沉管基槽開挖水下爆破施工技術措施

王磊 WANG Lei

（中國水利水電第十二工程局有限公司，杭州 310030）

1 工程概況

湛江市引調水工程是廣東環北部灣水資源配置工程湛江分干線的重要組成部分。是廣東省委、省政府重點部署，保障湛江人民群眾用水安全的重要民生工程。工程從鶴地水庫引水至湛江市赤坎、麻章、霞山各區水廠，保障各區供水安全，同時解決未來湛江主城區城市發展用水需求。

沉管位于遂溪縣官湖村附近西溪河，施工樁號為G34+795.627～G34+965.066，鋼管規格為DN2600（壁厚26mm，Q345CZ）。沉管區域河道工程地質條件：河床高程約-0.5m，水面高程約為2m。淤泥質黏土覆蓋層約1～3m厚，淤泥質黏土下方是0.8～2.5m 厚含礫中粗砂，下方為5～6m 的混合巖、花崗巖。

2 水下爆破設計

2.1 爆破區域環境

過河水下管線采用沉管法施工，水上管線采用明挖法施工。沉管段全長166.865m，水深4.2～6.2m，河底溝槽深9m，沉管跨西溪河，如圖1 所示。

圖1 跨西溪河沉管平面布置圖

2.2 爆破區域地質條件

跨河段的巖土層主要有：

①淤泥質黏土，灰黑色、深灰色，含淤質粉細砂，黏性較好，土質較均勻，呈軟塑狀，厚度1.0～3.0m，主要分布于河床及河漫灘。②含礫中粗砂，灰白、灰黃色，級配差，含粒徑2～5mm 石英質礫石，含少量泥質，厚度0.8～2.5m，主要分布于河床及河漫灘。③加里東期（My3）混合巖，可分為全風化帶、強風化帶和弱風化帶。其中，全風化帶為灰白帶灰黑色斑點狀砂質黏土，風化均勻，含石英砂礫局部夾少量強風化。可塑～硬塑，厚度一般1.2～2.0m。強風化帶，層厚度較薄，鉆孔未揭露。④弱風化帶，青灰色，巖質堅硬，完整性較好，巖芯多呈長柱狀，中陡傾角裂隙稍發育，裂隙面見少量鐵質渲染，未揭穿。

2.3 爆破方案的設計

水下沉管，管道基槽開挖橫斷面，如圖2 所示。

圖2 沉管開挖橫斷面圖

2.3.1 爆破器材的選取

本工程水下爆破采用防水性能較好的乳化炸藥，藥卷為塑料薄膜包裝，100 型鉆機采用藥筒直徑90mm，長度450mm，重量3.0kg。雷管選用電子數碼雷管，現場編程串聯組網。

2.3.2 爆破參數的選擇

①炮孔直徑：D=120mm；

②藥筒直徑：d=90mm；藥卷長度450mm；每節藥卷重量3.0kg；

③孔距：a=1.5m；

④排距：b=1.5m（中、弱風化）；

⑤鉆孔超深：△H=1.5~2.0m；

⑥炸藥單耗：q=1.6kg/m3。

2.3.3 鉆孔

一次性鉆至設計標高，炮孔沿水流方向，孔位為平行布孔。

2.3.4 裝藥及藥量計算

鉆孔完成后，炮工應按如下程序操作：

①測深繩檢查炮孔的深度，若達不到要求，應要求鉆工重鉆；

②按規定藥量裝填炸藥和起爆體；

③用測深繩檢查炸藥是否到達孔底；

④用泥土填塞炮孔；

⑤通知鉆工吊起套管，聯接炮線。

2.3.5 炮孔裝藥量計算公式

式中：Q──炮孔裝藥量，kg；

q0──炸藥單耗，kg/m3，中風化巖單耗q0=1.6kg/m3；

a、b、H0──孔距、排距、孔深，m。

表1 炮孔裝藥量表（裝90mm 藥徑時）

不同孔深厚度的鉆孔裝藥量，孔深的2/3～3/4 裝填炸藥。藥柱長度＜3m 時裝一個起爆體，裝在炸藥長度下部約1/3 處；當藥柱長度≥3m 時，需裝兩個起爆雷管，起爆雷管裝的位置在藥柱底部的1/4 和3/4。平面布孔位置，如圖3所示。起爆順序及網絡，如圖4 所示。

