预裂爆破技术在岸壁码头施工中应用

蔡忠田CAI Zhong-tian；马原MA Yuan

（①92304部队，三亚 572000；②92303部队，青岛 266000）

0 引言

我国沿岸岛屿因水深相对较浅，水域面积相对狭窄，建设码头选址方面存在诸多不利因素。采用预裂爆破技术，可以彻底解决前沿水深和港池水域不足的问题。预裂爆破具有形成光面、保护岩壁和减轻地震波等作用，用来建造岸壁式码头，可以不必筑堰排水，爆破形成的岩壁可不加衬砌，船舶可直接停靠，码头具有结构简单，造价低和施工机具简单的优点，具有普通重力式码头所不可比拟的耐久性、承载力、抗震性、抗风浪、抗冲击、抗爆炸的能力，因而具有较高的经济效益和广阔的发展前景。

1 预裂爆破技术原理

预裂爆破是在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。一般事先沿着设计轮廓线打一排减小孔距的平行炮孔作为预裂孔，对这些预裂孔减小装药量，采用不耦合装药，在开挖区主爆破炮孔爆破前，同时起爆这些轮廓线上的预裂孔，就会沿着设计轮廓线先形成一条平整的预裂缝，预裂缝形成后，再起爆主爆炮孔组，以达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求。

预裂爆破的裂缝形成是应力波与爆生气体共同作用的结果。为了保证预裂爆破成功，必须采用不耦合装药法，即药包直径小于钻孔直径。一般情况下当药包与孔壁之间存在空气间隙时，由于空气的缓冲作用，使孔壁所受压力大大降低。所以，当不耦合系数M=2.5时，作用在炮孔内壁的最大切向应力只相当于不耦合系数为1时的大约1/16。因此，完全有可能利用现有的常用炸药，用不耦合装药来降低孔壁压力，把几万个大气压降到每平方厘米只有几千或几百公斤的压力值。当降低孔壁压力值小于或极接近于岩石的极限抗压强度时，便可使孔壁不受爆破压缩破坏或者只受少量的振动。在利用不耦合装药保证孔壁不受破坏的前提下，还需要调整好适合的相邻炮孔距离或适合孔内装药量才能达到成缝的目的。

由于采用小药卷不耦合装药，在该孔连线方向形成平整的预裂缝，裂缝宽度可达1-2cm。然后再起爆主爆炮孔组，可降低主爆炮孔组的爆破地震效应，提高保留区岩石壁面的稳定性，使保留区岩石沿预定的轮廓线留下的光滑平整的岩壁，减少超、欠挖。由于预裂面存在，在爆破过程中，爆炸应力波在预裂面产生反射，使传到围岩的应力波减弱，从而减少围岩的破坏，并可以获得平整光滑的岩石壁面，大大减少超挖，保持围岩的稳定性。

2 预裂爆破技术工程实践

某工程拟建码头位于一天然狭长港湾内，一侧为孤岛式突出岩体，港湾内回旋水域较小。在初步设计方案中，选用两种方式，一种是按正常方式建设突堤式方块码头；另一种是采用预裂光面爆破技术，将孤岛式突出岩体爆除，形成立体岩面，作为码头岸壁，根据对海平面以上孤岛式突出岩体观察，拟建码头区为粗粒花岗岩，岩石坚硬较完整，节理一般发育，最终选择预裂爆破技术，在突出岩体爆出直立面作为码头前沿面。采用预裂爆破施工使码头后方回填量大大减小，施工工期大大缩短，港池水域增大，概算造价降低约220余万元，取得了巨大的效益。

