深海急流域薄盘礁的炸礁施工技术

李辰发，何勇芳，应海剑，王 磊

(大昌建设集团有限公司，舟山 316021)

1 工程概况

岱山鱼山港进港主航道段有两处礁石(秀山大桥东侧1#礁石网仓礁，长白岛附近的2#礁石)需要清理，礁石现状见表1。按照远期规划航道设计要求：底标高低于-17.5 m，炸礁边坡1∶1。1#礁石岩性部分为6级软岩石(约占42%)，部分为8级中等硬度岩石(约占58%)。

表1 礁石现状一览表Table 1 List of reef status

该工程特点：(1)施工区域位于龟山航门的中心线南侧，平潮期短，现场实际观测最大流速在4.6 m/s以上。

(2)该两处礁盘在2007年已经进行过爆破，本次对航道进行加深相当于水下二次爆破，钻孔难度非常大，成孔率非常低。

(3)由于该区域的潮水较大，而炸礁船钻孔作业要求最大流速一般小于1.5 m/s，根据秀山潮水的特点，在小潮讯时可供施工的平潮时间只有约0.5 h，加平潮前、后约1 h，即小潮讯期间每潮可工作总时间约2 h，大潮汛期间每潮工作1 h。

(4)施工区待炸礁盘岩层很薄，大部分在1～2 m之间，有些甚至比1 m还小。

2 现阶段炸礁通用技术

现在海域炸礁的通用技术是采用漂浮式炸礁船施工，炸礁船采用锚泊定位中的四锚定位，船上四个角配置四门锚具，船上配空压机、钻机若干套。具体工艺流程是根据爆破区域选定四个锚点下锚，采用TPK-GPS船舶定位系统调整锚绳长度、定位船只后，再由船舶和船机的相对位置定位炮孔[1]。钻孔前先下180 mm套管，钻杆沿套管将150 mm冲击器推送至孔底后钻孔。按设计孔深成孔后，将加固捆绑的直径120 mm的条形药包送入炮孔、压入孔底，覆盖砂子后，提升套管，整理起爆导爆管至船舷固定。沿起爆雷管加敷尼龙绳一根，与导爆管之间采用胶布固定，以使导爆管能承受一定的水流拉力而不致拉断。

全部钻孔、装药完成后，整理起爆雷管脚线，端头处尼龙绳和导爆管分开。尼龙绳用于拽拉，起爆导爆管归集后，采用雷管起爆。撤离炸礁船至安全区，警戒后起爆。

缺点是当水流过大时，锚机容易跑位，同时水流冲刷套管引起钻孔偏位，过大的水流还会将整理好捆绑在船舷侧的导爆管拉断，甚至把爆破药包从孔底拉起。见图1、图2。

3 深急流复杂条件下薄盘礁的技术难点与施工中采取的对策

3.1 技术难点

(1)平潮期短，最大流速大，平均流速大；受施工地点为半日潮、往复流、涡流，作业船受潮流影响大，炸礁船定位落锚后，在涡流时作用下容易走锚，造成钻孔偏差。

(2)炸礁船固定后，套管、钻杆是悬臂梁结构，急流时，潮水对钻杆冲刷，钻杆弹性弯曲会造成炮孔偏位，见图1。

(3)薄盘礁钻孔深度小，装药长度和堵塞长度均短，急流时容易整体拉起。

(4)起爆器材在激流时容易拉断，见图2。

(5)产生盲炮极难处理，二次处理成本大。

(6)采用自升式炸礁平台船，可在较大的潮流条件下施工[2]。但在15 m水深条件下，自升式炸礁船的最大潮流为2.8 m/s，仍具有局限性，该类船机少，调用该类船只需较长时间等候[3]。

