水下炸礁施工技術(shù)

中港一航局寶鋼馬跡山礦石中轉(zhuǎn)港擴(kuò)建工程Ⅱ標(biāo)項(xiàng)目部寶鋼馬跡山港水下炸礁施工總結(jié)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(jié)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(kāi)敞式海域，常年受東南向大風(fēng)影響且風(fēng)浪較大，落潮時(shí)最大流速1.92m/s，且潮流紊亂，有效作業(yè)時(shí)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(chǎn)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(wú)覆蓋層，巖石以晶屑凝灰?guī)r為主,中等風(fēng)化,單軸飽和抗壓強(qiáng)度為62~91.2MPa，屬堅(jiān)硬巖,巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ-Ⅳ級(jí)。巖石普氏系數(shù)為f=10～16，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(zhǎng)約為81。2m,南北寬約為33。8m，面積約2744。56㎡,爆破平均厚度為約3m（包括超深-0.5m），炸礁總方量約為7000m3，詳見(jiàn)施工平面圖。二、水下爆破設(shè)計(jì)2。1爆破設(shè)計(jì)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(shí)確保爆區(qū)周?chē)ぜ瓣懹蚪ㄖ?，特別是一期碼頭1#沉箱的安全，設(shè)計(jì)方案如下：（1）二期碼頭前沿爆區(qū)與非爆區(qū)之間采用水下預(yù)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(yù)裂孔并小藥量引爆，使爆區(qū)與非爆區(qū)分開(kāi)，保護(hù)非爆區(qū)的基巖完整。（2)爆區(qū)與一期碼頭1＃沉箱之間除采取預(yù)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(fēng)空壓機(jī)設(shè)置氣泡帷幕,以降低水激波對(duì)沉箱壁的作用，氣幕效果見(jiàn)右圖。（3)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(shí)爆破，以減少單段最大藥量。2。2主要設(shè)備的選擇根據(jù)本工程的施工條件選用抗風(fēng)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(shè)備.該船縱向沿船邊裝有30米軌道，供3臺(tái)鉆機(jī)在軌道上靈活移動(dòng)，鉆機(jī)配備較為先進(jìn)的自行液壓控制系統(tǒng)。配備一臺(tái)900XH高風(fēng)壓英格索蘭空壓機(jī)連接鉆桿氣舉法清孔排渣。2。3爆破器材的選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TNT炸藥等。根據(jù)本工程特點(diǎn)，炸藥在水中要浸泡一定的時(shí)間，為取得較好的爆破效果,選擇防水性能好、爆能較高、運(yùn)輸使用安全系數(shù)大、價(jià)格便宜的乳化系列炸藥，規(guī)格為主爆孔：Φ110mm×400mm：4kg/包,預(yù)裂孔：Φ32mm×180mm:150g/包。雷管選用8＃銅殼毫秒延期非電導(dǎo)爆管雷管，并根據(jù)鉆孔深度及起爆網(wǎng)絡(luò)情況選用不同段別雷管，以控制單段最大藥量，連接網(wǎng)絡(luò)后由起爆雷管引爆。導(dǎo)爆索選用安全可靠，又便于網(wǎng)路設(shè)計(jì)防水導(dǎo)爆索。2。4爆破設(shè)計(jì)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ф138mm鉆頭、預(yù)裂孔、減震孔使用ф105mm鉆頭進(jìn)行鉆孔。爆破炮孔采用矩形布孔方式。2.4.2炸藥單耗計(jì)算炸藥單耗使用《工程爆破使用手冊(cè)》（第2版）中瑞典計(jì)算方法公式：q=q1+q2+q3+q4式中:q為水下爆破單位耗藥量（kg/m3）q1為基本炸藥單耗,其值為一般陸地梯段爆破單耗的2倍，對(duì)于水下垂直孔，再增加10%；q2為爆區(qū)上方水壓耗藥增量，q1=0.01h1,h1為水深（m）；q3為爆區(qū)上方覆蓋層耗藥增量,q2=0.02h1(m），h1為覆蓋層厚度（m）;q4為巖石膨脹耗藥增量,q4=0。01Η,Η為梯段高度(m）爆區(qū)的巖石普氏系數(shù)為f=10～16，垂直孔水下爆破基本單位炸藥單耗1.2～1。5kg/m3，高潮位時(shí),爆區(qū)水深在15～20m，爆區(qū)上方水壓耗藥增量q1=0。15～0.2kg/m3，爆區(qū)上方基本無(wú)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：q=1。35～1。65kg/m3。2。