測定拖魚至海底深度，L1表示回波信號陰影對應的長度，L2表示儀器測定拖魚至巖石陰影的長度。

在使用炸藥前需要監測炸藥質量，禁止使用不合格產品，優先選擇具有防水性能、性能穩定的炸藥。使用雷管、導爆管、炸藥前均需要檢查外觀，是否出現破損、壓扁等情況，不允許使用有質量問題的火工用品。制作炸藥包時檢查尼龍繩是否固定牢固，檢查雷管是否固定牢固，一旦受到水流沖擊作用，可能會影響固定牢固性，需要將麻繩一端綁扎藥包，將塑料導爆管和麻繩綁扎牢固，保證爆破網絡安全有效[2]。完成裝藥操作后注意小心取套管，盡可能將雷管固定在炮孔中心區域，將套管固定好避免晃動。將雷管聚能穴和導爆管反向，導爆管應在擊發雷管上均勻纏繞，并使用電膠帶固定，要求綁扎超過3層。若鉆機船移位，不允許返回裝完炸藥的區域，避免船底接觸河床引爆炸藥，造成爆孔拒爆。注意觀察導爆管附近是否存在漂浮物等，及時清理漂浮物。

2.3 鉆孔深度和直徑

鉆孔深度及直徑主要由巖石厚度決定，根據以下公式計算鉆孔深度和直徑。經過計算確定孔深和直徑，嚴格按照參數完成鉆孔施工。鉆孔施工期間，需要保證鉆孔深度控制在4 5 ～6 5°范圍內，保持1.2～1.5m間距，成排鉆孔應平行于邊坡線，孔位形成梅花形，可最大程度上降低振動影響力。鉆孔時先定位船舶后，利用導向管和套管做好準備，使用合金鉆進行鉆孔，鉆進后提起鉆具。下鉆桿沖擊回轉繼續鉆進至設計高度。測定孔深是否達到要求，若未達到重復鉆進。同時為了進一步減振，還可以在主炮孔一側鉆減震孔，起到減振效果。減震孔直徑應控制在3～5cm，間距保持1.2～1.3m，利用減震孔形成減震帶，控制爆破影響力。但受到水流、海浪等影響，可能會出現孔位偏差問題，對爆破施工產生影響。因此在鉆孔前務必保持船舶穩定，將鉆機穩定固定于船舶上，保證鉆孔無偏移，嚴格控制鉆孔孔位。完成鉆孔后務必使用水砣對孔底標高和孔深進行檢測，確認孔深和標高無誤后才能進入下一道工序。

d=（h1-h2）pq

l=1/2pq

其中，d表示直徑，l表示鉆孔深度，h1表示施工水位高程，h2表示設計高程，p表示巖石厚度，q表示淤泥厚度。

2.4 爆破控制

完成鉆孔后，根據裝藥量現場綁扎并安裝雷管，沿著套管在鉆孔內裝填藥包，整理導爆管，轉移船舶對下一爆破點裝藥，鉆機船不允許再穿過已裝藥區域。使用防水性能良好的爆破器材，將起爆藥柱置入1/3位置，放入2發雷管。將炸藥置入炮孔內，每個炮孔內炸藥量應當根據鉆孔間距、巖石厚度等決定，根據以下公式計算炮孔內裝藥量。根據計算裝藥量準確裝入炸藥，采取并聯結構連接雷管尾端，并在雷管周圍安置導爆管，保證爆破順利進行。連接后多次檢查爆破網絡，觀察是否存在錯接或者遺漏問題[3]。確認后按照先減震孔后主炮孔順序爆破，并嚴格控制爆破時間，使用測振儀密切監控爆破進度和速度。爆破前需要做好警戒工作，警戒船舶應固定在警戒區域線展開安全監控，當確認起爆船安全后才能發出安全信號進行起爆工作。完成爆破后可使用抓斗船等清理巖石。爆破后記錄是否存在盲炮的情況，發現盲炮后繼續進行警戒管理，不允許人員進入現場，在盲炮附近做好標記，并拉好警戒線。由于爆破網絡連接問題造成的盲炮需要重新連接起爆，或者在盲炮附近投放藥包誘爆。

Z=0.15mp×PML

其中，Z表示鉆孔裝藥量，P表示巖石抗壓強度極限值，M表示裝藥密度，L表示抵抗線最小值，m表示鉆孔間距，p表示巖石厚度。

根據巖層厚度計算裝藥量及藥柱長度如表1所示。

表1 不同巖層厚度的裝藥量及藥柱長度

需要注意的是，如果爆破區域附近存在建筑物，可改變爆破方法。如采取爆破網絡，對爆破孔分段，爆破孔內安裝2發導爆管，附近導爆管按照一把抓連接，用穿爆雷管方式引爆，將雷管控制在20根以內[4]。最后連接1發雷管進行激發針起爆方法，能夠利用高脈沖完成起爆。或者采取微差爆破方法，相比于齊發爆破方法，降震率僅達到50%，并具有一定減震作用。將爆破時間間隔控制為50～100ms，利用孔間微差爆破達到減震效果。通過采取不同爆破方法達到減震效果，從而降低對于建筑的影響，保護周圍建筑的安全性。

2.5 應用案例

本文以某工程為例，該工程某航段總長度1.3 4k m，施工面積5.06km2，工程量約為155943m3。該工程使用上述方法進行淺點控制，制作乳化炸藥包，長度55cm，厚度15cm，藥包裝藥量2.54kg。使用聲吶掃海儀測定巖石高度，平均高程86.12m，該工程巖石標準高程20m。使用中風壓鉆機進行鉆孔，鉆孔深度150.25m，直徑60mm，傾角55°，間距1445mm。主炮孔鉆取183個，共3排，減震孔141個（直徑43mm，間距1142mm），共2排。將炸藥填塞至炮孔中，根據設計方案進行引爆，保持110ms時間間隔。所有炸藥包均順利爆破，并使用抓斗船清理巖石及淤泥。最后使用水下掃描儀檢測淺點，和以往疏浚工程傳統方法形成淺點數量進行對比，具體數據如表2所示。

表2 兩種方法形成淺點數量統計

3.結論

綜上所述，水下炸礁施工容易受到施工水平、水文地形條件等因素影響，形成淺點，淺點數量過多將直接影響到施工質量，需要施工單位二次炸礁，將給施工方增加極大施工成本，還會影響疏浚工程效率。因此水下炸礁施工應重視淺點控制技術，著眼于各個施工環節，加強控制和準備工作，預防淺點形成。需要充分了解施工區域地形地質條件，選擇性能優良的爆破機械和藥品，嚴格控制施工水位，并根據巖石情況合理布置炸藥，根據巖層厚度和爆破需要計算鉆孔深度和直徑，進行精準爆破。通過嚴格控制水下炸礁施工，嚴格控制各項施工工序，減少淺點形成，更有利于取得良好經濟效益，提高施工質量。