海中沉船爆破工艺探讨

李介明

(上海消防技术工程有限公司，上海 200080)

1 工程概况

本次沉船为外籍货轮布拉里(BARELI)轮，在福建南横岛东月屿附近水域触礁搁浅。

难船位于福建沿海兴化湾进口航道南边缘，难船坐标25°15′ 32.72″N/119°40′28.98″E；沉船总长220.4 m，型宽32.3 m，型深18.7 m，总吨位355 881 t，载重吨423 00 t，空船自重151 62 t。

北侧沉船距东瀚镇距离10.2 km；东北侧沉向距平潭镇距离为19.2 km，距离南海乡为11.5 km；沉船距离东北侧的平潭海峡大桥最近距离为23.7 km；东侧为宽阔的海域；沉船周围5 km以内为无人区。

沉船触礁后分2段，后段112.4 m采用链锯切割上浮打捞，前段长约108 m，含第一、第二、第三货舱及船艏部，沉船前段前倾约10°，右倾约3°，稳定坐沉在礁盘斜坡上。沉船前段船艏处水深32 m，断口处水深23 m，船旁钢板厚18 mm，船底钢板厚25 mm，图1为未打捞前实图，后段及集装箱打捞后，船体受海浪影响往水深处下移，沉船位置请参考图2。

图 1 沉船实景Fig. 1 Chimney scene

图 2 沉船触礁示意(单位：mm)Fig. 2 Reinforcement of chimney(unit:mm)

沉船处海水流速最快达3.5 节，沉船前段处于无遮蔽海区，水域范围宽敞，船舶航行流量很小，海域作业除台风影响、潮汐影响外海况较好。

2 爆破技术方案

2.1 方案选择及爆破要求

(1)方案选择。

沉船解体分为水下气割解体、链锯解体、爆破切割解体，针对本次海水里沉船，部分在30 m以下，气割、链锯解体操作难度大，效率低，本次沉船后半段与前半段触礁后断裂处利用链锯切断，后半段利用浮力及拖轮拖到码头；前半段则采用爆破切割解体，然后采用大型打捞抓斗处理方式进行打捞清理施工。

(2)爆破要求。

爆破作业过程中不得有早爆现象，一定要确保作业人员安全；爆破时不得对周边海域养殖场造成影响；不得有哑炮产生；切割块均匀充分；杜绝雷管与炸药移位现象。

2.2 爆破参数

(1)爆破切割分块

根据沉船位置及切割的船体结构、长度，宜每块重量控制在40 t以内，分隔点大体以船体建造焊接缝为原则进行切割，船底采用人工水下气割预开洞再集中药条切割[1]。

(2)爆破切割药条布置位置

船体内外两侧垂直各布置5 根药条共计20根药条，外侧水平布置1 根，船中心线底部布置1 根。

(3)最大药量参数选择经验公式计算[1,2]

Q=K·S

(1)

式中：Q为药条药量，K为钢板单位面积耗药量，0.08 kg/cm2；S为爆炸切割断面积(钢板厚度按3 cm计算)每米折合断面积约为300 cm2。

Q=24 kg/m,考虑到水压力及裸露爆破能量损耗较大，爆炸威力降低等因素，提高0.26倍，取值30.24 kg/m。

(4)药条参数见表1。成品药条见图3。

表 1 药条参数

图 3 成品药条Fig. 3 Finished drug strip

3 起爆网路

总体网路思路从船首到船中部依次间隔起爆，对应的内船舱外侧每切割点药条同时起爆，内外侧药条采用ms2雷管，每段药条之间主线采用ms1，船底药条内采用100 m导爆索加强起爆能；船底采用ms8导爆管雷管起爆，每根药条内部形成双回路，确保所有药包起爆[3-9]，如图4、图5、图6。

图 4 侧面药条布置(单位：cm)Fig. 4 Side strip layout(unit:cm)

图 5 舱内药条及导爆索布置(单位：cm)Fig. 5 Arrangement of explosive strips and detonating cords in the cabin(unit:cm)

图 6 起爆网路(单位：cm)Fig. 6 Initiation network(unit:cm)

4 爆破安全校核

水下爆破根据待爆破物所处的海域，主要考虑的危害效应是：水中冲击波、爆破飞散物、爆破振动、涌浪等。根据以往沉船解体实践经验分析，此次爆破作业的在海域上，爆破点5公里内属于无人区,小岛属于无人岛，与陆地上爆破作业相比较，飞石和噪声不会造成危害，主要考虑爆破有害因素是爆破产生的水中冲击波对施工船舶及水中生物的影响，水中爆破冲击波效应是否与海浪产生波浪效应形成涌浪进行考虑；爆破振动对周边小岛屿的影响。

4.1 水中冲击波校核

根据《爆破安全规程》GB6722—2014，本工项目最大单段起爆药量31 191.36 kg对施工船舶的水中冲击波安全允许距离计算如下

R=K0·Q1/3

(2)

式中：R为水中冲击波最小安全允许距离振动速度,m;K0取值系数(裸露药包：木船50,铁船25,潜水320,游泳250)；Q为一次爆破药量,kg，最大药量31 191.36 kg。

通过计算，对木船安全距离为(木船R=1568.5 m，铁船R=784.25 m，潜水R=10 038.25 m，游泳R=7842.48 m)。为了以防万一，此次我们取船舶安全距离2000 m。起爆点布置在沉船外2000 m。

4.2 爆破振动校核

一般情况下，水是不可压缩的，水下爆破时地震波首先通过水底然后传到陆地，爆破地震波效应按水下裸露爆破所产生的爆破地震波效应进行考虑，按如下地震波计算公式计算

(3)