4.3爆破安全距離計(jì)算《爆破安全規(guī)程》規(guī)定“一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破地震安全性應(yīng)滿足安全震動(dòng)速度的要求"并規(guī)定了建（構(gòu))筑物地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn),詳見(jiàn)下表：主要類(lèi)型建、構(gòu)筑物地面質(zhì)點(diǎn)安全振動(dòng)速度序號(hào)主要建、構(gòu)筑物類(lèi)型安全振動(dòng)速度(㎝/s)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2～33鋼筋混凝土框架房屋54重力式碼頭5～85水工隧洞106交通隧洞15規(guī)定的計(jì)算方法是：Q=R3v3/α/K3/α其中，上述公式中R以m計(jì)，Q以kg計(jì)，v以cm/s計(jì)。因?yàn)榇舜伪撇捎梦⒉畋疲琎表示為最大單段藥量，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，K選取100、α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8cm/s（沉箱基礎(chǔ)為基巖,取大值），得Q=3383/1。5/1003/1。5Q=0。1728kg根據(jù)《工程爆破實(shí)用手冊(cè)》（第2版）安全藥量修正公式計(jì)算實(shí)際安全藥量,公式為:Qs=KQK=K1*K2*K3＊K4＊K5＊K6＊K7式中：K1—-炸藥埋置深淺的系數(shù)K1=(Cp/Cs）1/2×（Q1/3/W)，Cp、Cs為縱波、橫波傳播速度，無(wú)具體數(shù)據(jù)忽略取1;K2——自由面系數(shù)，當(dāng)自由面為N時(shí)，K2=0.25N2，K2=4（三號(hào)爆區(qū)自由面為4，分別為前面、左右面及上面）；K3—-微差爆破系數(shù),當(dāng)Δt≥t+時(shí)K3=2/3，K3取0.6;K4——爆破作用頻率系數(shù),每年一次爆破K4=1，每年50次爆破K4=0。9,每年100次爆破K4=0.7,根據(jù)舟山地區(qū)，K4取0。9；K5——方向系數(shù)，建筑物在爆區(qū)后方時(shí)，取K5=1，在側(cè)向取K5=2，前方取K5=2，1＃沉箱在炸礁區(qū)域后方K5取1;K6——自然屏蔽系數(shù)，在爆源和建筑物之間有斷層、溶洞、塹溝、深谷，取K6=2～6，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(shù)，在爆源和建筑物之間挖溝、預(yù)裂,可使v值降到1/2～1/3,此時(shí)人工屏蔽系數(shù)K7=4~9，K7取7（增加預(yù)裂孔、減震孔）。Qs=KQ=60.48×0.1728=10。45kg。計(jì)算距1#沉箱各距離安全藥量,詳見(jiàn)下表：計(jì)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(shù)實(shí)際安全藥量R（m）v（cm/s)Q(kg）KαKsQs（kg)380。17281001。560.4810。4509580。81001.560.4848.384782.19521001。560。48132。7984．66581001。560。48〉1001188．51841001.560.48〉10013814．06081001.560.48>10015821．61001.560。48〉10017831．44321001。560.48〉10019843．89761001。560.48〉10021859．27041001.560.48>10023877．86881001。560.48〉100從上表用公式計(jì)算單段藥量來(lái)看，3m和5m藥量分別是10.4509kg、48.384kg。依炸礁平面圖可知，三—C區(qū)離1#沉箱的最近的距離為3m，單段藥量控制在8kg；離1＃沉箱的距離5m～15m的地方，單段藥量控制在8~15kg;超過(guò)15m處藥量全部控制在100kg以內(nèi),施工爆破用藥量均控制在安全藥量范圍內(nèi),能夠保證構(gòu)筑物安全。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，根據(jù)爆破過(guò)程中振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際爆破藥量得到進(jìn)一步優(yōu)化2.4。4預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)2。4。4.1孔間距及線裝藥密度計(jì)算根據(jù)鉆機(jī)鉆頭條件，孔徑d取105mm，炮孔超鉆2。5米(標(biāo)高達(dá)到—19。0m）。孔間距a=(8～12)d式中:d為孔徑105mm,硬巖取小值，軟巖取大值,結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備取9則a=9×105=0.945m,取1m.為了能形成較為理想的預(yù)裂面,保護(hù)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(yù)裂爆破三峽公式來(lái)計(jì)算預(yù)裂炮孔的單孔每延米裝藥量（即線裝藥密度)。計(jì)算公式如下：線裝藥密度q1=3(D·a)1/2。σ1/3式中：q1——線裝藥密度,g/m;D——鉆孔直徑,cm；a——孔距，cm，σ—-巖石抗壓強(qiáng)度，巖石的普式系數(shù)f=10～16，按f=16進(jìn)行計(jì)算，σ為160Mpa則:q1=3×(10。5×100)1/2。