黃偉榮

（桂林航道管理局測繪處，廣西 桂林541000）

某跨江大橋橋區(qū)按照設(shè)計水深需挖深河床，在施工過程中遇到堅硬巖石，普通機械無法施工，需采用水下鉆孔爆破方法進行施工，直至達到設(shè)計標(biāo)高。該河道狹窄，水流湍急。設(shè)計航道底寬為40~60 m，面寬為60~100 m。本工程設(shè)計水位為-0.91 m，設(shè)計水深為-5.41 m，流速為3~5 m/s，需要爆破的巖層厚度大部分在1.0~2.5 m。通航橋孔通航密度大，各類船只絡(luò)繹不絕，在高峰時可達到3~4艘／min，在炸礁期間，要求除爆破警戒時間外，必須確保船舶正常通行。該段河底地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多由淤泥、沉渣、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和基巖組成，灘段航道為河流侵蝕堆積地貌，大部分暗礁沿岸分布，局部延伸至主航道下。河床覆蓋層主要為第四系河流沖積的圓礫層，呈松散狀，局部混淤泥，揭示層厚0.2~1.85 m，疏浚巖土分級為11級，基巖為中風(fēng)化灰?guī)r和微風(fēng)化灰?guī)r。該跨河大橋為等截面梁橋，抗震級別6級。

1 施工總體方案

為滿足進度要求，又不影響船舶通航，采用了半幅施工、半幅通航的方法。先施工左半幅航道，右半幅航道通航。左半幅航道完成并通過驗收后，設(shè)立航道標(biāo)志開通左半幅航道通航，封閉右半幅航道后再施工。

在爆破施工時，擬在通航孔橋梁及橋墩兩側(cè)以及爆破點與橋面垂直相交處設(shè)置感應(yīng)裝置，監(jiān)測爆破產(chǎn)生的地震波等數(shù)據(jù)，控制炸藥用量，保證大橋安全。爆破方案遵循距離由遠到近，藥量有少到多的原則，共劃分6個施工段，如表1所示。

表1 施工段與大橋間距表

采用鉆機船水下鉆孔爆破法施工，面積較小的淺點則采用裸露爆破法施工。鉆機船從施工段的下游往上游進行施工，抓斗式挖泥船沿著鉆機船開辟的工作面推進，使工程施工形成流水作業(yè)。

2 爆破設(shè)計

2.1 爆破設(shè)備

本工程采用鉆孔炸礁船(鉆機船)炸礁，反鏟式挖泥船清渣的施工方式。鉆孔炸礁船配備主要設(shè)備包括：具有RTK功能的GPS定位系統(tǒng)，測深儀，通信、潛水及交通等設(shè)備?？紤]到施工的難度及特殊性，經(jīng)研究決定采用的爆破的材料有：炸藥、雷管、擊發(fā)雷管及傳爆材料。

（1）炸藥：水下炸礁采用2#巖石乳化炸藥。乳化炸藥是一種含水的工業(yè)炸藥，具有不黏手、彈性好、威力高、猛度大、炮煙小、抗水性好等特點，特別適合水下炸礁施工作業(yè)。

（2）雷管：采用防水非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。此種雷管具有抗水、抗壓、抗散雜電流、安全方便、操作簡單等特點。

（3）擊發(fā)雷管：采用防水型金屬殼8號工業(yè)電雷管。

（4）傳爆：采用塑料導(dǎo)爆管。

2.2 布孔原則

（1）對于大面積的水下礁石，可布置單排或多排鉆孔。水下巖盤或石梁，需要多次鉆爆時，可按由外圍向中間，由下游至上游的順序劃分爆區(qū)，必要時也可從中間開槽，逐步向兩側(cè)和上下游開挖。

（2）臨近深槽的礁石，則采用定向拋擲，盡量使爆破石塊直接拋入深槽，減少清碴。

2.3 爆破參數(shù)

水下鉆孔爆破的參數(shù)，主要有鉆孔間距、行距、孔徑、孔深、炸層厚度及炸藥單位消耗量等六項。該跨江大橋橋區(qū)水下鉆孔，一般按三角形和梅花形布置，能較均勻地破碎巖石，便利清碴，如圖1所示。

圖1 鉆孔布置

如因鉆機位置固定，調(diào)整孔距困難時，也可采用方形或長方形布孔。常用的布孔參數(shù)見表2。炸藥單位消耗量，常用實踐經(jīng)驗值見表3。

表2 水下鉆孔爆破常用布孔參數(shù)表

表3 水下鉆孔爆破炸藥單位消耗經(jīng)驗值

3 裝藥量計算

水下鉆孔爆破的主要特點是，爆破介質(zhì)與水的交界面上承受著水的壓力，同時爆破破碎的塊石位移亦須克服水的阻力，因此其裝藥量計算應(yīng)包括破碎巖石和克服水阻力兩部分能量所需的藥量，故其炸藥單位消耗量比陸上爆破大。

