码头港池水下钻孔爆破施工工艺分析

陆仲尧

（中交四航局第三工程有限公司，广东 湛江 524005）

钻孔爆破法是水下爆破技术较为常用的一种爆破方法，由于水下爆破本身会受到水较强的传爆能力的影响，不仅要求用于水下爆破的爆破器材具有良好的抗水性能，还要注意实际进行爆破施工过程中的水深、流速以及风浪等情况的影响。对码头港池水下钻孔爆破施工工艺进行分析，能够为当前水下钻孔爆破施工工艺的应用提供一定的思路，对促进水下爆破技术水平的提高也具有一定的借鉴作用。

1 工程概况

1.1 施工环境条件

水下钻孔爆破技术在喀麦隆克里比深水港二期工程中的应用，是以进港航道、港池疏浚及码头基槽开挖工程的施工为主要目的的。该工程的主要施工区域为航道、港池、调头地及基槽，整个爆破区域没有电线、电缆等保护物，但拥有一期已投产的码头及码头附属设备，因而在爆破的过程中需要适当的采取减振安全措施。当地的降雨量能够达到年平均3200mm，每年的降雨天数能够达到180-240d，因而在雨季施工需要做好安全防护措施[1]。该项目主要位于几内亚湾内，西南风力较弱，因而对本工程不会产生较大的影响。该工程项目中的克里比港为半日周期，整个工程区域的潮流弱，平均流速0.1m/s，最大流速0.5m/s，较小的潮差和较慢的流速不会对炸礁施工造成较为严重的影响。

波浪是影响本工程施工的最主要因素，整个工程海区以涌浪为主，最大波高能够达到3.91m，最大波周期Tmax 年平均值为7.9s，5～8 月份的月平均最大波高超过1.2m，3、5、6、7、8 和11 月波高较大。由此可以得知，这种较为明显的季节性变化趋势会给施工造成较为严重的影响，在5-8 月份不宜进行施工，12 月到次年4 月是最佳的施工阶段。

1.2 风险评估分析

基于水下钻孔爆破技术应用的危险性，在实际进行工程施工之前，需要事先对各种可能威胁爆破安全的行为进行评估，并事先确定好预控这些危险行为的措施，以此来更好的满足安全爆破的需要[2]。例如，在临水作业中的钻杆恢复作业时，容易产生机械伤害事故，需要做好安全技术交底，标识牌，防撞护栏等预控措施；在电焊作业的过程中，容易因为电器潮湿，人员触电、起火等原因导致人员伤亡，需要做好电器绝缘保护，有效接地处理，配备相应消防设施，以此来保证工程施工的安全[3]。

2 码头港池水下钻孔爆破施工工艺的具体分析

钻孔爆破法是水下爆破技术中最为常见的一种方法，在喀麦隆克里比深水港二期工程中，应用的就主要是这种方法。通过对码头港池水下钻孔爆破施工工艺的应用情况进行分析，能够为水下钻孔爆破施工工艺在其他项目工程中的应用提供借鉴的经验[4]。在对码头港池水下钻孔爆破施工工艺进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手：

2.1 水下爆破设计与施工

在开展水下钻孔爆破施工之前，首先需要设计好水下爆破的主要施工方案，为实际的施工提供更加科学的依据。如图1 所示，在喀麦隆克里比深水港二期工程的施工工程中，首先需要遵循爆破设计的基本要求，即一次单段装药量严格控制在安全使用量以内，钻孔爆破后，应达到岩石破碎均匀，粒径大小适中，适合15m3及以上抓斗挖泥船清挖，用以保证整个爆破工程的施工安全。在整个爆破设计的过程中，还需要遵循一定的原则，例如，采用控制爆破方法，严格控制爆破振动、飞石等爆破公害；爆破前，先钻3 排的密集孔和30m 的防震孔；爆破孔设置在距一期码头50m 之外，最远为1000m。这些原则对保证码头港池的安全具有重要的作用[5]。

图1 水下理论爆破区平面布置图

其次，在设计水下爆破方案时，还需要对钻孔参数、钻孔设计与装药量进行计算。举例来说，在确定爆破参数时，炮孔直径与选用装备10 台150 型潜孔的钻机船直径钻头相匹配，因而确定炮孔直径为115mm；钻机船制造时钻机孔间距已经固定为3 米，因而确定钻孔间距为3.0m；根据经验炮孔排距取3.0m，梅花型布孔。

第三，钻孔、装药、堵塞和起爆网路的设计，也需要遵循一定的施工顺序和施工原则，在明确钻孔设计方式、爆破工作面布置、钻孔施工方法、施工潮位的测设与观测、施工应用的机械设备型号的基础上，为水下爆破施工做好充足的准备工作。

2.2 水下爆破施工的方法步骤

在事先应用GPS 对钻孔爆破的施工船舶进行定位时，需要能够将实际孔位与设计孔位点的偏差控制在0.2m 以下。在明确锚泊方法之后，需要进行钻孔施工。在结合爆破区域的实际情况之后，需要对钻深及孔深控进行计算：开钻时潮位是A，岩面标高为B，设计底标高为C，超深值为D，|C|为C 的绝对值，钻深H=A+|C|+D，孔深h=|C|+D-|B|。

