厦门高集海堤原水管道迁改工程水下炸礁

黄智维

摘要：厦门高集海堤原水管道迁改工程中的过海管位于厦门大桥与高集海堤之间，过海管采用顶管方式施工，顶管线路上存在礁石，这些礁石需进行爆破清除。在水下礁石爆破施工过程中，要求确保厦门大桥、高崎村民房、高集海堤原水输水槽等建筑物、中华白海豚的安全。由此，采用台阶小规模爆破、毫秒延时逐孔起爆、不偶合装药结构等技术措施，实现了安全、保质、按期完成炸礁的目标。

关键词：炸礁；抛掷爆破；地震波；毫秒延时；台阶；不偶合装药；水中冲击波；

Underwater reef blasting of Xiamen Gaoji seawall water pipe migration project

Huang-Zhiwei

Waterway administration of Wuzhou，Guangxi Pro.

Abstract： The pipe which was over Xiamen Bridge and Gaoji Seawall in Xiamen Gaoji Seawall water pipe migration project， the pipe took the way of pipe jacking construction， there was rock on the line which need to remove by blasting. During the blasting process， it need to ensure the safety of Xiamen Bridge、the houses in Gaoqi village、water tank， the Chinese white dolphins.

So it took technical measures of the steps small blasting、millisecond delay by hole blasting、Non-coupling charging and so on. Achieve the goal of safety、quality and finishing the project on time.

Key words： reef blasting seismic wave millisecond delay steps blasting non-coupling charging the water shock wave

1 工程概况

厦门高集海堤原水管道迁改工程是厦门市重点引水工程，起自北溪引水集美泵站和集美水源泵站，终点接厦门本岛现有原水渠道和管道，其中过海段长1905m，位于厦门大桥与高集海堤之间，陆上段接北溪引水集美泵站和集美水源泵站管道位于集美区、接厦门本岛高崎渠道和管道的管道位于湖里区。本工程供水规模96万m3/d，包括：过海管、集美端陆上管线、高崎端过海管与渡槽及管道联络三部分，管道采用顶管、沉管和直埋等方式施工。

其中过海线路大部分采用顶管法施工，顶管长度1635m，沉管长度270m，双管布置，管道总长3810m，管径2200mm。顶管需穿过海泥、泥土和岩石；但是，线路中大量的岩石需预先爆破清除。

顶管线路中岩石长度约65m，两条线相距2m，需爆破底宽度为10m、底标高-12m的沟槽，需爆破岩层平均厚度约（包括超深）3.5m，最大深度6.7m，爆破量约2500m3。另高崎端2#工作井约-6m后也存在岩石，约有7.0m厚度的岩层，工作井直径15m，工程量约3200m3。爆破地质主要为：强风化至微风化花岗岩。

存在岩石的顶管线路及2#工作井相连，位于高崎端，其東面是厦门大桥、钢管结构天然气管道，距离爆破点最近距离37m、170m；西面是高集海堤及其原水输水槽（条石结构），距离爆破点最近距离140m；南面是天然气管道、钢管结构石油管道、高崎村庄，距离爆破点最近距离分别是134m、145m、233m；北面紧邻航道；上空、水下不存在各种管线。天然气管道、石油管道均从粘土层或强风化岩层中穿过；炸礁点在国家一级保护动物中华白海豚保护区里面。

