水下炸礁施工技術

1、中港一航局寶鋼馬跡山礦石中轉港擴建工程口標項冃部寶鋼馬跡山港水下炸礁施工總結王文歡 丁德勇2006年11月20日寶鋼馬跡山港二期工程水下炸礁施工總結王文歡 丁德勇一、工程概況寶鋼礦石碼頭二期工程位于浙江省舟山市嵊泗縣馬跡山港區(qū)，此次炸礁區(qū)域位于二期工程裝船碼頭前沿。該工程地處外海孤島，開敞式海域，常年受東南向 大風影響且風浪較大，落潮時最大流速1.92，且潮流紊亂，有效作業(yè)時間少，施工條件差；此外，本次炸礁區(qū)域緊鄰一期裝船碼頭， 與1#沉箱最近距離僅3m 要確保一期裝船碼頭的安全并能正常生產作業(yè)，且炸礁后沿為嵌巖樁位置，要求非爆區(qū)基巖不受影響，施工難度大。水下炸礁區(qū)巖面直接裸露海底，無覆蓋層，

2、巖石以晶屑凝灰?guī)r為主，中等風 化，單軸飽和抗壓強度為6291.2，屬堅硬巖，巖體的基本質量等級為川-W級。 巖石普氏系數為1016,此巖石難鉆易爆。炸礁區(qū)域地形北高南低，水下炸礁 范圍東西長約為81.2m，南北寬約為33.8m,面積約2744.56叭 爆破平均厚度 為約3m (包括超深-0.5m)，炸礁總方量約為7000用，詳見施工平面圖。、水下爆破設計2.1爆破設計原則為保證二期碼頭的后方嵌巖樁位置的基巖不被破壞，同時確保爆區(qū)周圍水工及陸域建筑物，特別是一期碼頭1#沉箱的安全，設計方案如下：二期碼頭前沿爆區(qū)與非爆區(qū)之間采用水下預裂爆破措施，先在爆區(qū)與非爆區(qū)邊界處，間距1m鉆一排預裂孔并小藥量

3、引爆，使爆區(qū)與非爆區(qū)分開，保護 非爆區(qū)的基巖完整。爆區(qū)與一期碼頭1#沉箱之間 除采取預裂爆破措施外，并在靠近沉箱 邊線鉆二排減震孔且爆破前用高壓風 空壓機設置氣泡帷幕，以降低水激波對 沉箱壁的作用，氣幕效果見右圖。炸礁區(qū)域的孔間或排間采用毫 秒延期非電雷管微差延時爆破，以減少 單段最大藥量。2.2主要設備的選擇根據本工程的施工條件選用抗風浪、抗水流能力都較好，定位速度快且穩(wěn)定 性好的漂浮式炸礁船作為水下爆破的主要設備。 該船縱向沿船邊裝有30米軌道, 供3臺鉆機在軌道上靈活移動，鉆機配備較為先進的自行液壓控制系統(tǒng)。 配備一 臺900高風壓英格索蘭空壓機連接鉆桿氣舉法清孔排渣。2.3爆破器材的選

4、擇適用于水下爆破的炸藥通常有乳化炸藥、硝化甘油炸藥和炸藥等。根據本工 程特點，炸藥在水中要浸泡一定的時間，為取得較好的爆破效果，選擇防水性能 好、爆能較高、運輸使用安全系數大、價格便宜的乳化系列炸藥，規(guī)格為主爆孔： 110X 400: 4包，預裂孔：32X 180: 150包。雷管選用8銅殼毫秒延期非電 導爆管雷管，并根據鉆孔深度及起爆網絡情況選用不同段別雷管， 以控制單段最 大藥量，連接網絡后由起爆雷管引爆。導爆索選用安全可靠，又便于網路設計防 水導爆索。2.4爆破設計2.4.1鉆孔直徑及布孔形式為便于鉆孔定位、提高鉆孔效率、有利于裝藥堵塞，采用垂直孔鉆孔形式， 主爆孔使用巾138鉆頭、預裂

5、孔、減震孔使用巾105鉆頭進行鉆孔。爆破炮孔采 用矩形布孔方式。242炸藥單耗計算炸藥單耗使用工程爆破使用手冊（第2版）中瑞典計算方法公式：1234式中：q為水下爆破單位耗藥量（3）qi為基本炸藥單耗，其值為一般陸地梯段爆破單耗的2倍，對于水下垂直 孑L,再增加10%q2為爆區(qū)上方水壓耗藥增量，qi=0.01hi, hi為水深（m ；q3為爆區(qū)上方覆蓋層耗藥增量，q2=0.02hi（m）i為覆蓋層厚度（m）;q4為巖石膨脹耗藥增量，中=0.01 H，H為梯段高度（m爆區(qū)的巖石普氏系數為1016，垂直孔水下爆破基本單位炸藥單耗 1.2 1.53，高潮位時，爆區(qū)水深在1520m爆區(qū)上方水壓耗藥增量

