水下钻孔爆破施工中的安全和质量控制

李观正 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概况

南方沿海地区某码头工程水下炸礁面积为31.3万m2，炸礁总量约98万m3，炸礁厚度最大2.7m，最小1.6m。岩石类型主要包括全风化玄武岩、强风化玄武岩、中风化玄武岩和弱风化玄武岩四类，其中弱风化玄武岩饱和抗压强度达48.1MPa，岩石较为坚硬。

水下爆破及码头建设顺序：一期炸礁范围爆破→一期码头、防波堤施工→二期炸礁范围爆破→二期码头施工。

在重力式码头基槽开挖和港池疏浚施工中，当水下原地面高程高出设计高程较多且为硬厚岩石地质时，通常采用水下钻孔爆破的施工工艺来清除水下礁石，以达到设计需要的地面高程。在水下钻孔爆破施工中，受水文、地质及作业环境等因素影响，施工质量难于控制；另一方面，爆破在地层中产生地震波并在水下形成冲击波、飞散物等，对邻近既有结构物和水上活动带来一定安全风险，因此有必要采取措施以控制施工安全和质量。

2.主要施工工艺

采用船舶进行水上钻孔、装药；采用毫秒延期的微差爆破技术，使每次爆破产生的地震波错开而减少地震应力的叠加，降低地震波与水下冲击波对附近结构物的安全威胁。主要施工工艺流程如下所述。

定位：为严格控制定位船和钻机的位置偏差在规范允许内，采用GPS进行钻爆船和定位船的定位。

钻孔和布孔：采用地质钻爆机钻孔，每排炮孔同时钻进，一次钻至设计孔底标高。药孔梅花形布置，每船位布4排钻孔，排距b=2.5m，每排上布8个孔，孔距a=2.5m；钻孔直径95mm。在岩石强度差异较大的局部区域，根据实际情况适当调整孔距。

装药：钻孔及清孔完成并通过验收后，按设计单孔装药量装填炸药并用石渣堵孔。堵孔长度要求为：水深＞6m时不需堵塞；水深＞3m、＜6m时按1.5～2m控制堵孔长度。

起爆：装药完成后，按设计一次起爆炸药量连接起爆网路，按要求警戒完毕后起爆。

清礁、验收：采用抓斗挖泥船清除破碎的礁石并进行测量验收。

3.安全控制及效果

3.1 安全控制的要求

爆破区周围主要有海底光缆、民房、已建码头结构物等建筑物；爆破区附近船只及水上人员活动较少。施工过程中按照《爆破安全规程》（GB 6722-2014）相关要求控制安全距离和一次起爆炸药量，确保人员及建筑物安全。

3.2 安全控制措施

①控制最大一次起爆药量。水下爆破实施过程中严格按照分区、分段起爆，严格按照安全距离计算、控制最大一次起爆药量。在距离保护对象较近处爆破时适当减小起爆药量。全面爆破前选取安全距离最近的区域进行典型施工，根据典型施工情况调整爆破药量。

一次起爆炸药量计算：按照《爆破安全规程》规定，一次起爆最大炸药量根据保护对象的安全距离及允许爆破地震速度按下式计算：

式中：V为允许爆破地震速度，cm/s，根据不同结构物按规范相关规定取值；K、α分别为与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，对中硬岩石取K=150，α=1.5；Q为一次起爆炸药量，kg，微差起爆时取最大一段的装药量；R为爆破点与被保护建（构）筑物的距离。

按上式计算可得各种安全距离时一次起爆最大炸药量。为方便施工，按不同保护距离取设计一次起爆最大炸药量，见表1。

表1 设计一次起爆最大炸药量表

②设置减震孔。在保护对象和爆破点之间距离爆破点10～20m处设置5排减震孔，减震孔按梅花型布置，孔深约10m，形成蜂窝状孔减震带，达到衰减地震波的目的。

③设置消能气泡帷幕水帘。在保护对象和爆破点之间设置消能气泡帷幕水帘，利用气泡带达到衰减水中冲击波的目的。

④设置砂袋防护墙。在保护对象和爆破点之间设置砂袋墙，利用砂袋墙达到阻隔和衰减水中冲击波的目的。

⑤采用预裂爆破措施。主爆区爆破之前，在预定的爆破区边线上钻进两排密集的梅花形药孔，采用小药量进行预裂爆破，以形成一道不完全断裂的岩石裂缝，达到衰减地震波的目的。施工过程中，根据建筑物安全距离和现场条件，选择减震孔、气泡帷幕、砂袋墙和预裂爆破中其中一种或多种设置。

3.3 安全控制效果

①规范对爆破振动安全允许标准的规定。根据《爆破安全规程》规定，不同类型结构物和其他保护对象的爆破振动安全允许标准值见表2，其中新海村民房、一期码头及一期防波堤适用的安全允许振速分别为1.5～2.0cm/s、7.0～8.0cm/s及5～9cm/s。

表2 爆破振动安全允许标准（规范摘选)

②爆破监测结果。爆破时对保护对象敏感区域的振动速度和地震波频率进行了监测。监测设备使用成都中科测控公司生产的TC-4850新型测振仪。以2015年7月16日至7月30日多次爆破监测为例，仪器信号触发值设置为0.01cm/s，布置3个测点。监测数据显示，临近建筑物处产生的振动速度小于规范安全允许值。

③建筑物安全状态反馈。爆破后对建筑物的观测结果显示，爆破未对海底光缆和民房的结构安全造成破坏，码头及防波堤未出现突变性沉降、位移，总体控制效果较好。

4.质量控制及效果

此次质量控制要求为确保礁石清除的平面位置、高程符合设计要求，避免出现超出设计标高的浅点，且爆破后地面高程尽可能接近设计槽底标高，避免额外增加基床抛石用量。采取的质量控制措施有以下五点。

（1）施工试验段确定爆破参数。在正式施工前选择地质条件较为典型的区域进行试验段施工。结合试验段施工情况合理设计爆破参数，确定布孔间距、孔深、单孔用药量及一次起爆量等爆破参数。

（2）局部加密地质勘探。在岩石类别或岩层厚度突变的区域进行加密地质钻孔勘察，细化地质资料；根据实际地质情况适当调整爆破参数。

（3）采用动态GPS定位放样。严格控制定位船和钻机的位置偏差在规范允许内，采用GPS进行钻爆船和定位船的定位。

（4）定期检查校核定位标志及水尺零点高程。

（5）浅点处理。爆破施工时，有可能因为钻孔深度不够、岩石强度较高、钻孔至标高后、清孔不彻底等原因出现浅点的质量问题。当炸礁清渣完成后，及时对清礁区域进行扫海高程测量，发现有浅点存在时采取裸露爆破的方式处理。

根据完工后水深测量及验收结果显示，施工质量满足设计和规范要求，且超挖量在允许偏差范围内。

5.结束语

综上所述，在南方沿海地区某码头工程水下爆破施工中，通过采取一系列措施降低了爆炸效应对邻近建筑物的不利影响，实现了施工安全。