工期65天，爆破礁石块度能满足8m3抓斗挖泥船的清礁施工。爆破施工中，必须确保厦门大桥、原水输水槽、高崎村庄等建筑物的安全，确保中华白海豚的安全。

2 爆破设计

2.1设计原则

（1）多打孔少装药，采用毫秒延时爆破方法。炮孔直径140mm，需采用每个炮孔一响，控制最大段装药量和总装药量。

（2）采用加强抛掷爆破，即爆破作用指数1.0

（3）对于爆破开挖深度大于4m的岩层，需分台阶逐步爆破。

（4）在高平潮起爆，保证覆盖水层不小于6m，避免爆破飞石。

（5）对厦门大桥等重要建筑物进行爆破地震波的实时监测。并根据监测结果，对最大段药量等爆破参数进行调整。

2.2 爆破参数设计

根据岩石性质，钻爆船的装备情况及清礁船舶对岩石破碎块度和松散度的要求，参照有关规程、规范和有关炸礁施工经验，爆破参数设计如下。

2.2.1 炮孔参数

孔径140mm，布置成梅花形炮孔，竖直炮孔，如图1所示。孔距a=2.0～2.5m，排距b=1.6～2.0m，底板超钻深度Δh=1.5～2.0m。

图1 炮孔布置示意图

2.2.2 炸药单耗

炸药单耗可参照瑞典的水下爆破单耗经验计算公式[1]q=q1+q2+q3+q4选取，式中：q1—基本装药量，是一般陆地梯段爆破的两倍，对水下垂直钻孔，再增加10%，对于本工程普通坚硬岩石的陆地深孔爆破平均单耗为0.5kg/m3，则水下垂直孔q1=1.1kg/m3；q2—爆区上方水压增量，一般q2=0.01h2，h2为水深（至开挖底部），m；q3—爆区上方覆盖层增量，一般q3=0.02h3，h3为覆盖层（淤泥或土、沙）厚度，m；q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h，h为梯段高度，m。本工程取h=4.0m，h2平均取12.0m，h3=1.0m，则q=1.1+0.01×12+0.02×1.0+0.03×4.0=1.36kg/m3。

根据本工程的岩石性质、周围环境要求，参照爆破安全规程[2]、水运工程爆破技术规范[3]和厦门地区水下炸礁施工经验[4～7]，炸药单耗取1.30kg/m3。

2.2.3 炮孔装药量

炮孔装药量计算公式为：Q=qabH

式中：Q—炮孔装药量，kg；q—炸药单耗，kg/m3；a、b、H—孔距、排距、孔深，m。

2.2.4 爆破参数

依据上述设计，所确定的孔网参数及每孔装药量等参数列于表1。

表1 爆破参数

H（m） a（m） b（m） q（Kg/m3） Q（Kg）

2.5 2.0 1.6 1.30 10.4

3.0 2.2 1.8 1.30 15.4

3.5 2.4 2.0 1.30 21.8

4.0 2.5 2.0 1.30 26.0

2.3 起爆网路

采用1～8段非电导爆管毫秒延期雷管，实行孔间毫秒延期爆破，段间隔时间不小于50ms。入孔雷管和起爆雷管均为非电导爆管雷管。每个炮孔内装2～4发导爆管雷管，整个起爆网路采用簇联（“大把抓”）方式联接，反向起爆导爆管，起爆雷管距离导爆管捆扎端端头15cm以上，导爆管应均匀分布在起爆雷管四周，用细麻绳和胶布牢实捆扎雷管和导爆管，细麻绳2层、胶布6～8层，尤其是雷管聚能穴端应加强捆扎，捆扎宽度不小于雷管长度。采用非电雷管起爆非电爆破网路，用电火花起爆器引爆非电起爆雷管。

2.4 最大段药量

爆破振动不能损伤厦门大桥等周边建筑物，因此控制最大段药量是关键。根据爆破安全规程[2]，最大段药量计算式：

Qmax=R3（v/K）3/a

式中：Qmax—最大段药量（kg），v—保护对象所在地面质点振动速度（cm/s），R—爆心至保护对象的距离（m），K、a—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质系数及衰减指数，取K=150， a =1.5。

参照爆破安全规程的要求，对厦门大桥等周围建筑物所允许的最大振动速度分别取值，相应最大允许段药量见表2。

表2 各保护对象的最大允许段药量

建筑物名称 v（cm/s） 安全距离R（m） 最大装药量Q（kg）

厦门大桥 3.0 41 28

高集海堤原水输水槽 0.5 140 30

天然气管道 0.5 135 27

石油管道 0.5 145 34

高崎村庄民房 0.3 230 49

由于是炮孔法爆破，并堵塞炮孔，因此水中冲击波对桥墩的影响可以忽略。但是，按照厦门海洋与渔业局的相关要求，为了确保中华白海豚的安全，厦门海域水下炸礁每次爆破总装药量需在138Kg以内。

3 爆破施工

3.1 施工步骤及爆破工序

对淤泥、黏土等覆盖层超过1m的礁区，采取先清挖覆盖层，然后再炸礁、清礁；炸礁施工优先，清挖施工要保证炸礁施工不间断。

爆破主要工序有：布孔、钻孔、验孔及补钻、药包加工、装药、炮孔堵塞、网路联接及其检查、警戒、起爆、爆后检查及其处理。

3.2 布孔、钻孔

按照设计的孔网参数在开挖边界范围线内做出1：200的钻孔孔位平面图，边线超宽1.2m以上，岩层较厚时应在1：0.5的边坡位置处钻孔。

选用有3台潜孔钻的“桂钻15”炸礁船，采用潜孔钻冲击回转钻进方法钻孔，球齿钎头外径130mm。按水流方向布设船位，由辅助船把钻爆船拖到炸礁区，并辅助钻爆船抛设六具锚，其中船头和船尾各抛一具中锚，锚缆长150～300m；钻爆船两侧各抛二具边锚，锚缆长150～200m；并根据施工区域、船舶的性能及地质等情况，随时调整船位。