2.1 爆破器材选择 爆破选用具有良好防水性能的乳化药柱，高精度毫秒延时导爆雷管有塑料防水导爆索、电雷管。

2.2 毫秒延时导爆管雷管 毫秒延时导爆管雷管延期时间应搭配科学合理，实现不同间隔时间的大规模逐孔降震控制爆破，延期时间要十分精确，低于1%；杜绝隔段跳段的现象发生。导爆管的连接构件要求设计合理，连接块操作方便，不同颜色标识，便于区分，爆破作业时可有效缩短爆破作业时间。同时雷管产品就具有优良的理化、力学性能，要求抗冲击、耐摩擦、抗拉强度高、耐油、耐腐蚀、耐高低温、抗静电、抗杂散电流等。网路设计应简单易行。产品拒爆率低于百万分之一，传爆可靠。

2.3 爆破网络设计 由于本次爆破一次爆破孔数多，为减少地震波等有害效应对拟成形岩壁的影响，采用逐孔起爆的爆破网络方式。在爆破过程中，借助于高精度雷管的准确延时，通过孔内雷管与地表雷管的合理时间组合，使炮孔由起爆点按顺序依次起爆，每个炮孔的起爆都是相对独立的，当相邻炮孔的延期间隔选取合理时，相邻炮孔间的岩石在移动过程中会发生相互挤压，使岩石进一步破碎，从而保证了较好的破碎效果，也降低了爆破有害效应。

起爆网路联接形式为在炮孔内一律装600毫秒延时导爆管雷管，每孔装两个起爆体，每个起爆体装1发雷管；孔间延时采用17ms地表雷管；排间采用42ms地表雷管。最后用75ms导爆管与预裂孔联接。整个网路连接完毕，最后绑扎两发电雷管后，用导线引至起爆站，用高能起爆器起爆。

3 预裂爆破技术要点和施工工艺要求

3.1 技术要点 预裂缝能在一定范围内减小主爆孔组的爆破地震效应，对周围岩石的破坏比较轻微，保护了岩体的完整性。预裂缝必须贯通，宽度大于5～l0mm。预裂面应保持平整，周边轮廓成型规整，基本符合设计要求，没有欠挖量，平均线性超挖量应小于50-100mm，相邻预裂孔间壁面的不平整度小于正负150-200mm，水工建筑的精度要求小于150mm，铁路交通隧道挖掘中相邻预裂孔间壁面的不平整度小于150mm。施工中要根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量；要严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布；对周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药；为满足装药结构要求，还可借助导爆索来实现空气间隔装药。起爆时应采用毫秒微差有序起爆，要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。边孔直径应小于等于50毫米。

3.2 施工工艺要求 钻孔质量是预裂爆破质量控制的关键。为保证爆破质量，必须严格控制钻孔的开孔误差，使炮孔保持在同一平面上，钻孔方向正、角度精，开孔偏差不大于5cm，由于预裂孔的质量直接影响此次工程的质量，钻孔时必须保证钻孔的垂直度，炮孔垂直度误差小于1度。布孔时由测量人员与爆破工程师根据设计以及现场情况进行布孔。钻孔时采取一人钻孔一人校核的专人分工模式，及时调整钻孔角度和精度，确保钻孔质量。装药前要进行清孔和测量，做好每个孔装药量计算表和装药结构图，确保每个孔装药准确无误。

要严格控制装药量，通过现场试验及时调整炮孔的合理装药量及保证合理的装药结构。

应加强爆破网络质量检查，联网跟网络检查应分组负责，防止错联、漏联，确保准爆，影响爆破质量及爆破安全。加强网络保护，导爆索和前排主炮孔地表导爆管雷管必须采取覆盖措施，防止炸断或被飞石砸断。

临空面清理质量是影响预裂区爆破质量的关键因素之一，因此加强临空面的清理，前面临空面底标高应比后排爆破区域标高低。

爆破时应加强安全管理，严格执行警戒规定，通过计算爆破引起地震速度，水中冲击波和飞石对人和建筑物的安全距离，确定爆破警戒范围，必要时爆破监测确定。

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[3]凌伟明.岩石爆破炮孔孔壁压力的试验研究[J].矿冶,2004(04).