水下钻孔爆破技术在航道整治工程中的应用

刘荣馨

（广西壮族自治区柳州航道养护中心，广西 柳州 530000）

1 工程概况

柳江红花水利枢纽至石龙三江口Ⅱ级航道工程起于柳州柳江红花水利枢纽，止于来宾市象州县石龙镇三江口，全长101.2 km，按内河Ⅱ级航道通航标准建设，航道设计尺度为3.5 m×80 m×550 m（航道水深×宽度×弯曲半径）。主要建设内容包括疏浚、炸礁、筑坝、护岸、航标、信息化及配套工程、跨河缆线工程等，全线共整治滩险43 处。本项目主体工程是航道整治，施工图设计总工程量为1 494.90 万m³，其中疏浚741.98 万m³，炸礁752.92万m³。工程总概算为34.34亿元。

综合地质调绘及钻探成果，整治航道全段揭示的地层岩性主要有：黏土、砾砂、圆砾、卵石、漂石、锅巴石、砂质页岩、砂岩、泥灰岩、炭质灰岩、灰岩和硅质岩，其中，河床覆盖层绝大部分为第四系河流冲积（Qal）的粗粒土，仅局部为细粒土或混合土，下伏基岩分别归属于二叠系（P）、石炭系（C）、泥盆系（D）等地质年代。

根据柳江地质勘察报告，除个别滩外，其它滩险均有岩石分布，根据《疏浚与吹填工程设计规范》（JTS181-5-2012）的规定，本工程疏浚炸礁定为6级砂、9级卵石、10级卵石、漂石，11级锅巴石、13级中风化岩。采用常规的内河钻机船和挖泥船就可组织施工，经计算，距离建筑物、构筑物200 m 范围外岩石采用常规爆破法施工；距离建筑物、构筑物50～200 m 范围内岩石采用控制爆破法施工；距离建筑物、构筑物0～50 m范围内水下礁石采用水下液压破碎锤破碎法施工。

在实现爆破目标的同时，还需注重各项安全措施的落实，如在爆破危险区的边界设立警戒哨和警戒标志、禁航信号；航道内爆破后（加深或扩宽航道）未经清渣和扫床不准船舶进入爆破区域；爆破区及其附近的建筑物、构筑物（如码头、桥梁、抽水泵房、烟囱）、管线、设备等，应事先采取安全保护措施，防止爆破地震、飞石和冲击波的破坏。

同时，对项目进行爆破振动监测，检验和验证爆破作业安全性，控制爆破振动对周边产生不良影响，控制爆破地震波振速不超出安全标准，确保爆破施工安全、可控；及时掌握爆破作业对周边建（构）筑物和周边环境的影响程度，为可能出现的纠纷提供原始现场资料和权威数据；对爆破作业的安全性作出评估，并根据爆破振动监测数据，提出优化爆破方案及加强爆破振动防护等方面的建议。

炸礁工程施工方法为水下炸礁，采用潜孔钻机和炸礁船炸礁、2 m3铲斗挖泥船或4 m3抓斗挖泥船清渣。水下炸礁主要工作内容：施工放样（测量设标）→加工药卷→移船定位→钻孔→装药→接线→移船→起爆→清底→扫床测深。爆破技术方案选择水下钻孔爆破法。

2 水下钻孔爆破的作业优势和总体方案

可选用的爆破方法有：水下裸露药包爆破和水下钻孔爆破。①水下裸露药包爆破。水下裸露药包爆破法具有施工简单，机动灵活，易于掌握，无需特殊设备等优点，同时具有单位炸药耗药量大，效率较低，爆破效果、准确性差，有害效应较大，并受水文气象条件限制等缺点。②水下钻孔爆破。利用钻孔爆破船在水上进行作业，通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，需要大型设备施工，工艺复杂，投入材料、人员数量大，但施工效率高，受外部环境的影响较小。

结合爆区现场的岩石结构特性和环境，采取分段、分幅的爆破作业方法。其中，主爆区的爆破以逐孔分段、逐排延时的方式进行，岩层超2 m的部位划分为多层，有序爆破。先组织探测，明确区域内礁石的坚固程度，予以合理的等级划分，进而安排爆破。