1601/3=527。74g/m，考慮到水下預(yù)裂較困難，線裝藥密度取700g/m。2。4。4。2預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把Ф32mm的藥卷均勻地綁在細(xì)鋼筋上，用防水導(dǎo)爆索傳爆，孔底1.0m加強(qiáng)裝藥，裝藥量為正常裝藥量的2～3倍，孔深超過(guò)5m取大值,反之取小值。導(dǎo)爆索用低段別MS1或MS2非電導(dǎo)爆管雷管引爆，（如上圖）.2。4。5主爆孔孔網(wǎng)參數(shù)及起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)2.4。5.1孔網(wǎng)參數(shù)根據(jù)本工程特點(diǎn)，將炸礁區(qū)域自西向東分三個(gè)區(qū),見(jiàn)下圖。每個(gè)區(qū)域的孔網(wǎng)參數(shù)主要數(shù)據(jù)如下：(1）1區(qū)、2區(qū)的爆破參數(shù)一樣：1.單段起爆最大藥量控制在100kg以內(nèi);2?？?、排距2.5m×2。5m；3。每2—4排孔爆破一次，排與排之間分段爆破,每排2-4個(gè)孔分成一段;4。加上超深2m孔深為2m～8m;5。藥徑110mm，孔口1—1。5米6.單孔藥量為10~65kg，該區(qū)域距離沉箱較遠(yuǎn),未超過(guò)單段設(shè)計(jì)起爆藥量,不需采用孔內(nèi)分段.（2）3-C區(qū)的主要爆破參數(shù)如下：1。該區(qū)域布置在離沉箱3米處;2.孔距1.5米(共一排孔）;3.單段起爆最大藥量控制在8kg；4。主爆孔底部1/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑65mm（直徑32mm藥卷捆綁）的藥卷，并裝2—3發(fā)MS5非電導(dǎo)爆管雷管;堵塞間隔1米，在上部的2/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑32mm的藥卷，孔口1m不裝藥，用2-3發(fā)MS7非電導(dǎo)爆管雷管引爆。（3)3—B區(qū)的主要爆破參數(shù)如下：1.該區(qū)域布置在離沉箱5-15米之間；2?？拙?。5米,排距1。5米；3。單段起爆最大藥量控制在8-15kg;4.主爆孔底部1/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑110mm的藥卷，并裝2-3發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管；堵塞間隔0.5米，在上部的2/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑65mm（直徑32mm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-A區(qū)的主要爆破參數(shù)如下:1。該區(qū)域布置在離沉箱15米外；2.孔距2.5米,排距2米；3.單段起爆最大藥量控制在100kg；4。主爆孔底部2/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑110mm的藥卷，在上部的1/3裝藥長(zhǎng)度裝直徑65mm(直徑32mm藥卷捆綁)的藥卷，孔口1米不裝藥，孔內(nèi)分別裝3—4發(fā)各段非電導(dǎo)爆管雷管引爆.（5）另外，為降低爆破震動(dòng)對(duì)一期碼頭等建筑物的影響，在一期碼頭1#沉箱外側(cè)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(dá)到-19m)，兩排減震孔的排間距為0.5m，作“2.4。5。2主爆孔起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為滿足爆破震動(dòng)效應(yīng)對(duì)單段藥量的控制要求，對(duì)超過(guò)設(shè)計(jì)單段起爆藥量的孔內(nèi)、孔間、排間需使用不同段別的雷管進(jìn)行毫秒微差爆破。1區(qū)、2區(qū)距離沉箱較遠(yuǎn)，加上超深2m孔深為2m~8m，單孔藥量為10~65kg，均控制在單段設(shè)計(jì)起爆藥量100kg以內(nèi)，不需采用孔內(nèi)分段,只需孔間、排間采用不同段號(hào)雷管實(shí)現(xiàn)微差起爆，見(jiàn)上爆破網(wǎng)絡(luò)布置圖。三-A區(qū)2～4孔使用同段號(hào)雷管；三—B區(qū)1～2孔為同段號(hào);三-C區(qū)孔內(nèi)全部分兩個(gè)段號(hào)以上，為此三-C區(qū)主爆孔內(nèi)應(yīng)分別裝多段的非電導(dǎo)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(jiàn)左圖）。孔外非電微差接力式起爆網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)、孔間、排間的非電微差起爆。三、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(tái)全液壓航道式鉆機(jī)和1臺(tái)高風(fēng)壓空壓機(jī)（英格索蘭)，一次鉆爆長(zhǎng)度可達(dá)38m。為了更多地創(chuàng)造爆破臨空面，減小巖石最小抵抗線，先進(jìn)行水下預(yù)裂爆破,然后自西向東分別分別采用不同爆破方案進(jìn)行主炮孔爆破.