該跨江大橋橋區(qū)的炸藥單位消耗量經(jīng)驗值，是實際單耗量的統(tǒng)計值，其不僅是上述所需的藥量，同時還含有塊石拋擲所需的藥量在內(nèi)。拋擲部分藥量既可使部分巖石直接拋入附近深槽，減少清碴，還可加強巖石破碎。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2011）中的公式

式中，

Q為最大一段藥量，kg；

R為爆破振動安全距離，m；

V為保護對象振動安全允許速度，cm/s；

K為與爆破點至計算保護對象之間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)；

α為衰減指數(shù)。

理論上可通過上式反算出最大用藥量Q值，即

但實際施工中存在以下幾個因素需要考慮：

（1）V按有關(guān)規(guī)范取值帶有經(jīng)驗性，根據(jù)經(jīng)驗取值對本次橋梁施工炸藥量計算不一定安全，橋梁的最大安全振動速度Vmax的確定成為關(guān)鍵。為此，需對大橋進行監(jiān)測，檢測爆破中橋梁的響應(yīng)數(shù)據(jù)，輸入實際監(jiān)測到的地震波加速度數(shù)據(jù)，通過計算確定最大振動加速度，從而推算出Vmax。

（2）K、α按規(guī)范事先取值也會對炸藥量計算引起偏差，應(yīng)以爆破中檢測到的響應(yīng)數(shù)據(jù)來調(diào)整K、α值，進而計算出正確的炸藥量。

因此，表3中的經(jīng)驗值只能作為對照參考，在本工程實際中，每階段正式施工爆破前均首先進行試爆，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定施工中的炸藥量。第一階段V值取1 cm/s,K、α取經(jīng)驗值計算炸藥量試爆，根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，通過橋梁有限元計算預(yù)測橋梁能承受的V值范圍，k、α根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)值調(diào)整后，把確定的V值代入上式算出炸藥量，之后確定鉆孔范圍及排數(shù)等具體施工工藝。下一階段試爆均以上階段最后爆破施工時所測到的數(shù)據(jù)為依據(jù)進行分析，作為本階段爆破參數(shù)的調(diào)整。由現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，確定各階段V值及最大一段炸藥量如表4所示。

表4 監(jiān)測調(diào)整參數(shù)后炸藥最大允許用量表

由于爆破安全距離300 m直徑范圍內(nèi)有非抗震的大型磚塊建筑物，按《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定，V值的上限為3 cm/s。當(dāng)距離大橋120米內(nèi)時，僅有大橋單個建筑物，為提高爆破效果，v、α的取值根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)調(diào)整上限。

由試爆測出的數(shù)據(jù)，可以推算當(dāng)爆破點在距離大橋120米以外時，對大橋幾乎沒有影響，因此在第1~3階段，采用常規(guī)的水下鉆孔爆破施工，根據(jù)現(xiàn)有施工設(shè)備，取行距b=1.8 m，孔距a=2.2 m，超深c=1.2 m，孔徑d=90 mm進行鉆爆施工，炸藥用量參考表3。

在距離大橋120 m以內(nèi)時，開始進行爆破監(jiān)控，即根據(jù)監(jiān)測的地震波數(shù)據(jù)，調(diào)整炸藥最大用量，但最大用藥量都不能超過表4中允許用量。

當(dāng)距離橋墩10米時，為徹底保證大橋安全，采取了圍堰抽水，風(fēng)鎬鑿巖的方法進行施工。

4 工程施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：

測量、設(shè)立施工標(biāo)志→加工藥卷→移船定位→鉆孔→裝藥→接線→移船→起爆→清碴→測水深→合格（如果不合格，則要補炸，然后進行清渣直到合格為止）→移船到下一個工作面。

4.2 工作船和鉆孔定位

工作船采用鋼纜和錨定位，主纜固定在鉆區(qū)上游岸邊的地錨處，近岸一側(cè)的邊纜可固定在岸邊，另一側(cè)的邊纜可在江中拋錨，如圖2所示。當(dāng)工作船距岸近時，也可用支杠定位法。若工作船鄰近主航道，則跨越航道的邊纜應(yīng)采用沉鏈法，避免鋼纜礙航。在工作船定位時，先對準(zhǔn)岸上的縱橫導(dǎo)標(biāo)，大致就位，然后由岸上全站儀指揮調(diào)整，使其準(zhǔn)確地定至設(shè)計位置。