要求一次性钻至设计孔底标高（含超钻深度）。钻孔时，柴油机供给钻机动力，钻机回转钻具，钻具的潜孔冲击器在空压机送给的高压气体和钻具的重力作用下，钻取孔径150mm的炮孔，同时孔内的杂物由高压气体吹出孔外。

每排炮孔同时钻进，每排炮孔连线与水流方向线平行，各排炮孔孔位呈梅花形错开。用测深绳检查炮孔深度，孔底标高若达不到施工设计底标高的要求，应要求重钻，用内径180mm的钢管护孔。

3.3 装药与堵塞

采用特制的圆形塑料筒装药柱，药柱直径110mm，炸药为防水性强，爆炸性能好的岩石乳化炸药；采用连续装药结构。钻孔完成后，按设计要求加工起爆体和装填炸药；用測深绳检查炸药是否到达孔底，若未到达，用炮棍压送到孔底；装好炸药后用砂筒填塞炮孔上部；拉起套管，取出导爆管；一次起爆的炮孔全部装好炸药后，联接起爆网路。

3.4 警戒与起爆

对人员的安全警戒。水下爆破时，其覆盖水层达到6m以上，钻孔爆破不会产生爆破飞石，本次爆破施工区域水深达8m～11m，因此爆破飞石的危害不予考虑。但是仍必须严密警戒，警戒范围以爆破点水上200m、岸上100m为警戒半径区域，布置3条船只进行水面上警戒，起爆前清出非作业船只、潜水员、游泳人员到安全区域和阻止进入警戒区域，钻爆船等船只协助水上警戒。

对中华白海豚的安全警戒。设立中华白海豚活动观测点，并派专人对施工区附近1500m水域中华白海豚的活动情况进行观测和记录，为实施爆破施工提供依据；聘请专业驱赶白海豚的船队，在起爆前，采用声墙法对爆区1500m范围内的白海豚进行驱赶，确认无白海豚后方可起爆。

各警戒点之间以及各警戒点（包括白海豚驱赶警戒船）与指挥长和起爆站之间必须保持通讯顺畅，用对讲机保持相互间的联络，在确认安全后方可起爆。

4 爆破效果及结论

2010年5月22日开始爆破施工，同年7月29日完工。施工中，采用台阶式分层开挖，每次爆破不超过3个炮孔、段药量26Kg以内、总药量78Kg以内，每个炮孔单独起爆；采用不耦合装药结构，不偶合系数为140mm/110mm=1.27；采用炸药单耗130Kg/m3的抛掷爆破；用沙子堵塞炮孔，在覆盖水层达到10m以上起爆。由此，爆破后的礁石块度满足8m3抓斗的铲装要求，不存在抓不动的大块石和欠挖现象；华侨大学土木学院监测爆破地震波数据显示，高崎村庄民房、厦门大桥、高集海堤原水输水槽处的最大振动速度分别是0.36cm/s、3.37cm/s、0.41cm/s，未造成这些建筑物的损伤；水中冲击波没有伤及厦门桥墩、中华白海豚；没有产生爆破飞石。

在环境复杂、工期紧的条件下，能安全、保质、按期完成炸礁，表明所采取的小台阶开挖、毫秒延时间隔大于50ms每孔单独起爆、小规模爆破、不偶合装药结构等技术措施合理。

参考文献

[1]汪旭光.爆破手册[M]. 北京：冶金工业出版社，2010.

[2]中华人民共和国国家标准. 爆破安全规程（GB6722-2003）[S]. 北京：中国标准出版社，2004.

[3]中华人民共和国行业标准. 水运工程爆破技术规范（JTS204-2008）[S]. 北京：人们交通出版社，2008.

[4]陈通生等.厦门海沧7号码头基槽炸礁方案设计与优化. 港口技术与管理，2008，（2）：43～47.

[5]陶明等.厦门漳州招银港深水炸礁爆破. 工程爆破，2009，15（3）：48～49.

[6]吴良业.厦门现代码头炸礁方案设计与优化. 福建建筑，2010，141（3）：39～40.

[7]钟香兰.厦门海天码头港池增深炸礁爆破工程设计. 人民珠江，2010，（2）：33～34.