港口与航道疏浚工程中水下炸礁浅点控制技术的应用

◎ 龙桂惠 广东正方圆工程咨询有限公司

疏浚工程能够清理航道泥沙，保证船只顺利通行，是航道开发和维护的重要措施。但受到地质特殊性的影响，水下礁石难以通过绞吸船等清理，需要通过水下炸礁方法进行清理。由于水下地质复杂，礁石结构不均匀，岩石节理显著，经过爆破后可能产生浅点，或者由于爆破位置不当、未做好防水处理，也可能引起浅点出现。出现浅点后可能需要二次炸礁施工，将大幅增加施工成本。因此本文针对浅点控制技术展开分析，以期能够减少浅点的出现，规避二次炸礁施工。

1.水下炸礁浅点形成原因分析

1.1 存在盲炮

由于水下爆破作业均在水下展开操作，难度升级，难以控制爆破质量。同时受到地质、水文等因素影响，容易发生盲炮问题。盲炮会导致爆破间距改变，使得爆破难以达到设计要求。盲炮出现的原因可总结为以下几点：

（1）爆破机械和炸药性能存在问题，无法满足爆破需要。由于炸药和爆破机械需要在水下作业，若防水性能或抗水压能力不足，在水下作业效率降低，难以达到爆破需要，产生药包拒爆情况。

（2）导爆管及雷管存在问题。爆破过程中由于导爆管和雷管质量问题，很难达到设计爆破效果，如连接位置质量问题，不传爆形成盲炮。同时受到水流的影响，也可能对爆破网络产生影响，形成盲炮。钻孔后清孔不严格，装药无法满足要求，使用竹竿压撑或者牵拉爆管方式，可能从雷管中直接引出药物，出现雷管爆炸形成盲炮。

1.2 钻孔偏移

钻孔定位精确也是爆破的重要条件，传统方法使用钢丝绳进行船舶作业，但受到船舶随水流移动的影响，钻孔形成偏移，未能按照设计定位钻孔，钻孔精确度偏差也影响到岩石爆破效果，从而形成浅点[1]。此外钻孔过程中钻孔深度和直径未达到设计要求，也会引起爆破效果变差。钻孔后若未能彻底清渣，装入药包达不到设计标准，也会形成浅点。在钻孔作业中，水流带来较大的冲击力，冲击到锚固结构，造成锚固装置稳定性下降，钻机船位置变化，船体移动从而引起钻孔位置的偏差。

1.3 水位影响

为了保证炸礁爆破区域河底标高符合设计要求，要对钻孔深度进行控制，钻孔深度设计受到施工水位的影响，钻孔深度控制主要依赖于施工水位，随着水位变化，钻孔深度也发生变化。如受到下泄流量或者施工期处于汛期的影响，都会造成施工区域水位不断变化，水位极不稳定，波动大，难以准确观测水位，设计钻孔深度，会形成爆破浅点。

2.水下炸礁浅点控制技术的应用

水下炸礁施工主要包括布置炸药、钻孔、爆破三个工序，从这三方面控制浅点形成，具体方法为：

2.1 详细了解地形地质条件

在爆破施工前需要详细了解工程水下地形地质条件，详细了解地形更有利于布置爆破点及钻孔位置，设计爆破方案。水下炸礁可进一步分为基槽开挖和水下清障两种类型，基槽开挖是通过爆破作用挖出建筑物基础后，根据地形选择掏槽位置，作为后续爆破作业的临空面，以达到更好的爆破效果。水下清障则为了消除航道突出岩体对航行的影响，清除突出岩体。需要根据地形特点选择临空面爆破施工，以达到爆破效果。爆破施工前充分了解地形地质条件，包括岩石力学参数、地形条件等参数，对后续施工选取爆破设备和炸药起到指导作用。此外在选择爆破器材上，均需要选择具有抗水压性能和防水能力的器材和设备，优先选择高于普通爆破器材参数的设备，才能保证顺利爆破。在施工前应避开汛期，提前了解施工期间的天气降水和水位情况，记录水位变化。关注上游排水通知，严格控制水位对施工的影响。并根据水位变化和水位测量情况，对钻孔深度和清理深度进行调整。水准点标高检查使用水准仪测量，按照四等水准精度确定水准仪控制范围以及位置，检查水准仪零点标高，一旦水位变化重新测量，严格控制水位准确性。