3 爆破参数的设计

（1）炮孔直径。以小孔径、垂直孔为宜，综合考虑钻爆平台特点、现场地质环境，采用100型潜孔钻机船，钻头直径D为115 mm。

（2）最小抵抗线W，W=18×D=2 m。

（3）炮孔间距a，固定为2.5 m。

（4）炮孔排距b，一般爆破的排距取2.5 m，控制爆破的排距取2 m。

（5）钻孔超深，取1.5 m。

（6）药卷尺寸。采用防水性能较好的乳化炸药，药卷用塑料袋包装，直径90 mm，长度0.4 m，重量3 kg的药卷。

（7）采用导爆管雷管作为起爆元件，用起爆器起爆。

4 钻孔、装药与起爆的技术要点

4.1 钻孔

钻机船采用左右四口八字锚及前后两口主锚共计六口锚控制船位前后和左右移动，边锚钢缆的长度约120 m，主锚钢缆的长度约200 m，用主锚控制纵向移动的距离，横锚控制横向移动的排距。船舶锚缆布置情况如图1所示。

根据钻机船的机距及每排孔的个数确定每个区段的长度。钻机船安装有6～8台钻机，区段的长度为15～17.5 m。炮孔按梅花形布置，在水下钻孔定位时，利用具有RTK（实时动态分差）功能的GPS全球卫星定位系统进行钻孔定位，用于掌握炸礁船的具体位置，以便调节航行方向，保证作业点位的准确性。孔位放样的误差控制在20 cm 以内，根据当天钻孔时的水位计算该点的钻孔深度，要求一次钻到设计深度。

在钻孔前要进行钻深、孔深的计算，以便于钻机手准备本次钻进需要的钻杆、套管等，根据设计底标高、实时水位、超深计算孔深，然后再根据孔深确定装药量。

4.2 装药

在铺有木板的加工房加工药包，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2 m内，安装2个雷管，最后将导线与吊炮绳绑扎在一起。装药采用连续装药结构，每个药包安装2发雷管，将药包慢慢地放入套管内并拉紧吊炮绳，用竹竿将药包慢慢推入孔内。装好药后，检查药包的顶标高应在设计的岩面标高以下，否则重新钻孔再装药，残留孔用泥砂回填，以防药包浮出炮孔。

炮孔装药量，按下式计算：

式中：Q为炮孔装药量，kg；q为炸药单耗，kg/m；a为孔距，m；b为排距，m；H为孔深，m。

水下装药量应达到钻孔深度的75%左右，药量与孔深等参数取值见表1。

表1 药量与孔深等参数取值

在正式施工前进行小药量试爆，试爆期间，需同时检测附近区域的爆破振动速度值。根据试爆的结果，调整每次起爆的孔数、药量，确保附近建筑物的安全。

4.3 起爆网络设计

4.3.1 逐孔起爆网络

施工区如有桥梁等，需采取控制爆破，控制爆破采用单排逐孔起爆网络或双排双孔起爆网络，选用毫秒延时塑料导爆管雷管，每排6个孔，分别选用1、3、5、7、8、9 段共6 个段别，在正式施工前进行小药量试爆，试爆期间，需同时检测爆破振动速度值。根据试爆的结果，调整每次起爆的孔数、药量，确保桥区和周边建筑物的安全。单、双排逐孔起爆网络示意图分别见图2、图3。

4.3.2 排间起爆网路

一般爆破施工则采用排间起爆网络，选用毫秒延时塑料导爆管雷管，每排共6 个孔，分别选用1、3、5、7、8、9 段共6 个段别，根据实际允许的最大单段药量及一次起爆总药量，决定一次起爆的孔数和排数。控制最大单段起爆药量和一次起爆药量，先从小药量试爆。根据起爆点距民房等需保护的建（构）筑物的距离计算最大单段药量，严格控制一次起爆药量，采用的网络连接方式见图4。

4.4 爆破安全距离计算

4.4.1 爆破地震波安全距离计算

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）的规定，爆破地震作用对建筑影响的安全距离用下式估算：

式中：R为爆破地震安全距离，m；Q为延期爆破的最大一段炸药量，kg；V为安全振动速度，cm/s；K、α为分别为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）规定，系数K、α取值范围见表2，安全允许振动速度V见表3。

表2 有关的系数K和衰减指数α值

表3 安全允许振动速度

项目施工范围周边需采取措施进行保护的主要有施工区域附近的民房，根据实际调查的情况和相关规范要求，选定相关参数（K=180、α=1.7），土坯房、砖瓦房的爆破振动速度控制标准为0.5 cm/s，一般民房居民楼的爆破振动速度控制标准为2 cm/s，码头结构、厂房、公路桥梁的爆破振动速度控制标准为3 cm/s。

