浅析水下钻孔爆破技术在沿海航道疏浚中的应用

陈意飞

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510000）

引言

采用水下钻孔爆破的技术来进行沿海航道疏浚施工时需要对钻孔位置、钻孔深度、间距、排距以及装药量等参数进行严格的计算，在沿海航道的疏浚施工中需要对此类施工的技术要点、安全保障条件等进行深入的研究，在确保爆破质量的同时保障人员和设备的安全。

一、工程概况

以防城港渔澫港区第五作业区进港航道疏浚工程为例，防城港被西侧的白龙尾半岛以及东侧的企沙半岛环抱并形成了天然的避风港口条件，本项目的航道将现东湾5 万吨级进港航道作为起点并向着东北方向延伸，航道终点为渔澫港区第五作业区北端辅助区泊位交界处，航道的总长度达到了6.6km。主要爆破施工段为ZH4+175～ZH4+450、ZH5+125-ZH5+750 段，且这两个爆破段的设计宽度和设计底部高程分别为156m 和-11.9m、128m和-10.7m。航道开挖过程中遇到了大量硬度系数约为7 的礁石，结合设计要求需开挖岩层厚度为2～3 米，利用常规疏浚机械设备难以一次性挖除，因而需要采用爆破施工的技术。

二、钻孔爆破施工方法

（一）潮位的测定

在相应的作业区域内按照技术规范的要求筛选出便于观测潮位的位置并设置好观测尺，为了能够有效地实现通过直接观测潮位观测尺的读数来获取相应的潮位变化情况，还需要使潮位观测尺的零读数与零潮位之间实现良好的吻合性。另外，在设置潮位观测尺时还需要根据实际情况来使其对最高潮位或者最低潮位实现观测。

（二）施工方法的选择

爆破施工方法需要根据作业现场的地质条件、航道情况等进行合理地技术选择，装药量的大小、炸药的类型、安全距离计算以及钻孔的深度等都需要根据现场的实际情况来确定[1]。本此航道疏浚作业根据礁石的体量和硬度选择了水下钻孔爆破的施工技术，本次施工过程中采用具有专业潜孔钻机的钻机船—“河海钻16”来实现钻孔炸礁的作业内容，船舶作为钻机载体时可能会因为海潮的作用而出现稳定性不足的问题，为了防止这种情况对钻孔质量产生影响还需要采用左右边锚及前后主锚控制船舶，防止其发生剧烈的晃动。水下钻孔时利用架设在岸上控制点的基站和钻机船上的具有RTK 功能的移动站GPS 卫星定位系统来实现船舶位置的精确测定。具体施工之前需要根据事先设定的平面控制参数在测量软件中设置钻孔布置图，然后再借助GPS 对钻机船的位置进行测定并指挥船体的移动和钻孔位置的定位。在施工过程中要确保钻孔准确并将误差控制在20cm 之内。钻孔深度=潮位（m）+设计底标高（m）+超深值（m），具体的施工流程可见图1。

（三）施工方案设计

第一，爆破器材。水下爆破施工需要防止药包被水浸润并影响到后续的引爆环节，因而在此类施工中需要采用具有良好防水效果的乳化炸药并使用塑料进行药卷的包装。本项目中的药卷重量设计为3kg、长度设计为40cm、直径设计为90mm。在击发、传导以及起爆等元件方面采用防水非电导爆管。

第二，参数确定。爆破中的炮孔直径、炮孔间距、炮孔超深、炮孔排距以及单孔装药量等参数对爆破效果、爆破中的安全管理等具有非常重要的作用。本项目在施工过程中根据岩体硬度以及岩体的体量等情况设计出了明确的参数，例如，炮孔的直径为115mm、间距为2.5m、排距为3.0m。单孔装药量按照公式Q=q0baH0

来进行计算，其中的Q、q0、H0、b、a 分别代表了装药量、单位炸药消耗量、爆破岩层的厚度、炮孔排距以及炮孔间距。

第三，药包加工。在进行药包的加工时需要先设置一个铺满模板的房间且所有的加工都需要在这一房间内完成，每一条药包的控制长度需要控制在不超过2m 的范围之内。具体的加工方法是将药柱夹紧在竹片之中并安装两个用于导爆的雷管，最后再利用胶带将炮绳和导爆管紧密地捆扎在一起。在进行装药时需要将药包缓缓地放入套管、拉紧炮绳并通过竹竿将药包送入孔内。对药包的顶部标高进行检验是必要的检查措施。

第四，起爆网路。爆破施工的进行可能会导致相关区域出现比较显著的地震效应，因而在具体施工中需要通过合理地爆破网络设计方法来避免此类情况的出现。此次施工中采用微差爆破减震的方式，微差爆破技术相较于传统的齐发爆破技术可以减少大约50%的地震效应，根据历来的实践情况可知增加微差段数可以实现更好的降震效果且间隔时间段应该控制在50ms 以上。因而本项目中采用串并联网络来实现微差爆破。

第五，起爆。在总药量接近一次最大起爆药量时及时检查雷管网络中是否存在错接或者漏接的问题，做好各种检查工作之后在相关作业区域外围设置必要的警戒船，然后再接上传爆导线和起爆雷管。起爆船接收到警戒人员发出的安全信号之后再确认各种安全条件满足操作要求，直至起爆。

三、爆破安全距离

（一）爆破振动的安全距离

这种大范围的爆破施工对周边岩体以及港口周边建筑物安全性具有一定的威胁，因而在作业过程中需要按照《爆破安全规程》的要求对其产生的地震安全振动速度进行准确计算，然后根据这一参数来评估装药量、炮管网络、炮管间距等设计参数是否满足安全要求，相关的计算公式为V ＝KQmα/Rα[2]。其中的V、R、Q、α、m 的含义分别为安全振动速度、起爆药包到建筑物的距离、起爆药量、衰减指数以及炸药量指数。其中参数K和α 的取值与岩石的类别具有非常密切的联系。

（二）水下冲击波以及涌浪

在水下进行爆破施工时有可能因为火药的作用而产生非常剧烈的水下冲击波以及涌浪问题。如果不对这一参数的可能影响到的范围进行比较准确的计算就可能导致周围的警戒船只以及岸边人员、建筑物等受到一定的威胁。本项目根据实际情况和施工方法确定出水下钻孔人员和游泳人员的安全距离为700m，潜水人员的安全距离应该控制在900m,各种木质船舶的安全距离为150m，金属材质的船舶应该将安全距离控制在100m。

（三）飞石安全验算

爆破施工中炸碎的礁石一旦飞溅出来就可能对人员、车辆、船体等造成一定的安全威胁，因此在施工设计过程中需要对爆破飞石对人员的安全距离进行准确的估算。当施工爆破点的水深均大于6m 时不会形成飞石方面的威胁，因而在这种情况下也不需要考虑此类问题。水下冲击波及涌浪确定的安全距离完全可以满足人员安全距离方面的要求。

四、结束语

沿海航道升级改造对于港口船舶的安全通行具有非常重要的作用，常常遇到质地坚硬、常规疏浚船机设备难以开挖的礁石，防城港渔澫港区第五作业区进港航道的疏浚施工中采用水下钻孔爆破的施工工艺来清除坚硬的海底礁石。技术上的重点在于根据实际情况控制好炮孔直径、间距、排距以及炮管的装药量等参数，而且还需要依照国家规定对爆破引起的地震效应、水下冲击波以及飞石等进行有效地控制，在确保施工质量的同时做好爆破安全控制。