圖3 平面炮孔布置圖

圖4 起爆網絡布置圖

2.3.6 爆破沖擊波安全允許距離

水深小于30m 的水域進行水下爆破，水中沖擊波的安全距離的確定應符合表2 所示規定。

表2 沖擊波對人員安全允許距離

2.3.7 水中沖擊波對施工船舶的安全允許距離應按表3 選取

表3 水中沖擊波對施工船舶安全允許距離表

2.3.8 段最大起爆藥量見表4

表4 距保護物不同距離處的同段允許最大起爆藥量

在實際爆破施工中，根據距離建筑物不同的安全距離，確定段最大的爆藥量。[1]

3 水下爆破施工

3.1 總體施工思路

爆破區域橫跨西溪河，將配備2 艘駁船配合100 型潛孔鉆進場鉆孔施工，施工完成一定面積后，派遣抓斗船跟進清礁。為了保證施工期間船舶進出安全及施工的作業面，施工船舶合理調配；施工時安全范圍內做好安全警戒工作，并同時配備專人、專船成立專門的瞭望小組，負責施工過程中對施工區域周邊水域進行巡視。

3.2 爆破施工總體流程

水下爆破施工工藝流程，如圖5 所示。

圖5 水下爆破施工流程圖

3.3 水下爆破施工方法

爆破器材的選取，水下鉆孔爆破由于炸藥一般在水中浸泡時間較長，為取得好的爆破效果，炸藥采用防水性能好的乳膠炸藥。雷管：采用抗水毫秒爆管雷管。起爆采用抗水毫秒爆管雷管專用起爆器。炸藥：采用直徑90mm，藥卷長度400mm，單卷藥重3.0kg 的2 號巖石水下乳膠炸藥。西溪河段工程需要爆破的巖石深度達4.1m，常規經驗，水下爆破為保證爆破效果，水下鉆孔深度須比爆破深度超鉆1～1.5m 左右，方可達到預期爆破效果，故水下基槽爆破須分段分層分時實施爆破，分兩層進行爆破，每次爆破2 排。西溪河段炮孔超深值取1.25m，首排炮孔比其后排孔深0.2m。則炮孔鉆孔深度為3.30m。

3.3.1 施工潮位的測量與觀測

根據現場實際情況，選擇好便于觀測潮位的位置，利用水準儀測設好潮位觀測尺。通過觀測水尺讀數知道每天潮位的變化。最高潮位或最低潮位都能通過觀測潮位觀測尺進行觀察。通過觀測某一時刻的實時潮位，通過計算改正數，從而動態的在測量軟件里顯示實時潮位。此方法必須經常的校對已設好的潮位觀測尺。水下測量采用測深儀搭配高精度RTK 定位系統進行精確控制，確保管槽底部高程偏差滿足規范要求，如圖6 所示。

圖6 水下測量

3.3.2 鉆孔施工定位

鉆孔投入2 艘鉆機船進行施工，每艘船上配備2 臺100 型鉆機。每艘鉆機船左、右4 個錨固點，控制鉆機船前后、左右移動。

按設計確定的開挖平面圖位置確定鉆孔點，測定鉆機船的位置，指揮鉆機船移動、定位到設計的鉆孔位置上。鉆完一排后，測量軟件里記錄當排的開始、結束時間，從而做到定位準確，防止漏鉆和疊鉆。鉆孔位誤差控制在20cm以內，根據鉆孔時的潮位計算該鉆孔深度。

鉆孔深度=潮位（m）+設計底標高（m）+超深值（m）。

潮位：開鉆時的實時潮位。

本施工區域的設計底標高：-8.0m（考慮超深后）。

3.3.3 藥包的加工及裝藥

藥包的加工在室內進行，加工藥包長度控制在設計以內。藥包加工方法如下：用專用竹片把藥柱綁扎好、扎緊，用專用膠帶把導爆管與炮繩捆綁在一起。將藥包慢慢地放入套管內并拉緊炮繩，藥包用專用竹竿將緩慢送入孔內。裝好藥后，檢查藥包的頂標高應在設計標高以下（誤差范圍0～-20cm），用碴或沙回填殘孔以防藥包浮出炮孔。