根据式（2）及参数取值，计算得出爆破距离与药量之间的关系（见表4）。

表4 爆破距离与药量之间的关系

在进行爆破施工时，为减少爆破施工对周边建（构）筑物的影响，需严格控制药量。本工程最大单段药量按不超过200 kg、一次起爆总药量按不超过1000 kg进行控制；实际施工时应根据周边建筑物类别、距离等情况计算确定，不能超过表4的安全允许装药量；同时根据爆破施工进展情况，在需保护建（构）筑物的合适位置设置爆破振动监测点，根据测振数值调整爆破参数，确保施工安全。

4.4.2 水中冲击波的安全允许距离

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）规定，钻孔爆破水中冲击波对人员及施工船舶、非施工船舶的安全允许距离按表5确定。

表5 水中冲击波对人员及船舶安全允许距离表

4.4.3 个别飞散物安全允许距离

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）规定，施工爆破点水深大于6 m 时，不考虑个别飞散物对地面或水面以上人员的影响；水深在1.5～6.0 m时，最小安全允许距离70～200 m；水深小于1.5 m 时，个别飞散物安全允许距离与陆上爆破相同。本项目爆破区域水深大于3 m，爆破个别飞散物安全允许距离取150 m。爆破飞石警戒距离150 m，水上警戒距离300 m。

5 施工效果分析及钻孔爆破的质量控制措施

5.1 爆破形态

正式起爆后，安排爆后检查。实际结果表明：各炮孔均有效引爆，整个爆破区域内不存在盲炮或残炮；对爆破后的礁石做详细的检查，发现其均匀性较好。总体来看，爆破形态良好，爆破效果显著。

5.2 爆破振动的监测

5.2.1 测点布置

爆破具有扰动作用，可能由于爆破方法不合理而导致周边建筑物出现失稳、受损等问题。为此，在建筑群相应位置布置测点，配套TC4850 振动测试仪、L20-X爆破测振仪，用于爆破监测。滩点附近重点监测对象包括临河村庄民房、老旧瓦房、危房、学校、乡镇临河建（构）筑物，鱼类产卵场，索饵场、越冬场，桥梁，取、排水口设施，码头等。

5.2.2 监测结果

不同类型建筑物爆破振动安全允许标准见表6，监测结果见图5。

表6 各不同类型建筑物爆破振动安全允许标准

根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）及需保护建（构）筑物的实际情况综合确定水下爆破振动的允许标准，实测振速不超过爆破振动的允许标准值，以确保周边建筑物的安全。根据监测数据，如超出预警值，施工单位则相应的调整、控制和优化爆破施工方案。爆破施工方应将由爆破振动造成的周围环境异常和投诉情况及时反馈给监测部门，便于针对性地开展监测工作。

5.3 钻孔爆破的质量控制措施

（1）联合应用RTK-GPS定位和全站仪定位，切实提高测量定位的准确性，使孔位实测值与设计值的偏差不大于10 cm。

（2）严格控制钻孔套管的长度，最大限度减小水流的冲刷作用，以免出现移位或淤泥堵塞现象。

（3）动态关注现场环境，在起、落钻前报告潮位，判断是否具备作业的条件；施钻时，每变化10 cm报告一次。

（4）扫测地下地形，综合考虑作业时的水深，合理控制各钻孔的深度。钻孔后，以下放测绳的方式检查孔深，判断深度是否达标。

（5）注重对炸药的选择，此处选择的是抗水乳化炸药，配套起爆体，保证起爆的有效性。装药时，借助炮棍辅助作业，装药至距孔口1.0～1.5 m，根据实际环境调整装药量。

（6）准确连接起爆网络的各支路，并做详细的检查，要求起爆电雷管电阻的实测值在许可范围内，针对异常之处加以处理，以免出现跳炮现象。

（7）遵循动态施工的原则，遇到中、微风化岩石地质条件时，在常规排距的基础上适当减小，确保爆破质量达到要求。

（8）加强对炸药、导爆管雷管等各类原材料的质量检查，确认无误后再投入使用。

6 结语

水下钻孔爆破技术在柳江红花枢纽至石龙三江口Ⅱ级航道整治工程中发挥重要作用，施工工效高、效益好，达到既定的爆破要求，同时爆破期间周边建筑物基本未受到不良影响，爆破的安全性得到保证，取得比较好的社会效益和经济效益。