药包的加工、装药、堵塞需要严格按照药包的加工方法和顺序进行，将条形药卷对接,并用竹片把药卷夹好绑紧每条药包长度控制在2m 以内。

2.3 基槽炸礁专项方案

喀麦隆克里比深水港二期工程中的基槽炸礁方案，主要是指在工程中与一期码头相邻的基槽。施工流程如图2，该基槽需要自基床边线继续向西北方向开挖，为了能够保证基槽原始硬质粘土不受爆破影响，需要能够及时采取有效的减震措施来保护硬质粘土基槽。具体来说，该工程中应用的基槽炸礁专项方案，首先需要对码头保护采用逐孔起爆，孔内微差爆破施工方法，采用多个段别非电导爆管雷管引爆，减少和控制一次炸药用量，并通过孔内和孔外微差结合的爆破方法，减少一次起爆总药量。在爆破区和非爆破区钻设3 排50cm×50cm减震孔，能够有效达到减振的目的。

图2 水下炸礁工艺流程图

其次，还需要注重基槽硬质粘土保护的爆破施工方法。基槽硬质粘土水下炸礁施工方法与对沉箱、码头、建筑物的施工方法基本一致，能够有效达到保护爆破区域内各种物体安全的作用。而为了减少对硬质基槽原土质的爆破影响，使爆破冲击波、振动主要传播方向向水面；在处理边坡时，借鉴光面爆破原理，采用光面爆破技术，在不破坏岩石的前提下，使边坡平整。装药结构需要按照从下到上依次为硬质粘土层、空置（减振体）、上下各1/4 处的起爆体、堵塞段、导爆管的结构顺序来进行。

2.4 爆破安全距离的验算

整个喀麦隆克里比深水港二期工程中，炸礁工程量115 万方，面积839340m2,总排数9326 排。基于水下爆破施工工艺应用的危险性，在施工之前需要做好爆破安全距离的验算工作，用以保证爆破人员以及码头港池各种设备的安全运行情况。在对爆破安全距离进行验算的过程中，首先需要严格按照国家对于水运工程爆破技术应用的相关规范，对爆破对码头的最大一段容许起爆药量进行计算，计算应用的公式为：

式中：

Q——一次起爆的炸药量（kg）；

R——起爆药包中心至建筑物距离（m）；

V——安全振动速度；

K——与爆破点地形、地质有关的系数，取值50～150；

α——与爆破点地形、地质有关的系数，取值1.3～1.5。

依据这一公式，就可以结合码头不同距离采用相应的安全用药量。

在明确喀麦隆克里比深水港二期工程中基槽的水深距离之后可以得知，二期基槽西南端距离一期码头边线30m 范围内黏土平均厚度为4m，单孔装药量为25.2kg，依据表1，单排最大药量为252kg。而由于本工程爆破区距离一期工程泊位码头的最近为15m，计划直接采用抓斗船重斗开挖，采用“孔内微差爆破”进行控制爆破（如图3 结构），适当减少装药使得单段药量在11.7kg 以下。而在50m 之外采用常规“孔间微差爆破”方法进行爆破。

表1 单段最大药量计算表

图3 孔内微差不耦合间隔装药结构

其次，在对爆破安全距离进行验算的过程中，还需要注重爆破水中冲击波是否会对人员的安全造成影响进行验算。

结合明确喀麦隆克里比深水港二期工程的实际情况，根据表2 可以得知，在水深小于30m 的水域内进行水下钻孔爆破，当最大单段起爆炸药量为50kg-200kg 之间时,钻孔施工产生的水中冲击波对人员安全距离为：游泳为700m；潜水为900m。在确定好安全允许距离的范围之后，就可以对水中冲击波的最小安全允许距离进行计算：

表2 对人员的水中冲击波安全允许距离

式中：

RH——水中冲击波的最小安全允许距离（m）；

K0——系数，按320 取值；

Q——一次起爆的炸药量（kg）。

由于该工程控制单段起爆药量在11.7kg 以下，可以将这一结果带入到该公式当中，然后得到水中冲击波的最小安全允许距离，为保证起爆的安全创造良好的条件。

第三，在对爆破安全距离进行验算的过程中，还需要注意爆破水中冲击波对非施工船舶安全的验算。通常情况下，非施工船舶爆破安全距离范围以距离爆破区域1000m 为标准。在对这一安全距离进行验算的过程中，也需要应用公式（2）来进行计算。在该工程中，系数K0主要取木船情况下的25 为主要标准。

在实际进行爆破施工的过程中，需要结合表3 中的相关数据规定，让非施工船舶离开到合理的安全距离外之后，再进行爆破施工，以此来保证非施工船舶的安全。

表3 装药量和施工船舶安全允许距离

而由于本工程排与排间主要采取微差措施,因此本次一层警戒的范围取离起爆区域500m，以满足规范的要求；对于非施工船舶路过的船舶，需要采取鸣笛警戒方式，使警戒区域增加到1000 米。

第四，在对爆破安全距离进行验算的过程中，还需要重视爆破飞石对人员安全的影响以及爆破空气冲击波对人员安全距离的计算。结合明确喀麦隆克里比深水港二期工程的实际情况，由于施工爆破点的水深超过了6m，因而不会形成飞石。在确定好本工程500m 的警戒安全距离之后，需要积极与起爆区域的相邻施工单位进行协调，共同做好爆破的安全警戒工作。而在对爆破空气冲击波对人员的安全距离进行计算时，由于水下钻孔爆破部分能量转化为水中冲击波，经水体吸收部分能量，再经过水面与空气交界面的反射，进入空气的能量比较小，形成的空气冲击波影响范围有限，故不考虑空气冲击波的影响。

3 结论

综上所述，水下钻孔爆破施工工艺的应用，不仅需要考虑到施工内容和工序的影响，还需要能够保证水下爆破的安全性。从喀麦隆克里比深水港二期工程中水下钻孔爆破技术应用的实际情况来看，在进行水下爆破施工的过程中，需要结合爆破施工区域的实际情况，注意各种电缆电线保护物的安全，及时采取一定的减振安全措施，通过对爆破安全距离的验算来保证水下爆破技术的应用安全。