3.3.4 起爆網路

因本工程區域的特殊性，為了避免爆破地震對較近周邊建筑物造成的危害，在根據保護物的具體安全距離多少采用不同的毫秒微差爆破網絡，采取如下措施：

起爆電導爆網路采用“串聯”方式聯接，在安全距離滿足的前提下，爆破網絡每孔逐孔起爆，根據爆破區域與建筑的距離的遠近選取排（區）數，采用微差爆破方式進行。孔與孔之間采用數碼電子雷管現場編程起爆。

微差爆破減震：微差爆破段間間隔時間大于100ms，爆破中降震效果比較明顯。施工爆破網路采用數碼電子雷管簇串聯網路。電子數碼雷管起爆網絡起爆電源為專用起爆器。[2]

3.4 清礁施工

3.4.1 挖泥船的定位及移位

抓斗挖泥船分別由現場測量人員用RTK 測量儀器進行監控，準確定位在規劃好的開挖條塊處，施工中同時跟蹤、監控、復核開挖船每次移位的范圍，并由施工技術人員做好記錄。

抓斗挖泥船靠4 條錨鏈（俗稱八字錨）定位。移位靠前后左右纜經過卷揚機收放完成左右平移或斜移；前移靠收緊前方主纜錨完成。當挖泥船在被拖近挖槽起點時，航速應減至極慢，然后根據風、流情況拋尾錨或將抓斗下放至泥面定位，再拋設各錨：

①主錨：應拋于挖槽中心線上，泥層不均時，宜偏于泥層較厚一側；流向不正時，宜偏于主流的一側；主錨纜應盡可能放長，設置架纜方船；

②尾錨：順潮流施工要加強尾錨；逆流施工時，尾錨可拋設近些或不拋設；

③邊錨：逆流施工，前邊錨應考慮超前角，后邊錨一般不考慮超前角；當不設尾錨時，可拋成八字形；順流施工時，后邊錨稍向后拋。

3.4.2 挖泥船的施工

挖泥船采用分條分段的施工方法，一次開挖至設計標高，當一次開挖不能滿足所需挖深時，可分層開挖，因抓斗挖泥船的開挖深度不易控制，故加強水深探測，防止超深過多或漏挖。

經反復清挖后，確實不能清至設計標高的，應記錄范圍、標高。對不能開挖的礁石或淺點，可根據情況再次水下爆破，再行開挖。

邊坡開挖：采用階梯開挖方式，一般一個斗位作為一個階梯，從坡頂向坡底開挖。

3.4.3 泥駁運至拋卸區

水下開挖拋卸施工，裝運設備采用泥駁，航運至拋卸區卸料。拋卸區在施工前，由測量人員放樣，并做明顯區域標識，并按設計要求拋填。根據拋卸區浮標指示，從下到上，從左到右依順序拋卸，拋卸后，對拋卸區進行探測，確保按設計要求拋卸，不礙航。

測量檢測、階段自檢。當條塊或區段完成后，即用RTK 和測深儀自測驗收。對欠挖部位組織抓斗船清除，水下清礁直至完全合格，如圖7 所示。

圖7 水下清礁泥駁挖運

4 水下爆破中特點控制措施

4.1 爆破施工區域周邊環境

根據平面圖觀察，本爆破施工區域的東南側距離許宅村較近，最近直線距離約為150m，現場按照100m 影響范圍控制，必須合理的組織船機設備，進行精密的控制爆破，以保證施工安全和工程質量。

應對措施：施工前做好爆破區域的現場勘查，做好結構薄弱點的結構保護；根據實際情況進行嚴密的設計和施工策劃，合理的配置施工船機加快施工進度，將控制爆破采用減振孔來有效阻斷能量傳播，通過分段微差，甚至單孔起爆來控制一次起爆藥量，最大限度控制爆破能量的產生，確保安全施工。

4.2 施工水域水深淺

根據平面圖水深觀察，本水域很淺，無法滿足施工船舶吃水要求，施工船舶無法進入施工區域施工。

應對措施：前期必須先用抓斗挖泥船從西往東方向進行開挖，保證船舶滿足進場吃水要求才能進行爆破施工。[3]

