傅英坤，王叢杰

（1．山東港口煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；2．龍口興港實(shí)業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265700）

1 工程概況

1.1 概述

在某外海航道工程施工過(guò)程中，在航道底部發(fā)現(xiàn)巖盤(pán)，前期采取大型抓斗船進(jìn)行試挖、鑿巖錘進(jìn)行鑿巖試驗(yàn)以及考慮大型可挖巖絞吸船進(jìn)行挖除，均未能達(dá)到施工效果。經(jīng)取樣試驗(yàn)，巖石抗壓強(qiáng)度為90～120Mpa，必須采取水下鉆孔爆破施工，經(jīng)項(xiàng)目部研討，決定采用水下沖擊回旋鉆進(jìn)成孔工藝進(jìn)行炸礁施工。炸礁區(qū)域離岸邊直線距離約10km，設(shè)計(jì)底標(biāo)高為－23.2m，為深水區(qū)炸礁施工，施工區(qū)域無(wú)遮掩，施工條件惡劣。

1.2 自然條件

1．2．1 風(fēng)況

本工程所在地的常風(fēng)向?yàn)镹W 向，頻率11.2%，次常風(fēng)向?yàn)镹NW 向，頻率8.5%。強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋NE 向，最大風(fēng)速12.8m/s，次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹E 向，風(fēng)速11.8m/s。本海區(qū)東南面面向黃海，施工過(guò)程中受東南風(fēng)、東風(fēng)影響較大。

1．2．2 霧

項(xiàng)目所在地年平均霧日數(shù)16.9d，其中5～7月霧日比較多，月平均在2.6～2.9d。8月至10月霧日較少，月平均在0.3～0.4d。大霧天氣主要對(duì)炸礁起爆作業(yè)安全警戒工作帶來(lái)較大施工難度。

1．2．3 潮汐

本海區(qū)潮汐類型為正規(guī)半日潮。本海區(qū)潮差較大，施工過(guò)程應(yīng)對(duì)潮位進(jìn)行嚴(yán)格控制。主要潮位信息如下：

最高高潮位 5.19m；最低低潮位 -0.15m；

平均高潮位 4.27m；平均低潮位 1.46m；

最大潮差 4.79m；平均潮差 2.94m；

平均海平面 2.83m。

1．2．4 波浪情況

本海區(qū)實(shí)測(cè)海浪是以涌浪為主，是風(fēng)涌混合浪。外海傳入的波浪對(duì)本海區(qū)的影響大于風(fēng)成浪。炸礁施工受涌浪影響較大，涌浪較大炸礁船舶無(wú)法進(jìn)行水下鉆孔作業(yè)，極易造成鉆桿折斷或損壞。

1．2．5 海流

實(shí)測(cè)海流流向：該海區(qū)漲落潮流基本集中在ENE向和WSW 向上。從實(shí)測(cè)海流資料可以看出，該海區(qū)漲落潮流速較大，落潮流最大流速可達(dá)81.2cm/s，漲潮流最大流速可達(dá)95.7cm/s。漲潮落潮流速較大，需候潮作業(yè)，嚴(yán)重影響炸礁船鉆孔施工進(jìn)度。

1．2．6 掩護(hù)條件

炸礁作業(yè)區(qū)位于深水航道區(qū)，施工區(qū)域無(wú)掩護(hù)，受風(fēng)浪影響較大。

2 主要施工工藝、方法

2.1 爆破前準(zhǔn)備工作

（1）安排項(xiàng)目部施工人員和炸礁船舶進(jìn)場(chǎng)；

（2）確立施工項(xiàng)目組織；

（3）火工材料申請(qǐng)計(jì)劃；

（4）施工進(jìn)度計(jì)劃；

（5）施工測(cè)量控制點(diǎn)復(fù)核；

（6）落實(shí)施工爆破安全警戒器材；

（7）對(duì)炸礁區(qū)域進(jìn)行布孔。

2.2 施工流程圖

根據(jù)本工程特點(diǎn)和船機(jī)設(shè)備等情況，炸礁采用水下鉆孔爆破，具體施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 水下鉆孔爆破施工流程圖

2.3 爆破施工參數(shù)

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范（JTS204-2008）》，計(jì)算水下鉆孔爆破的單孔裝藥量和孔網(wǎng)等參數(shù)，需要統(tǒng)籌考慮施工區(qū)水深、巖石類別、開(kāi)挖厚度和鉆孔清渣設(shè)備等多個(gè)因素。根據(jù)本工程的巖石性質(zhì)，炸礁船的裝備情況及清礁船舶對(duì)巖石破碎度和松散度的要求，參照相關(guān)規(guī)范，確定本工程爆破參數(shù)如下：