6、q 1=0.150.23, 爆區(qū)上方基本無覆蓋層，不考慮覆蓋層增量。綜上所述的各影響因素，水下爆破的炸藥單耗：1.351.653。2.4.3爆破安全距離計算爆破安全規(guī)程規(guī)定“一般建筑物和構筑物的爆破地震安全性應滿足安 全震動速度的要求”并規(guī)定了建（構）筑物地面質點振動速度控制標準，詳見下 表：主要類型建、構筑物地面質點安全振動速度序號主要建、構筑物類型安全振動速度（cm）1土窯洞、土坯房、毛石房屋12一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物233鋼筋混凝土框架房屋54重力式碼頭585水工隧洞106交通隧洞15規(guī)定的計算方法是:3 3/ a 3/ av其中，上述公式中R以m計，Q以計，v以計。因為此次爆

7、破采用微差爆破，Q表示為最大單段藥量，根據爆破安全規(guī)程規(guī)定，K選取100、a選取1.5，與沉箱最近的一排炮孔間距 R為3m K值取100, v取8 （沉箱基礎為基巖，取大值），得3383/1.5 /100 3/1.50.1728根據工程爆破實用手冊 （第 2版）安全藥量修正公式計算實際安全藥量 公式為 :1*K2*K3*K4*K5*K6*K7式中：Ki炸藥埋置深淺的系數 K仁（）1/2 X （Q1/3），、為縱波、橫波傳播速度， 無具體數據忽略取 1；K2自由面系數，當自由面為 N時，Q0.25N2, K2=4 （三號爆區(qū)自由面 為 4，分別為前面、左右面及上面） ；Kb微差爆破系數，當 t

8、時K3=2/3，&取0.6 ;K4爆破作用頻率系數，每年一次爆破K4=1，每年50次爆破&=0.9，每年100次爆破K4=0.7，根據舟山地區(qū)4取0.9 ;K5方向系數，建筑物在爆區(qū)后方時，取 K5=1，在側向取K5=2,前方取 K5=2，1#沉箱在炸礁區(qū)域后方K5取1;&自然屏蔽系數，在爆源和建筑物之間有斷層、溶洞、塹溝、深谷， 取&=26, K6取4 （沉箱與基槽之間有1.5m厚片石，可視為自然 屏蔽）；K7人工屏蔽系數，在爆源和建筑物之間挖溝、預裂，可使v值降到1/21/3，此時人工屏蔽系數 349，Kz取7 （增加預裂孔、減 震孔）。60.48X0.1728=10.45 。計算距 1#

9、沉箱各距離安全藥量，詳見下表：計算距沉箱各距離的安全藥量距離（與沉箱）震速單段藥量水下爆破系數實際安全藥量R(m)v()Q()Ka()380.17281001.560.4810.4509580.81001.560.4848.384782.19521001.560.48132.7984. 66581001.560.481001188. 51841001.560.4810013814. 06081001.560.4810015821. 61001.560.4810017831. 44321001.560.4810019843. 89761001.560.4810021859. 27041001.5

10、60.4810023877. 86881001.560.48100從上表用公式計算單段藥量來看，3m和5m藥量分別是10.4509kg、48.384kg。依炸礁平面圖可知，三區(qū)離 1#沉箱的最近的距離為3m,單段藥量控 制在8;離1#沉箱的距離5m15m的地方，單段藥量控制在 815;超過15m 處藥量全部控制在100以內，施工爆破用藥量均控制在安全藥量范圍內，能夠保證構筑物安全。從現(xiàn)場實際情況看，根據爆破過程中振動監(jiān)測試驗數據，實際爆破藥量得到進一步優(yōu)化，均比設計加大了單段最大藥量及一次起爆總藥量。2.4.4預裂爆破設計2.4.4.1孔間距及線裝藥密度計算根據鉆機鉆頭條件，孔徑d取105,炮

11、孔超鉆2.5米（標高達到-19.0m）。孔間距（812） d式中：d為孔徑105,硬巖取小值，軟巖取大值，結合現(xiàn)有設備取9則 9X 105=0.945m取 1m。為了能形成較為理想的預裂面，保護好非爆區(qū)基巖，需選擇合適的裝藥量。 參考三峽工程提出的預裂爆破三峽公式來計算預裂炮孔的單孔每延米裝藥量（即線裝藥密度）。計算公式如下：線裝藥密度qi=3(D a)2*3式中：qi線裝藥密度，；D 鉆孔直徑，；a孔距，0巖石抗壓強度，巖石的普式系數1016,按16進行計算，o為160貝U: q1=3X( 10.5X 100) 1/2 1601/3=527.74,考慮到水下預裂較困難，線裝藥密度取 700。