式中：Q为单段药量，本次爆破最大单段药量Q=31 191.36 kg(船舱侧面总药量)；R为保护物到爆源的距离，爆破振值如表2。

表 2 爆破振动

本次沉船位于在大海中，为保证周边海域船舶安全，理论计算爆破振动不会对1000 m内海域造成影响，但预防突发事件发生，爆破时安全警戒距离2000 m之内封航，作业区域5000 m内没有重要保护设施及房屋，因此是安全的。

4.3 涌浪影响

根据水下爆破作业时产生涌浪的形成因素，钢板抛掷时会产生涌浪，药包爆炸时会产生涌浪，因周边海域空阔，不会产生双重能量叠加现象，对坡岸是安全的[4]。

4.4 安全防护

水下爆破，主要使用水作为遮挡体，水下切割爆破药包位于10 m以下，在水压力及待爆体分块重力作用下[5,10]，待爆体是无法飞出水面，周边1000 m内无任何保护、保留物，因此不考虑防护措施。

4.5 水下爆破主要措施

(1)水下爆破器材的选择至关重要，本次选择的炸药为乳化炸药,经多次爆破实践是可行的。药条制作工艺要求细致，药条加工中炸药呈梯形状固定在10 mm直径的钢丝绳上，外侧采用防水布包裹，每隔100 mm采用麻绳锁捆，防药条移动[6]，如图7。

图 7 药条制作固定Fig. 7 Preparation and fixation of medicine strip

(2)水下爆破药条安装是否到位直接影响爆破效果，药条安装位置根据安装示意图由专业潜水员进行摸排清楚，然后进行水下焊接钢丝绳固定点，再由专业人员依次对药条固定在安装点上，最后由施工队长进行检查是否到位[7]。

(3)水下爆破起爆雷管的选择，本次采用国产导爆管雷管，对雷管的卡扣进行严密的防水措施，确保雷管不会因为进水而出现拒爆现象，如图8。

图 8 雷管防水Fig. 8 Detonator waterproof

(4)为保证起爆能足够，每m个药条使用2发雷管，确保所有药包都能起爆。

(5)对于船底板较厚位置采用了加强药条，药条中增加了导爆索引爆，使爆轰更加充分[9]。

(6)根据同级别钢板厚度，通过优化爆破参数，从以前的每米50 kg,调整到现在最大药量每米30.24 kg，这也是通过水下爆破切割试验得来的结论，药量大肯定能对钢板切割断，为保证不浪费不影响切割质量前提下，除考虑到炸药爆炸瞬间对钢板承受作功极限外，还要考虑到水压力及水流动性造成作功效率降低等因素，这对前期的环境调查，天气影响因素都要综合考虑[9，11]。

(7)为保证切割效果，药条布置位置方法也是非常讲究的，本次药条错位布置，确保爆炸后产生扭矩力直接将钢板切断，内外舱同位置药条同时起爆，分段起爆可能产生前切割药条起爆后爆轰影响后一组起爆的可能性,如图9、图10。

图 9 船舱侧面药条错位布置(单位：cm)Fig. 9 Misplaced arrangement of coating strips on the side of the cabin(unit:cm)

图 10 药条错位布设示意效果Fig.10 Schematic effect of staggered layout of medicine strips

5 结语

(1)水下爆破切割以前使用都是电雷管，电雷管可以检测网路，户外作业存在雷电、杂散电流，误爆危险性较大，对在船上作业人员造成危害较大，因此没有使用电雷管。

(2)高精度电子数码雷管依托进口，国产数码电子雷管技术还不成熟，水下爆破结合我公司多年水下爆破切割经验，使用创新防水新技术使用导爆管雷管起爆网路是可行的。

(3)使用导爆管雷管起爆技术延伸地面钢结构聚能切割爆破，相对水下爆破，必须对雷管做抗水、防水试验，爆破前期分别对20发导爆管雷管在海水下30 m 48 h后，20发雷管正常起爆，起爆能没有降低，在后续施工中，派专人对雷管的防水工作进行每发严格检查，防水措施做得好不好，直接影响爆破成功与否。

(4)通过对乳化炸药放置在海水里浸泡48 h后，乳化炸药起爆能仅降低1%～3%完全可以达到爆破切割要求；与24 h内放置的药条起爆效果基本一样，这是通过后期施工对局部打捞的残渣进行分析的，块度大小、切割缝不存在本质区别，药效降低与海水含盐腐蚀有关，因此做好药条的防水保护、起爆雷管的防水保护措施非常重要；乳化炸药浸泡48 h不会引起质的速变。

(5)起爆主线宜采用双线固定的钢丝绳上，防海浪冲击及船舶前进过程中起浪造成主线变形。

(6)水下爆破切割关键因素①药条定位，药条位置直接影切割效果；②每米药量产生的破坏力必须大于钢板破坏承受能力0.26倍，通过实验得出一般钢板(厚30 mm)爆破破坏每米需要24 kg炸药，但受水压力、水流动性作用后，取值30.24 m/kg，达到了设计要求，切割缝整体贯穿彻底，块度均匀，打捞效率提高了90 %；③经过多次爆破总结每组内外药条起爆时间差25 ms，组与组之间25 ms完全可行。

(7)水下爆破受台风影响、潮汐影响、沉船位置等诸多因素影响，合理的做好前期调研工作，及时为爆破设计提供参考依据，为后续的施工提供便利。

(8)本次爆破药量选择只有通过平时实践总结，经验公式只是一个参考范围，受爆破条件影响、受待爆物件的构造影响，对于同类的沉船解体切割，有一定的借鉴意义。

(9)本次采用导爆管雷管起爆网路也充分显示导爆管雷管起爆技术安全稳定性，水下爆破切割成功实践的体现。