（1）孔間距：a=3.00m；

（2）孔排距：b=3.00m；

（3）孔徑：D=125mm；

（4）藥徑：d=100 mm；

（5）炸藥單耗：q=1.72kg/m；

（6）超深：ΔL=2.00m；

（7）孔底標(biāo)高：-25.20m；

（8）線裝藥量：15.48kg/m；

（9）不偶合系數(shù)：N=D/d=125/100=1.25。

（10）采用梅花形布孔，排間微差起爆。

炸藥采用藥柱炸藥，包裝采用塑料殼包裝，炸藥卷長(zhǎng)度約為50cm。雷管采用8#非電毫秒延期導(dǎo)爆管。

單孔裝藥量：=×××

式中：Q—單藥包裝藥量（kg），q—單位炸藥消耗量(kg/m3)，H—爆破巖層厚度（m），a、b—炮孔間、排距（m）

巖面層最厚按2.5 米考慮，超鉆深度按照2.0 米，計(jì)算得到最大單孔裝藥量

Q=1.72×3×3×（2.5+2.0-0.5）=61.92（kg），按照設(shè)計(jì)每排12 個(gè)鉆孔，根據(jù)試爆結(jié)果調(diào)整用藥量。

通過(guò)試爆，重新對(duì)爆破施工參數(shù)及用藥量進(jìn)行了如下調(diào)整：

炸藥單耗q=1.5kg/m，孔間距a=2.5m，孔排距b=2.0m，超深ΔL=1.80m。重新計(jì)算最大單孔裝藥量：Q=1.5×2.5×2×（2.5+1.8-0.5）=28.5（kg），單位平米內(nèi)節(jié)省炸藥量1.18kg。

2.4 主要施工方法

炸礁船定位采用DGPS 進(jìn)行定位，保證定位精度在2cm 以內(nèi)。施工前將炸礁區(qū)坐標(biāo)輸入船舶定位系統(tǒng)，定位后用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的高等級(jí)儀器校核一次，無(wú)誤后用作船舶定位。炸礁船移動(dòng)靠錨機(jī)絞錨完成，同時(shí)保證定位偏差不大于40cm。

采用沖擊回旋鉆進(jìn)行鉆孔，沖擊回旋鉆的鉆頭在套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)從而沖擊鉆孔。用卷?yè)P(yáng)機(jī)怠工鋼絲繩提起鉆桿上下沖擊，用壓縮空氣排渣清孔，如出現(xiàn)碎石層塌孔現(xiàn)象套管要跟進(jìn)至巖層面。

爆破底標(biāo)高的控制根據(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。巖面標(biāo)高＝鉆桿（套管）長(zhǎng)度－水位－鉆機(jī)平臺(tái)高度（船高），鉆孔孔深＝設(shè)計(jì)標(biāo)高－巖面標(biāo)高。

沖擊鉆鉆孔完畢后，要對(duì)孔底標(biāo)高進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法采用專用的驗(yàn)孔器，核實(shí)標(biāo)高滿足要求，確保炸藥放到孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高。按照規(guī)范要求，裝藥孔底標(biāo)高誤差不應(yīng)大于0.5m。若出現(xiàn)大于0.50m 的情況，應(yīng)停止作業(yè)并會(huì)同設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位分析原因，然后采取相應(yīng)措施，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行后續(xù)施工。

每鉆完一個(gè)孔，提起鉆桿，沿套管將藥柱及起爆體裝入孔內(nèi)，并用炮棍將炸藥捅實(shí)，保證裝藥質(zhì)量，之后提起套管。炮孔完成后由質(zhì)檢員通知爆破員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接、通知安全員進(jìn)行起爆前監(jiān)護(hù)準(zhǔn)備與安全警戒。

根據(jù)相關(guān)要求及結(jié)合炸礁船的特點(diǎn)，爆破網(wǎng)絡(luò)的連接工作需要在完成一定數(shù)量鉆孔后立即進(jìn)行。爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，每排孔內(nèi)按照要求要裝相同型號(hào)的雷管。排間由內(nèi)向外裝有高端號(hào)到低端號(hào)的到爆雷管實(shí)現(xiàn)微差爆破。在每個(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)的導(dǎo)爆管聯(lián)接。

為了防止導(dǎo)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，起爆管聚能穴方向朝向?qū)П軅鞅捶较颍⒂梅浪z布纏緊，然后將炸礁船移至10 米外用起爆槍激發(fā)導(dǎo)爆雷管進(jìn)行起爆。

爆破后在5min 內(nèi)進(jìn)行查炮工序，如檢查發(fā)現(xiàn)有盲炮，則立即進(jìn)行處理，并由處理人員填寫(xiě)登記表。因爆破網(wǎng)路而引起的盲炮，經(jīng)檢查和處理后，重新聯(lián)線起爆；或者在盲炮孔附近投放裸露藥包誘爆。處理盲炮時(shí)，做好安全和警戒工作，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，直至解除盲炮為止。

爆破網(wǎng)路和炸藥量的設(shè)計(jì)考慮飛石對(duì)炸礁范圍外的挖泥區(qū)的影響，同時(shí)采取相應(yīng)的措施。

爆破完成后對(duì)炸礁區(qū)進(jìn)行清渣工作，并嚴(yán)格定位設(shè)備操作及清渣船定深設(shè)備監(jiān)控，保證清渣后巖面高度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，達(dá)到驗(yàn)收合格標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 測(cè)量控制

