水下钻孔爆破在内河航道疏浚中的应用

苏孝敏

(浙江省第一水电建设集团有限公司 杭州 310051)

1 作业区地形、地质、水文地质

其工程河道平均面宽70～120m左右，常水位约3m，枯水位为2.6m;年均气温15.5～15.8℃，年均降水1253～1460mm，降雨量70%集中在5～10月。工程区域深断裂活动较弱，区域稳定性良好，地震基本裂度为Ⅵ度。基岩面上有淤泥、粉质粘土和夹碎石的粉质粘土覆盖，基岩风化带有强风化—弱风化层，新鲜岩石较坚硬，岩质为Ⅵ～Ⅶ类，全风化带厚0～2.7m。作业区航道水深较浅(＜5m)，河道淤积较深(0.5～1.0m)。

2 确定水下钻孔爆破施工作业方案

为尽量减少钻孔爆破作业时对导流港正常行洪和航运的影响，本技术方法应用了3个试验河段，在制定施工作业方案时，因地制宜，全部采用了半河道封闭式作业，并按先下游后上游的顺序在河道中心线东西两侧，实行交替开挖;除爆破时为避免飞石影响，需临时停航外，整个作业期间均可留出一半河道供行洪和船只通行。

3 施工测量

a.以业主提供的测量基准点(线)为基础，按国家有关测绘标准和工程施工要求，设置施工的控制网。

b.按1∶500比例测绘水下地形图、开挖平面图和横断面图。

c.对各个工作面均应进行爆区范围框定、高程标志、轴线定位，同时对各测量点进行保护。

d.放样测站点的高程精度，应不低于五等水准测量的精度要求;放样点点位误差应满足以下要求:水下开挖边线为±1.00m;水下开挖中心线为±1.00m。

e.爆破作业前应在开挖起始线、开挖终线、中心线、弯道顶点等处设立清晰的标志，包括标杆、浮标、灯标等;开挖平直段每隔80m设一组横向标志，弯道处加密为50m;各组标志应以不同形状的标牌相间设置，同组标志上应安装颜色相同的单面反光灯，相邻组标志的灯光，应以不同的颜色予以区别。

f.水中沿开挖方向设立便于观察的水尺，水尺零点与开挖底部高程应保持一致。

g.重新施工时应及时补齐丢失的样桩，确保开挖的准确性。

4 水下钻孔施工

4.1 水下钻孔作业平台

本方法关键技术是在动水涌浪条件下，采用自制的水下钻孔作业平台，利用两条长12m、直径1m的钢浮筒作载体，浮筒两端用槽钢焊接并补延2m、同时通过焊接槽钢、工字钢使2个浮筒连接成为整体，两浮筒相距4.00m，工作平台长15m、宽6m，可同时布置4台YQ—100B型潜孔钻作业;平台由6～8根系有100m锚绳的铁锚固定;钻孔时，将两侧四根钢管柱下端插入水底，并用手拉葫芦使钻孔平台升起脱离水面，此时平台完全支撑在四根钢管柱上，钻孔施工时，可以不受水中波浪的影响，作业平台移位时，可通过抬升钢管柱，使钻孔平台浮在水面上，再拉动锚绳将平台移到新的作业位置上。

4.2 钻孔工序

主要包括钻孔前准备工作、下套管、钻杆钻孔、验收等。

5 火工材料选择

炸药选防水性能较好的乳化炸药，按钻孔直径和药量分别用φ70～95硬质塑料壳包装炸药。为确保每个炮孔准时起爆，每孔均采用2个非电雷管。孔内高段位雷管、孔外低段位雷管的连接，采用复式非电起爆网络，以确保第一排炮孔爆响以前，雷管已传爆到最后一排孔内。

6 水下爆破参数选择

6.1 钻孔形式

为便于定位控制、装药填堵和提高钻孔效率，水下爆破均采取潜孔钻垂直钻孔，孔径一般为90～120mm，钻孔超深一般为1～1.5m。

6.2 抵抗线计算

抵抗线Wm是岩石爆破的重要技术参数之一，它与炮孔直径d应相互匹配。本方法采用爆破经验公式:

式中 Wm——泡孔底部最大抵抗线，m;

d——炮孔直径，mm。

如炮孔直径为 120mm，则 Wm=25d=25×120mm=3.0m。

6.3 炮孔孔距排距确定

如多排炮孔均采用方形钻孔布置，则孔距与抵抗线相等，即孔距a=Wm=3.0m;如前后排采用微差爆破，则排距b=a/1.2=3.0/1.2=2.5m;如爆破作业区上方或毗邻地区有高压电缆或通信线路，为控制爆破飞石距离，应适当缩小孔径与孔网面积，加大钻孔超深和堵塞长度，这时孔距a与排距b相等，钻孔超深和堵塞长度亦应增加1倍。如德清县枯柏树段作业区上方25m处就有一条高压线，下游20m和60m处各有一条低压线和通信光缆，故该工程孔径取90mm，孔距、排距则选用2.0m，而钻孔超深则加大至3.5～4.0m。

6.4 装药量计算

实施水下爆破时，由于爆破介质膨胀时必须克服和水接触面上的水体阻力，其装药量除考虑破碎岩石所需的能量外，还应考虑克服水体阻力的因素，故其装药量要较陆地钻孔爆破大。常用单孔装药量的计算公式为