圖2 工作船定位錨纜布置

4.3 鉆孔藥包和起爆體加工

水下鉆孔爆破首選威力高、比重大、抗水性能好的炸藥。冬季施工用的炸藥，還應(yīng)耐凍。膠質(zhì)炸藥的加工，一般先將藥卷捆扎成短柱體，用牛皮紙包緊裹圓，外用薄竹片夾直捆緊，即成筒狀鉆孔藥包。每節(jié)藥筒的長度可以不等，便于搭配裝藥長度，但最長不宜超過1.0 m，以方便運輸。藥筒外徑至少應(yīng)小于孔徑10 mm，如藥徑過大，會增加裝藥難度。藥筒外形必須圓順規(guī)則，避免裝藥時容易卡塞。如使用廠制規(guī)格的圓柱藥筒時，亦應(yīng)用薄竹片夾直捆緊，制作成上述形狀，便于裝藥。

使用非抗水硝銨類炸藥時，需先用薄鐵皮制作藥筒，或采用同樣大小的硬塑筒，炸藥裝入筒內(nèi)后，在筒口堵塞約10 mm的隔熱材料(乾土等)，然后用石蠟、瀝青或錫焊密封防水。藥簡必須進行浸水試驗。

起爆體的制作與筒狀藥包基本相同，只是在藥筒內(nèi)加裝起爆雷管，一般每個起爆體內(nèi)裝兩個防水性和質(zhì)量好的8號電雷管或?qū)П坠?。操作時先將雷管腳線剪短并聯(lián)，再接連接線，引出藥筒外，連接線應(yīng)呈松弛狀扎系在藥筒的提繩上，使其不直接受力。

4.4 水下鉆孔裝藥和堵塞

在裝藥前，先測量實際孔深和檢查孔壁完好情況。裝藥方法有兩種：一種是一次起爆的鉆孔全部鉆完后，連續(xù)進行裝藥；另一種是每鉆完一孔隨即裝藥。前者的優(yōu)點是可以斷電裝藥，當(dāng)天裝完后即行起爆，不存在保護鉆孔之慮，雷電影響也少。水下鉆孔的保護是個難題，若措施不當(dāng)或來沙量大時，鉆孔的損失率較大。鉆完一孔裝藥一孔的方法，雖有缺點，但有利于施工，關(guān)鍵是要加強預(yù)防雷電措施，嚴格藥包防水，確保施工安全。該跨江大橋橋區(qū)采用邊鉆孔邊裝藥的方法。

水下鉆孔的堵塞作用，一是可提高爆破效果，二是防止藥筒上浮。堵塞材料可用粒徑20 mm~40 mm的碎石或小卵石。堵塞物要用炮棍壓實，但不得損傷起爆線。

4.5 起爆方法

水下鉆孔爆破常用電雷管起爆，在流速小、流態(tài)好的爆區(qū)可用導(dǎo)爆管起爆。起爆電源常用強力起爆器。水下起爆網(wǎng)路，一般采用孔內(nèi)雷管線并聯(lián)，孔外分排串聯(lián)，再多排并聯(lián)后接入主線的并串并聯(lián)網(wǎng)路。各結(jié)點必須聯(lián)接和絕緣良好，起爆前要全面仔細檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時要認真處理，因為水下鉆孔的盲炮，一般很難查明，往往會給清碴時留下不安全因素，故應(yīng)特別重視。

水下起爆網(wǎng)路常易被急流、亂水和雜草、流木等漂浮物沖亂、掛斷，這不僅增大了檢查的難度，還會影響爆破安全。該跨江大橋橋區(qū)常用的防護措施有：一是將各鉆孔的起爆線分別系在工作船舷邊的木(竹)桿上，使之不易沖亂，即有雜草掛住也可隨時清除；二是將起爆線集中系在專設(shè)的漂木上，沉至水面下約1.0 m深處，如圖3所示。

圖3 爆破網(wǎng)路聯(lián)接圖

4.6 盲炮處理

水下鉆孔盲炮的產(chǎn)生因素較多，如雷管品質(zhì)差，起爆線破損，藥包端線被堵塞時搗斷或套管割斷，支線被漂流物掛斷等，都會造成盲炮。當(dāng)盲炮發(fā)生后，通常是沿著主線和支線進行檢查，或用爆破儀表檢測，對有懷疑或尚待處理的盲炮，應(yīng)標(biāo)繪出其位置，提交挖泥船清碴作業(yè)人員注意。在清碴時，爆破工應(yīng)在現(xiàn)場監(jiān)視和處理。水下鉆孔爆破盲炮的處理，一般采用以下方法：