2.2 布置炸药

炸药位置、品种和制作方法都会影响爆破效果，为了减少浅点，要重视炸药种类和位置设计。水下炸礁需要将炸药放置于水下，要求炸药具备良好防水能力，建议选取乳化炸药（φ90mm），制作为药包形式。药包为矩形形状，长度不超过1.5m，避免过长药包会造成大幅振动。使用竹片夹紧药柱，药柱中间安装引爆雷管，将雷管插入药柱1/3位置，并使用吊炮绳连接，摆正位置后夹紧竹片。为保证炸药包能够充分爆破岩石，需要将其安置于疏浚岩石上，利用声呐扫海仪扫描岩石高度以及厚度，根据下述公式计算岩石高度，当数值超过疏浚标准，将其作为爆破点设置炸药包。

H=L1（s/L2）

其中，H表示扫描范围内的岩石高度，s表示仪器测定拖鱼至海底深度，L1表示回波信号阴影对应的长度，L2表示仪器测定拖鱼至岩石阴影的长度。

在使用炸药前需要监测炸药质量，禁止使用不合格产品，优先选择具有防水性能、性能稳定的炸药。使用雷管、导爆管、炸药前均需要检查外观，是否出现破损、压扁等情况，不允许使用有质量问题的火工用品。制作炸药包时检查尼龙绳是否固定牢固，检查雷管是否固定牢固，一旦受到水流冲击作用，可能会影响固定牢固性，需要将麻绳一端绑扎药包，将塑料导爆管和麻绳绑扎牢固，保证爆破网络安全有效[2]。完成装药操作后注意小心取套管，尽可能将雷管固定在炮孔中心区域，将套管固定好避免晃动。将雷管聚能穴和导爆管反向，导爆管应在击发雷管上均匀缠绕，并使用电胶带固定，要求绑扎超过3层。若钻机船移位，不允许返回装完炸药的区域，避免船底接触河床引爆炸药，造成爆孔拒爆。注意观察导爆管附近是否存在漂浮物等，及时清理漂浮物。

2.3 钻孔深度和直径

钻孔深度及直径主要由岩石厚度决定，根据以下公式计算钻孔深度和直径。经过计算确定孔深和直径，严格按照参数完成钻孔施工。钻孔施工期间，需要保证钻孔深度控制在4 5 ～6 5°范围内，保持1.2～1.5m间距，成排钻孔应平行于边坡线，孔位形成梅花形，可最大程度上降低振动影响力。钻孔时先定位船舶后，利用导向管和套管做好准备，使用合金钻进行钻孔，钻进后提起钻具。下钻杆冲击回转继续钻进至设计高度。测定孔深是否达到要求，若未达到重复钻进。同时为了进一步减振，还可以在主炮孔一侧钻减震孔，起到减振效果。减震孔直径应控制在3～5cm，间距保持1.2～1.3m，利用减震孔形成减震带，控制爆破影响力。但受到水流、海浪等影响，可能会出现孔位偏差问题，对爆破施工产生影响。因此在钻孔前务必保持船舶稳定，将钻机稳定固定于船舶上，保证钻孔无偏移，严格控制钻孔孔位。完成钻孔后务必使用水砣对孔底标高和孔深进行检测，确认孔深和标高无误后才能进入下一道工序。