5 水下爆破質量和安全控制措施

5.1 質量控制措施

①施工測量要做到有測必復，測量記錄、復測記錄要簽章完整，做好整理、歸檔工作。

②施工前在施工區域設置水尺，并與RTK 所測高程對應，潮汐變化通過RTK 所測高程的變化進行潮位改正。

③鉆孔前采用衛星定位系統定位放樣，確保炮孔定位準確并按規范要求超寬、超深；準確測量基巖頂面高程，以確保鉆孔深度達到設計要求，避免漏爆。

④在施工過程中堅持實行三檢制度（施工船班組內自檢，班組間互檢，施工測量專檢），每次檢測必須確保測量精度，正確地反映實際的施工質量。

⑤測量組隨時跟蹤監測清碴情況，讓不同班組之間相互配合，最大限度完成施工作業而保證清渣質量，同時向施工船舶反饋信息，以便施工船舶及時調整施工方法及爆破參數。

⑥爆破技術人員必須嚴格按爆破設計控制裝藥量和起爆次序，及時調整相關爆破參數。以確保施工安全和取得較好爆破效果。

⑦數碼電子雷管使用前必須檢查。加強對乳化炸藥、導爆管的檢驗，提供乳化炸藥、導爆管出廠質量證明書和檢測報告。確保使用爆破器材的可靠性，確保爆破的安全及效果。

⑧爆破技術人員應及時了解相關班組挖泥船清碴情況，對每次鉆爆礁石的破碎效果進行分析，隨時調整爆破參數以達到最佳的爆破效果。

⑨認真做好潮位、鉆孔、裝藥、施工機械運轉情況等各項施工紀錄和資料整理工作。

5.2 安全控制措施

①藥包加工必須由爆破員進行，其必須持有公安部門頒發的上崗證書并且身體健康、責任心強。

②嚴禁爆破作業員穿木鞋、釘鞋、化纖（尼龍料）衣服。

③炸藥包應在專用的加工房內或加工船上制作。

④藥包加工房或加工船必須懸掛醒目的警戒標志牌，并保持干凈、通風性能良好，嚴禁煙火。加工房每天都要進行清掃，空藥箱捆扎好，放入有良好防火性能的倉內。

⑤在施工前，為確保碼頭安全，必須根據水下爆破的施工方案進行試爆，在試爆時對碼頭進行試爆，確保振動在規范允許的爆破振速之內。

⑥在施工中遇到有霧天氣時，嚴禁爆破。加強警戒，在遇到有水警或部隊船舶過往時，立即采取避讓措施，確保水警或部隊船舶安全通過。

⑦工程船舶要按規定懸掛信號，并嚴格按操作規程進行操作。根據沉管施工區潮位情況、風向等，工程船舶在靠、離時要加強聯系，注意航向避開各類障礙物，交會等要控制船速，禁止順流停泊。

⑧水下爆破施工是一邊鉆孔一邊裝藥，已裝好的炮孔容易受到后鉆炮孔的影響，容易產生盲炮形成安全隱患。每節藥柱都綁上吊炮繩，以防裝藥時拉斷導爆管。

⑨做好安全警戒防護措施。起爆時間要與相鄰施工單位以及海上各有關單位的協調，先在距爆破點500m 的范圍警戒，鳴警戒信號，以防任何過往船舶接近爆破區域，禁止潛水、游泳。確認安全后，將安全信號通知鉆爆船。鉆爆船收到信號后，鳴警戒信號，鉆爆船慢慢向警戒范圍線外移動。警戒船在警戒范圍線至300m 的范圍，來回穿梭警戒。鉆爆船移到警戒范圍線外時，向警戒船發出準備完畢信號，鉆爆船再次得到警戒船的安全確認后，在無安全隱患的情況下，鉆爆船鳴笛三次（每次歷時3 秒）后，起爆。爆破結束時發出解除警戒信號，鳴笛10 秒。派出警戒船警戒安全。

⑩爆破后，爆破員必須按規定認真檢查爆區有無盲炮，發現盲炮時立即報告并及時處理，無關人員禁止進入警戒區。

6 結束語

針對沉管基槽水下爆破施工的特殊性，施工前，對每一個施工人員進行技術、安全交底，強化職工的安全、質量意識。通過合理的組織船機設備，進行精密的控制爆破，確保水下爆破施工安全和工程質量。