12、2.442預裂孔裝藥結構設計把32的藥卷均勻地綁在細鋼筋上，用防水導 爆索傳爆，孔底1.0m加強裝藥，裝藥量為正常裝藥 量的23倍，孔深超過5m取大值，反之取小值。 導爆索用低段別1或2非電導爆管雷管引爆，(如上圖)。 2.4.5主爆孔孔網參數及起爆網絡設計2.4.5.1孔網參數乳比炸藥底部加強藥預裂孔裝藥結構圖根據本工程特點，將炸礁區(qū)域自西向東分三個區(qū)，見下圖炸確區(qū)域布孔圖每個區(qū)域的孔網參數主要數據如下:(1) 1區(qū)、2區(qū)的爆破參數一樣：單段起爆最大藥量控制在 100 以內；2孔、排距 2.5mx 2.5 m；每 2-4 排孔爆破一次 ,排與排之間分段爆破 ,每排 2-4個孔分成一段；加上超

13、深 2m 孔深為 2m8m；藥徑 110，孔口 1-1.5米不裝藥；單孔藥量為 1065，該區(qū)域距離沉箱較遠，未超過單段設計起爆藥量，不 需采用孔內分段。2）3 區(qū)的主要爆破參數如下 :1.該區(qū)域布置在離沉箱 3 米處；孔距 1.5米（共一排孔）；單段起爆最大藥量控制在 8；4.主爆孔底部 1/3 裝藥長度裝直徑 65（直徑 32 藥卷捆綁）的藥卷 ,并裝 2-3 發(fā)5非電導爆管雷管；堵塞間隔 1米,在上部的 2/3裝藥長度裝直徑 32的藥 卷，孔口 1m不裝藥，用2-3發(fā)7非電導爆管雷管引爆。3）3 區(qū)的主要爆破參數如下：該區(qū)域布置在離沉箱 5-15 米之間；孔距 2.5米,排距 1.5米；

14、單段起爆最大藥量控制在 8-15；主爆孔底部 1 /3裝藥長度裝直徑 1 10的藥卷,并裝 2-3發(fā)非電導爆管雷管； 堵塞間隔 0.5米,在上部的 2/3裝藥長度裝直徑 65（直徑 32藥卷捆綁）的藥 卷,孔口 1 米不裝藥，用 2-3發(fā)非電雷管引爆。4）3 區(qū)的主要爆破參數如下：該區(qū)域布置在離沉箱 15 米外；孔距 2.5米,排距 2米；單段起爆最大藥量控制在 100；主爆孔底部 2/3裝藥長度裝直徑 1 1 0的藥卷,在上部的 1/3裝藥長度裝直徑 65（直徑 32 藥卷捆綁）的藥卷 ,孔口 1 米不裝藥，孔內分別裝 3-4 發(fā)各段非 電導爆管雷管引爆。（5）另外，為降低爆破震動對一期碼頭

15、等建筑物的影響，在一期碼頭1#沉箱外側布置兩排減震孔，減震孔的孔徑為105mm，孔距0.3m，孔深比最近一排主爆孔深度大2.5m（即達到-19m），兩排減震孔的排間 距為0.5m，作“梅花”型 布孔。減震孔內插入底端 封口的塑料管由孔底引至水面，管內不能有水，以 使減震孔有效的起到削減 爆破地震波的作用?？淄夥侄嗡枫@兩絡布置設肚- J- J I S II I II T-.T1l-,HT-i:rrJ.245.2主爆孔起爆網絡設計為滿足爆破震動效應對單段藥量的控制要求，對超過設 計單段起爆藥量的孔內、孔間、排間需使用不同段別的雷管 進行毫秒微差爆破。1區(qū)、2區(qū)距離沉箱較遠，加上超深 2m 孔深為

16、28m，單孔藥量為1065,均控制在單段設計起爆藥 量100以內，不需采用孔內分段，只需孔間、排間采用不同 段號雷管實現(xiàn)微差起爆，見上爆破網絡布置圖。三區(qū) 24孑L 使用同段號雷管；三區(qū)12孔為同段號；三區(qū)孔內全部分兩 個段號以上，為此三區(qū)主爆孔內應分別裝多段的非電導爆管 雷管，上部裝低段位非電毫秒雷管，下部裝高段位非電毫秒 雷管（見左圖）。孔外非電微差接力式起爆網路，實現(xiàn)孔內、 孔間、排間的非電微差起爆。、施工程序及鉆爆施工方法3.1施工部署本工程采用漂浮式鉆爆船，船上配備三臺全液壓航道式鉆機和1臺高風壓空 壓機（英格索蘭），一次鉆爆長度可達38m。為了更多地創(chuàng)造爆破臨空面，減小 巖石最小抵