（1）經(jīng)檢查確認鉆孔內(nèi)雷管和支線完好可重新聯(lián)結(jié)起爆。

（2）堵塞長度小于殉爆距離時，可裝入新起爆體爆破。

（3）在盲炮孔附近投放裸露藥包爆破。

（4）當(dāng)水淺能判明盲炮的準(zhǔn)確位置時，可在距鉆孔適當(dāng)位置(小于殉爆距離)另鉆平行孔，裝藥誘爆。

4.7 挖泥船定位清渣、裝運、棄渣

水下清渣采用抓斗挖泥船或挖掘機船進行水下開挖，采用80 m3開體泥駁裝、運、卸。水下清渣施工的關(guān)鍵是挖泥船的移船定位、浚深控制作業(yè)。挖泥船在施工中采用錨纜控制平面位置，在施工水域挖泥船拋設(shè)主錨纜及八字錨纜，主錨纜用以控制船體上、下移位，八字錨纜(或橫錨纜)控制船體左、右移位，錨位必須設(shè)浮標(biāo)標(biāo)志。挖掘機司機根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整移位落尺、落斗深度，并采用測深儀進行測量，直至達到設(shè)計要求為止。

拋填棄方區(qū)按下列原則進行拋卸：

（1）按設(shè)計指定區(qū)域拋填。

（2）在拋壤時不得影響挖槽和附近航道、港池、錨地的淤淺，不得妨礙航行，并考慮環(huán)保和生態(tài)影響。

（3）要有足夠的水深及水域面積，拋卸時先探測水深，防止泥駁擱淺。

（4）棄方區(qū)的容泥量應(yīng)與疏浚工程量相適應(yīng)。

4.8 測量檢測、掃床測深

當(dāng)條塊或區(qū)段完成后，即用GPS全球定位儀和測深儀自測驗收。對欠挖部位組織抓斗船清除，直至完全合格，對確不能清挖的淺點安排爆破后再清挖。

掃床采用硬式掃床方法。首先準(zhǔn)確測量水位，根據(jù)水位和設(shè)計的航道底高程確定掃床桿的入水深度。軌跡由掃床船上的GPS測定，用來控制掃床船在兩次行進間的搭接，避免發(fā)生漏掃。

5 施工作業(yè)安全控制措施

（1）在爆破的前10天內(nèi)連續(xù)通過當(dāng)?shù)孛襟w進行作業(yè)時間和相應(yīng)安全要求的通告，在爆破周邊區(qū)域設(shè)置公告欄，張貼爆破通告。

（2）爆破前做好組織協(xié)調(diào)和各項準(zhǔn)備工作，包括明確分工與職責(zé)，進行對講機調(diào)試等。

（3）做好爆破預(yù)報工作，放炮前半小時開始實施警戒預(yù)報，由爆破指揮報告爆破安全協(xié)調(diào)小組本次爆破的相關(guān)情況（如本次爆破炸藥量，警戒距離等），確定爆破時間后再通知爆破員進行爆破。

（4）當(dāng)準(zhǔn)備工作完成后，在爆破指揮員的指揮下，施工人員和船只撤至安全地區(qū)；警戒人員和警戒船只進入警戒哨崗。

（5）警戒人員在警戒過程中按規(guī)定發(fā)出預(yù)告信號——短促亂哨聲提示。

（6）警戒人員對警戒范圍進行細致搜查，確保警戒圈范圍內(nèi)無船只和其他人員，特別是警戒水域范圍內(nèi)的游泳人員和潛水作業(yè)人員。

（7）各警戒點和警戒人員在確信具備安全條件時，用對講機報告爆破指揮，并發(fā)出可起爆信號。

（8）爆破指揮在收到所有警戒點可起爆報告后，經(jīng)再次核實確認后，通知爆破員進行起爆。

（9）起爆后十五分鐘，爆破員進入現(xiàn)場察看爆破情況，若發(fā)現(xiàn)問題，立即處理，在確定無危險后通過各警戒點解除警戒。

6 結(jié)束語

雖然炸礁產(chǎn)生的地震波、沖擊波和波浪對周邊環(huán)境特別是重要構(gòu)筑物會產(chǎn)生一定的影響，但本工程采用水下鉆孔爆破方式多排深孔排間微差爆破技術(shù)，爆破介面有一定深度的水體覆蓋，可有效降低爆破地震波、沖擊波，有效控制爆破飛石距離，避免對周邊環(huán)境造成影響和破壞；同時在對大橋近距離爆破時，聘請當(dāng)?shù)氐卣鹁謱＜矣脤I(yè)儀器對大橋進行監(jiān)控，推算大橋最大安全振動速度，控制炸藥單段最大用量，從而有效地保證了大橋安全。以上探討的工藝為以后類似的橋區(qū)水下炸礁施工提供借鑒。

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