d=（h1-h2）pq

l=1/2pq

其中，d表示直径，l表示钻孔深度，h1表示施工水位高程，h2表示设计高程，p表示岩石厚度，q表示淤泥厚度。

2.4 爆破控制

完成钻孔后，根据装药量现场绑扎并安装雷管，沿着套管在钻孔内装填药包，整理导爆管，转移船舶对下一爆破点装药，钻机船不允许再穿过已装药区域。使用防水性能良好的爆破器材，将起爆药柱置入1/3位置，放入2发雷管。将炸药置入炮孔内，每个炮孔内炸药量应当根据钻孔间距、岩石厚度等决定，根据以下公式计算炮孔内装药量。根据计算装药量准确装入炸药，采取并联结构连接雷管尾端，并在雷管周围安置导爆管，保证爆破顺利进行。连接后多次检查爆破网络，观察是否存在错接或者遗漏问题[3]。确认后按照先减震孔后主炮孔顺序爆破，并严格控制爆破时间，使用测振仪密切监控爆破进度和速度。爆破前需要做好警戒工作，警戒船舶应固定在警戒区域线展开安全监控，当确认起爆船安全后才能发出安全信号进行起爆工作。完成爆破后可使用抓斗船等清理岩石。爆破后记录是否存在盲炮的情况，发现盲炮后继续进行警戒管理，不允许人员进入现场，在盲炮附近做好标记，并拉好警戒线。由于爆破网络连接问题造成的盲炮需要重新连接起爆，或者在盲炮附近投放药包诱爆。

Z=0.15mp×PML

其中，Z表示钻孔装药量，P表示岩石抗压强度极限值，M表示装药密度，L表示抵抗线最小值，m表示钻孔间距，p表示岩石厚度。

根据岩层厚度计算装药量及药柱长度如表1所示。

表1 不同岩层厚度的装药量及药柱长度

需要注意的是，如果爆破区域附近存在建筑物，可改变爆破方法。如采取爆破网络，对爆破孔分段，爆破孔内安装2发导爆管，附近导爆管按照一把抓连接，用穿爆雷管方式引爆，将雷管控制在20根以内[4]。最后连接1发雷管进行激发针起爆方法，能够利用高脉冲完成起爆。或者采取微差爆破方法，相比于齐发爆破方法，降震率仅达到50%，并具有一定减震作用。将爆破时间间隔控制为50～100ms，利用孔间微差爆破达到减震效果。通过采取不同爆破方法达到减震效果，从而降低对于建筑的影响，保护周围建筑的安全性。

2.5 应用案例

本文以某工程为例，该工程某航段总长度1.3 4k m，施工面积5.06km2，工程量约为155943m3。该工程使用上述方法进行浅点控制，制作乳化炸药包，长度55cm，厚度15cm，药包装药量2.54kg。使用声呐扫海仪测定岩石高度，平均高程86.12m，该工程岩石标准高程20m。使用中风压钻机进行钻孔，钻孔深度150.25m，直径60mm，倾角55°，间距1445mm。主炮孔钻取183个，共3排，减震孔141个（直径43mm，间距1142mm），共2排。将炸药填塞至炮孔中，根据设计方案进行引爆，保持110ms时间间隔。所有炸药包均顺利爆破，并使用抓斗船清理岩石及淤泥。最后使用水下扫描仪检测浅点，和以往疏浚工程传统方法形成浅点数量进行对比，具体数据如表2所示。

表2 两种方法形成浅点数量统计

3.结论

综上所述，水下炸礁施工容易受到施工水平、水文地形条件等因素影响，形成浅点，浅点数量过多将直接影响到施工质量，需要施工单位二次炸礁，将给施工方增加极大施工成本，还会影响疏浚工程效率。因此水下炸礁施工应重视浅点控制技术，着眼于各个施工环节，加强控制和准备工作，预防浅点形成。需要充分了解施工区域地形地质条件，选择性能优良的爆破机械和药品，严格控制施工水位，并根据岩石情况合理布置炸药，根据岩层厚度和爆破需要计算钻孔深度和直径，进行精准爆破。通过严格控制水下炸礁施工，严格控制各项施工工序，减少浅点形成，更有利于取得良好经济效益，提高施工质量。