17、抗線，先進行水下預裂爆破，然后自西向東分別分別采用不同爆破方 案進行主炮孔爆破。在靠近沉箱處，預裂爆破前先在沉箱前沿鉆兩排減震孔，減震孔內插入底端封口的塑料管并將塑料管引至水面，管內不能有水，以使減震孔有效的起到削減爆破震動的作用。另外，炮孔向排間按微差順序爆破和爆破臨空 面朝外以減小巖石最小抵抗線。3.2施工流程3.3施工方法3.3.1測量定位鉆爆船定位采用全球衛(wèi)星定位系 統(tǒng)。施工前，將炸礁區(qū)域的北京坐標輸 入系統(tǒng)，炸礁區(qū)域通過電腦顯示器直觀 就位每排位置，記錄好每排兩端點坐標 利于下一次船舶駐位。啟動液壓系統(tǒng)移 動鉆機，根據軌道上刻度及孔間距定位 每個鉆孔位置。3.3.2震壓套管及鉆孔鉆孔

18、通過測量系統(tǒng)定位準確后，將鉆機架上的套管用卷揚機下放到水中并震 動壓實。根據套管上刻度及水位推算 出巖面標高，配備相應長度鉆桿。然 后將鉆桿順套管下放直至鉆頭接觸 到巖面。鉆孔采用全液壓航道潛孔鉆 機，鉆桿帶動合金鉆頭在套管內旋轉 沖擊鉆孔。英格索蘭高風壓空壓機氣 管連接鉆桿氣舉排渣，做到邊鉆孔邊 排渣，成孔速度較快。3.3.3制作藥卷根據套管上刻度及施工水位計算出巖面標高， 再根據設計孔底標高及巖面標高計算出該炮孔孔 深，孔深確定好后根據爆破設計方案制作藥卷。該 工程使用的是乳化炸藥，規(guī)格位110X 400、32 X 180,外包塑料薄膜可捏造成各種形狀。根據孔 深確定藥卷長度，分包裝在同直

19、徑的化纖袋中，裝 好導爆索及非電導爆管雷管，用防水膠布密封好并 系好炮繩。形狀見右圖3.3.4清孔測深、提起鉆桿爆破底標高的控制是根據施工水位和下至巖面的鉆桿長度計算出巖面高程， 并計算出鉆孔深度。鉆至預定深度后，來回提升鉆桿使用高風壓空壓機將孔內巖 屑氣舉排出孔外。鉆孔清理干凈后提起鉆桿，使用測繩復測鉆孔深度，若達不到 要求，應重鉆，滿足設計要求為止。鉆孔深度滿足設計要求后，將提前制作好的藥卷順套管下到孔內。裝藥過程中，在炮繩上打個節(jié)以檢查炸藥是否到達孔底，若未到達，則用炮棍壓送到孔底。裝藥完畢后實。導爆管與炮繩間隔1m用膠布捆在一起，拔起套管，通過套管上孔將炮繩引至船上安全位置并系好。此時

20、，一個炮孔結束，移動鉆機鉆用碎石填塞把炸藥壓3.3.5裝藥填塞、拔管移動鉆機下一個孔3.3.6聯(lián)接網絡與起爆根據設計要求及鉆爆船施工特 點，每個船位打14排孔，每710 個孔為一排，根據爆破設計要求，將每 排孔進行分段聯(lián)網，保證單段最大藥量 滿足設計要求。每排分段好后再使用不 同段號的雷管將各排聯(lián)結成網絡，由低 段號到高段號排列，實現(xiàn)孔外、排間微差爆破。每個船位完成后，將各段號的雷管用 45枚引爆雷管分別聯(lián)接，最后 用120m長的起爆雷管（導爆管雷管）聯(lián)接。為防止起爆雷管在引爆時，雷管碎 片將導爆管炸斷，影響起爆效果甚至造成炸藥拒爆，起爆雷管聚能穴方向與導爆 管傳爆方向要相反連接并用一定的防水膠布纏緊。起爆網絡全部聯(lián)結好后，將鉆爆船移至100 m安全距離外，用起爆槍擊發(fā)導爆管起爆雷管進行起爆。四、水中沖擊波及爆破振動監(jiān)測試驗4.1爆破荷載水下爆破可分為水中爆破和水下鉆孔爆破。兩者對周圍建筑物的影響主要有沖擊波和地震波。但水中爆破產生的沖擊波是破壞周圍建筑物的主要荷載，其傳播途徑是通過水介質直接到碼頭或海岸； 而水下鉆孔爆破的炸藥埋藏在基巖中 一定深度，因此在炸藥爆炸時能量分布、沖擊波波傳播途徑以及邊界條件等方面 都與水介質中的爆炸不同。據有關資料記載，水下鉆孔爆破荷載主要為地震波。 特別是本次爆破區(qū)域位