在靠近沉箱處，預(yù)裂爆破前先在沉箱前沿鉆兩排減震孔，減震孔內(nèi)插入底端封口的塑料管并將塑料管引至水面，管內(nèi)不能有水，以使減震孔有效的起到削減爆破震動(dòng)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(cè)量定位鉆爆船定位采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。施工前，將炸礁區(qū)域的北京坐標(biāo)輸入GPS系統(tǒng)，炸礁區(qū)域通過(guò)電腦顯示器直觀就位每排位置，記錄好每排兩端點(diǎn)坐標(biāo)利于下一次船舶駐位.啟動(dòng)液壓系統(tǒng)移動(dòng)鉆機(jī),根據(jù)軌道上刻度及孔間距定位每個(gè)鉆孔位置。3。3。2震壓套管及鉆孔鉆孔通過(guò)GPS測(cè)量系統(tǒng)定位準(zhǔn)確后,將鉆機(jī)架上的套管用卷?yè)P(yáng)機(jī)下放到水中并震動(dòng)壓實(shí).根據(jù)套管上刻度及水位推算出巖面標(biāo)高，配備相應(yīng)長(zhǎng)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(jī),鉆桿帶動(dòng)合金鉆頭在套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)沖擊鉆孔。英格索蘭高風(fēng)壓空壓機(jī)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(jù)套管上刻度及施工水位計(jì)算出巖面標(biāo)高，再根據(jù)設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高及巖面標(biāo)高計(jì)算出該炮孔孔深，孔深確定好后根據(jù)爆破設(shè)計(jì)方案制作藥卷.該工程使用的是乳化炸藥，規(guī)格位Φ110×400mm、Φ32×180mm，外包塑料薄膜可捏造成各種形狀。根據(jù)孔深確定藥卷長(zhǎng)度,分包裝在同直徑的化纖袋中,裝好導(dǎo)爆索及非電導(dǎo)爆管雷管,用防水膠布密封好并系好炮繩。形狀見(jiàn)右圖。3。3.4清孔測(cè)深、提起鉆桿爆破底標(biāo)高的控制是根據(jù)施工水位和下至巖面的鉆桿長(zhǎng)度計(jì)算出巖面高程，并計(jì)算出鉆孔深度。鉆至預(yù)定深度后，來(lái)回提升鉆桿使用高風(fēng)壓空壓機(jī)將孔內(nèi)巖屑?xì)馀e排出孔外。鉆孔清理干凈后提起鉆桿，使用測(cè)繩復(fù)測(cè)鉆孔深度，若達(dá)不到要求，應(yīng)重鉆，滿足設(shè)計(jì)要求為止。3。3。5裝藥填塞、拔管移動(dòng)鉆機(jī)鉆孔深度滿足設(shè)計(jì)要求后，將提前制作好的藥卷順套管下到孔內(nèi)。裝藥過(guò)程中，在炮繩上打個(gè)節(jié)以檢查炸藥是否到達(dá)孔底，若未到達(dá)，則用炮棍壓送到孔底。裝藥完畢后用碎石填塞把炸藥壓實(shí).導(dǎo)爆管與炮繩間隔1m用膠布捆在一起，拔起套管，通過(guò)套管上孔將炮繩引至船上安全位置并系好。此時(shí)，一個(gè)炮孔結(jié)束，移動(dòng)鉆機(jī)鉆下一個(gè)孔.3.3.6聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)與起爆根據(jù)設(shè)計(jì)要求及鉆爆船施工特點(diǎn)，每個(gè)船位打1~4排孔，每7～10個(gè)孔為一排,根據(jù)爆破設(shè)計(jì)要求，將每排孔進(jìn)行分段聯(lián)網(wǎng)，保證單段最大藥量滿足設(shè)計(jì)要求。每排分段好后再使用不同段號(hào)的雷管將各排聯(lián)結(jié)成網(wǎng)絡(luò)，由低段號(hào)到高段號(hào)排列，實(shí)現(xiàn)孔外、排間微差爆破。每個(gè)船位完成后，將各段號(hào)的雷管用4~5枚引爆雷管分別聯(lián)接，最后用120m長(zhǎng)的起爆雷管（導(dǎo)爆管雷管）聯(lián)接。為防止起爆雷管在引爆時(shí),雷管碎片將導(dǎo)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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)全部聯(lián)結(jié)好后,將鉆爆船移至100m安全距離外，用起爆槍擊發(fā)導(dǎo)爆管起爆雷管進(jìn)行起爆。四、水中沖擊波及爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)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(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懼饕袥_擊波和地震波。但水中爆破產(chǎn)生的沖擊波是破壞周?chē)ㄖ锏闹饕奢d，其傳播途徑是通過(guò)水介質(zhì)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(shí)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(zhì)中的爆炸不同。據(jù)有關(guān)資料記載，水