3.2 采取的对策

(1)采用漂浮式炸礁船候潮作业，增大船舶锚机吨位。

(2)采用六锚定位系统进行锚泊定位[4]，见图3。

(3)在预定潮流流速下完成钻孔，不在漂浮式炸礁船整理起爆系统，安排另外船只整理，避免起爆系统受潮流冲刷力，见图4。

(4)加密炮孔，加大超深，确保堵塞长度。

(5)加大堵塞材料密度，采用铁砂堵塞炮孔。

(6)采用φ4 mm的钢丝绳作为起爆线路的加固[1]。

4 深急流海域薄盘礁的炸礁施工技术

4.1 采用六锚系统进行锚泊定位

掌握潮流即时速度，候潮施工，避开最大流速段；涡流作用下，炸礁船容易走锚，造成钻孔偏差；改良锚体结构，增加锚点，增大炸礁船的抗流性。

加大锚机吨位，每个锚机吨位改为3 t；改四锚定位为六锚定位。采用这个措施后，每个潮位可增加有效作业时间1 h。

4.2 调整套管直径、壁厚

(1)钻孔钻头为悬臂结构，受潮流影响，下端摆动大，影响钻孔精度，采用长套管、长钻杆，减少接头。

(2)更改套管壁厚[5]，将160 mm钻头改为138 mm钻头，套管壁厚由8 mm改为12 mm。减小潮流冲刷力，增大套管抗弯能力，减小由于水流大引起的钻孔偏差。

4.3 调整爆破参数

(1)保证最小钻孔深度和堵塞长度，改用密度大的铁砂堵塞，以增加堵塞材料的波阻抗，提高炸药能量的利用率；相邻爆区边界炮孔超深增加，布置加密孔。

(2)边界区域炮孔加深加密，使用较小的孔网参数，减小孔排距，增大炸药单耗。

(3)药卷直径φ=110 mm，药卷长度550 mm，每节药卷重量6 kg。

详细爆破参数见表2。

4.4 药包的加工及装药结构

药包的加工在铺有木板的房间内进行，每条药包长度控制在8 m以内。加工方法如下：用PVC管把药柱夹好、绑紧，安装2个导爆管雷管,最后用胶带把导爆管与炮绳绑扎在一起，雷管分别放置在总装药长度的1/4和3/4处。装药时将药包慢慢地放入套管内并拉紧炮绳，用竹竿将药包慢慢送入孔内。装药过程中需利用钢丝绳对主爆网路进行保护[1]，装好药后，检查药包的顶标高应在设计标高以下(误差范围0～20 cm)，用瓜子石回填。

表2 爆破参数表Table 2 Blasting parameter list

4.5 起爆网路及安全措施

为了避免爆破地震造成的危害，起爆网路设计采取如下措施：

微差爆破减震：微差爆破与齐发爆破相比，平均降震率为50%。微差段数越多降震效果越好，实践表明，段间间隔时间大于100 ms时降震效果比较明显。

本次爆破网路采用导爆管雷管并串联网路，以确保微差网路的实现，见图5。

针对在连接起爆网路时潮流对起爆系统的拉拽作用，改为在顺流下游方向用辅助船连接起爆网路，起爆点选择在爆区的下游侧，有效减小潮流阻力[6-8]。

4.6 施工组织及后勤保障

(1)做好施工进度计划和详细的爆破分区；对每个炮孔进行编号，详细标注坐标、钻孔长度、装药长度、堵塞长度等参数。

(2)做好后勤保障和施工组织，提高作业人员的积极性和主观能动性。

(3)对潮流流速、流向进行实时监测，为钻孔作业设置预偏差提供基础数据。

5 结语

涡流、深急流较大作用下，一般采用自升式炸礁船进行炸礁作业。本工程采用漂浮式炸礁船，并在船机定位、钻具调整、优化炮孔参数、设置钻孔预偏差，提升后勤管理保障模式等方面提出改进措施，增加了有效钻孔、装药作业时间。使用漂浮式炸礁船在流速较大的涡流、深急流条件下是一个成功的工程典范，给类似工程提供参考和启示。