平面坐標(biāo)系：采用WGS-84 坐標(biāo)系。

高程控制：采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?。在某碼頭邊建立自動(dòng)報(bào)潮儀，并引點(diǎn)建立水尺用以校核水位，炸礁船施工人員通過(guò)自動(dòng)報(bào)潮站查看實(shí)時(shí)水位。

施工定位：采用RTK-DGPS 定位（精度：水平±2cm+2ppm、高程±4cm+4ppm）。

3 爆破安全距離

3.1 爆破地震安全距離

爆破地震安全距離經(jīng)驗(yàn)公式

R=（K/V）·Q

式中 R－爆破地震安全距離，m；Q－同段最大藥量,kg；K、a－與地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；V－地震安全速度，cm/s；

k=400，a=1.6，取V=5.0cm/s，最大孔深為3.0m（含超深），最大單孔裝藥量為28.50kg，每泊位共12 個(gè)孔，采用排間微差起爆，同段最大藥量為342kg，則R=（K/V）·Q=（400/5）×342=108m。在爆破作業(yè)區(qū)500m 范圍內(nèi)無(wú)永久性建筑物，爆破施工時(shí)無(wú)需采取特殊的安全防護(hù)措施。

3.2 水沖擊波對(duì)人員和船舶安全距離

依據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204—2008）一次起爆藥量在200～1000kg 時(shí)，水中不同的防護(hù)對(duì)象其安全距離分別為：

游泳：1100m；潛水：1400m；鐵船：150m；木船：250m；

3.3 個(gè)別飛石安全距離

由于爆區(qū)水深大于10.0m，故不考慮飛石影響。

3.4 水沖擊波對(duì)魚(yú)類等水生物的安全距離

依據(jù)公式 R=20Q，R=20×1000=632 m；

式中：R－爆破對(duì)魚(yú)類的危險(xiǎn)半徑，m；Q－裝藥量，kg；

根據(jù)上述公式計(jì)算出爆破產(chǎn)生的水沖擊波對(duì)魚(yú)類等水生物的安全距離是632 m，但在爆破區(qū)附近數(shù)千米范圍內(nèi)無(wú)海水養(yǎng)殖，無(wú)須采取特殊的安全防護(hù)。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 前期施工情況總結(jié)

常規(guī)水下炸礁工程大都為近岸施工或內(nèi)河施工，且水深較淺，而本工程離岸較遠(yuǎn)，施工區(qū)域無(wú)遮掩，受風(fēng)浪、潮流影響較大，船舶有效作業(yè)時(shí)間極低，可作業(yè)日最長(zhǎng)工作時(shí)間為10h，日時(shí)間利用率約40%，月平均施工天數(shù)約8 天，總時(shí)間利用率僅為15%左右，施工進(jìn)度極慢，嚴(yán)重制約我部航道工程交工驗(yàn)收，同時(shí)增加了施工成本。

4.2 施工工藝改進(jìn)

通過(guò)對(duì)前期施工情況進(jìn)行總結(jié)可以看出，前期施工效率低的主要原因?yàn)檎ń复笆茱L(fēng)浪、潮流影響較大，船舶有效作業(yè)時(shí)間低。提高船舶施工效率最根本的問(wèn)題是增大船舶抗風(fēng)浪能力。但是北方炸礁市場(chǎng)基本沒(méi)有大型炸礁船，針對(duì)該問(wèn)題，從附近調(diào)遣起重船作為定位船，對(duì)炸礁船定位施工，該施工工藝改進(jìn)對(duì)大風(fēng)天氣影響有所緩解，但是對(duì)涌浪影響不起作用。接著進(jìn)行了進(jìn)一步的工藝改進(jìn)，利用大噸位方駁改造炸礁船，利用壓艙水降低船舶干舷高度，提高船舶穩(wěn)定性，增大船舶抗風(fēng)浪能力。船舶改造大大提高了炸礁施工效率，船舶有效作業(yè)時(shí)間得到了較大提高，日平均作業(yè)時(shí)間達(dá)16 小時(shí)，日時(shí)間利用率達(dá)65%，月平均施工天數(shù)達(dá)20 天，總時(shí)間利用率達(dá)45%。同時(shí)船舶穩(wěn)定性好有助于水下鉆孔作業(yè)，提高鉆孔速度。船舶改造后炸礁施工效率達(dá)原來(lái)3倍以上。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程集中諸多復(fù)雜的不利因素，屬極特殊水下鉆孔爆破作業(yè)，項(xiàng)目部通過(guò)炸礁工藝優(yōu)化以及炸礁船舶改造很好地完成了外海、深水區(qū)域水下炸礁施工，施工效率大幅度提高，使該40 萬(wàn)噸級(jí)深水航道提前竣工并按時(shí)通航，同時(shí)節(jié)省了大型炸礁船租賃、調(diào)遣等成本，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。