式中 q——爆破单位岩石所需的装药量，一般取0.5～2.0kg/m3，具体可视岩质和周边环境情况而定;

a——孔距，一般取2 ～3m;

b——排距，一般取1.5 ～3m;

H——孔深(含 1.0～1.5m 超深)，一般取4～8m。

由于岩性与炮孔直径不同，加上现场条件限制，每孔实际装药量也会有所不同，因此需要先行试爆，以求得在内河浅水条件下较为经济合理的炸药单耗。为降低爆破振动和水中冲击波等对周边环境的影响，爆破作业均采用“水下多排孔微差爆破技术”，规定最大单响药量不大于250kg，单次爆破总药量不大于2t。

7 水下爆破施工

爆破作业工序包括药柱加工、装药、连线起爆。

7.1 药柱加工

a.爆孔药柱加工应在安全的地点进行，加工时雷管、炸药，以及加工好的起爆药卷均应按照爆破安全规程要求，隔开一定距离放置，并妥善保管。

b.按已验收确定编号装药量的进行爆孔药柱加工。

c.起爆药体加工。为了提高保证率，每个爆孔均装置两个起爆药卷体。炸药卷置于塑料筒1/3高度位置上，用竹木工具开一小口，以便插入一个15段非电毫秒雷管，非电毫秒雷管插口采用环氧树脂灌封后，再用防水白粘胶布密封。

d.将所需的防水乳化炸药用丝线紧密连接成串，再装入具有一定强度的塑料筒袋中(筒下先装一定配重)并用细绳和胶布牢牢捆在一定长度的毛竹片上(起爆体安装在倒数第三药卷中)。

7.2 装药

a.将加工好的药柱沿套管徐徐放入钻孔中，同时在两根导爆管端头系上已贴好起爆顺序记号的浮球，用送药竹竿将药柱慢慢送至套管孔底。

b.爆孔药柱送入孔底后，沿套管先填入一定量矿砂以固定药柱，拔出套管后，再填入矿砂堵孔。

c.完成装药堵孔拔出套管后，将浮球上的导爆管留出一定长度，临时固定在平台上的安全部位。

d.钻孔装药工作全部结束后，将所有爆孔导爆管上端绑在一个浮标下的细绳上，同时抬升平台的四根钢立柱到最高位置，并起锚使作业平台全部浮在水面上，然后用锚绳牵引并移至下一钻孔作业区域。

e.平台移位后，将浮标下的导爆管捞起;按照同一排列顺序绑在下系砂袋的汽车内胎上;每平台设1～2个内胎，每排设两根导爆管，并使每爆孔两根导爆管分别处于不同的位置。

7.3 连线引爆

a.连线准备。在爆破区域两侧中央垂直于排间线的适当位置，各布置1根φ50钢管(钢管下部打尖，并用人工锤夯入水下基岩)，同时在两钢管上距水面1.50m高度引牵一绳索，然后将作业区域各内胎上系绑的每束导爆管按起爆顺序系在绳索上。

b.爆破警戒线设定好后，用相同型号非电毫秒雷管按由后向前的顺序串联成两支线，将绳索上同排的两把导爆管用2×2个3段非电毫秒雷管并联成两列。

c.网路连接时，要注意将导爆管均匀分布于雷管四周，并用防水胶布或细绳捆紧，同时用泡沫盒包住扎紧后放置于距水面1m以上位置。

d.各支线用双即发雷管串联上岸，并采用双即发电雷管并联引爆。

e.爆破警戒线设置好后，检查起爆网路并确认警戒区内人员已安全撤离后，由爆破总指挥下达起爆命令，爆破员起爆。

f.爆破过程中，安排专人在安全可靠位置观察爆破水柱、爆破烟雾等情况。

g.爆破作业后15min，经爆破总指挥同意，爆破工程师、爆破员及有关人员进入现场检查爆破情况，并观察水中爆破产生的气体和水泡情况。

8 水下清碴

a.利用自行研制的挖碴船清碴，配备4～6艘100t驳船运碴。挖碴船为承载近300t的改装挖泥船，在船体的1/3部位停放2m3住友580加长臂液压反铲挖机，工作臂长为9m，完全能够满足水下石碴抓料的要求。

b.为解决液压反铲工作时挖泥船的稳定问题，在挖碴船的2/3处设置两根600mm×600mm的大铁柱，铁柱用液压齿条上下升降。当液压反铲作业时，将铁柱下降，将挖泥船升起一部分，船尾部的锚绳用卷扬机拉紧，使挖碴船的摆动减到最小，需要移位时，将铁柱升起，开动卷扬机，将船移到指定的位置。通过对海上石方爆破挖碴的现场了解，该方法是切实可行的。为提高工作效率和水下清碴的质量，作业时，根据爆碴的厚度，确定不同的作业顺序，水深小于2m的地方，一次挖到设计标高，水深大于2m的地方，则两次分条分块挖到设计标高。

c.驳船上的石碴通过码头吊抓料上岸，通过上海140A型推土机就近堆放和平整。

9 结语

采用半河道封闭式水下钻孔爆破方法技术，解决了在平原通航骨干河道无法断流停航条件下的施工难题，满足了汛期的正常行洪和航运需求，施工安全得到有效保证，并加快了施工进度，具有明显的防洪和航运效益。