航电枢纽水下炸礁浅点控制技术研究

◎ 欧阳天庭 罗凯 江西省路港工程有限公司

水下炸礁技术在港口工程、航道疏浚工程中应用广泛，但水下炸礁全过程均在水下展开，施工质量和效果受水文地质、气候条件、施工控制的影响较大。水下炸礁爆破后如果爆破区域内岩石破碎块度大、清挖后存在大量浅点，还必须展开二次甚至多次清浅炸礁，直至浅点彻底消除。二次或多次炸礁工程量不大，但是必将加大工程成本，延误工期；如果浅点遗漏，还会造成船体外壳碰撞等安全事故，影响航道正常运行。为此，本文结合航电枢纽工程实际，对水下炸礁浅点施工控制技术展开分析，以期取得较好的控制效果。

1.工程概况

某航道工程航电枢纽船闸炸礁工程设计挖槽宽度为6 0 m，纵坡5‰，挖槽长115 0 m，挖槽上游口控制高程37m；每级开挖阶梯宽20 0 m；挖槽下游口衔接原河床高程。该航道工程施工任务主要包括30×104t原油码头港池整治，新港30×104t原油码头炸礁、基槽炸礁及相应的疏浚。其中，炸礁和疏浚总工程量为187532m³，炸礁工程量及挖槽区覆盖砂卵石层疏浚量分别为166123m³和21409m³。

该航道工程航电枢纽船闸炸礁施工区域为强流区，潮流向与拟建码头前沿线方向基本平行，礁区水流及波浪条件均较为复杂，施工环境差，潮位均值为3.43m，浪高最大达到5.21m，涨落潮最大流速分别为1.5m/s和1.0m/s。

炸礁施工区域地形地质复杂，海底高低不平，岩层厚度最大达9.8m。岩层由上至下为淤泥混砂砾，粉土，角砾，全风化板岩、泥灰岩及辉绿岩，强风化、中风化及微风化板岩，质硬，且存在较大的钻孔爆破施工难度。

该航道工程航电枢纽船闸炸礁岩石介质全部处于水饱和状态，炸礁爆破面临岩石应力、水阻力及深水压力[1]等综合作用，施工质量控制难度大，出现浅点的可能性也较大。

2.水下炸礁浅点成因

造成航道工程水下炸礁浅点的原因很多，结合该航道工程航电枢纽船闸炸礁工程实际，原因主要包括以下几个方面。

2.1 水下钻孔平面位置偏差

钻爆施工过程中，主要通过铺设钢丝绳和拉索的方式控制钻机船位置和运动过程，钻机船定位精度直接影响钻孔位置的准确性。如果实际钻孔孔位和设计值误差偏大，必将引发浅点；错误的孔位还会造成漏炸和误炸。

该航电枢纽船闸炸礁施工区域恰好位于枢纽下游某支流汇入口，该区域水流湍急、横流较大，在两者的综合作用下系泊设备锚固力不足，钻机船位置发生变化。若技术人员未展开及时量测和纠偏，必将引起钻机船位及实际钻孔位置偏差。

2.2 施工水位控制不当

为确保炸礁区域河底标高满足设计，必须加强钻孔深度控制，钻孔深度主要受施工水位、设计高度、孔位水深、孔深超深等的综合影响[2]。其中，施工水位是影响钻孔深度的最关键因素，该航道工程航电枢纽船闸炸礁施工区域紧邻航电枢纽下游，枢纽下泄流量对施工水位的影响较大。施工期间恰好处于汛期，航电枢纽流量变化剧烈，水位不稳。在水下钻爆施工期间，若水位变化未得到及时观测和考虑，也未据此调整钻孔深度，则实际钻深和设计钻深的误差必将增大，引发爆破浅点。

2.3 炮孔深度不足

首先，超深值设置不当。超深值设置时必须综合考虑河底地质岩性、水深、清渣效率等方面，但因该航电枢纽船闸炸礁施工环境复杂，很难量化分析水下爆破漏斗类型，只能借助技术人员经验展开判断。结果就是，炮孔超深取值过小，进而使药包中心位置过高，炸药能量受到水下礁石底盘抵抗力的削弱后形成爆破浅点。

第二，钻孔深度不够。钻进施工期间水位基准高程控制不当，引发超钻或实际钻深不足。钻孔后未立即安排装药，导致钻孔内淤积大量石屑和泥沙，装药前也未将钻孔内沉渣、碎屑清理干净，使得实际钻深远小于设计钻深。

2.4 盲炮的存在

水下钻孔爆破炸礁主要施工面位于深水水下，爆破过程受水下地形地质、爆破技术、水文条件的影响较大。如果爆破炸礁期间产生盲炮，既会改变原设计参数，增大孔距，相邻炮孔间爆破漏斗切线在设计标高处也难以相切；还会使爆破后碎石块尺寸过大，影响机械清挖，必然留下浅点。

引起盲炮产生的原因主要有以下几点：一是导爆管质量差、布设时打结受弯、破损浸水，绑扎处松动脱落，起爆后出现拒爆；二是在孔外微差的情况下，间隔时间设置有误差，后爆孔导爆管被先爆孔的爆破打断，无法正常传爆；三是操作不当，炸药装填时捣破导爆管，或是移船时将导爆管拉断，断药长度只要超出15cm便会造成拒爆；四是起爆药包在炮孔内卡塞后因反复提拉而使导爆管脱离起爆药包，药包无法被导爆管顺利引爆；五是炮孔内所装设的导爆管因湍急的水流或邻孔风压的影响而反复摆动，进而被孔口岩石、管脚等磨破而引发拒爆；六是连接起爆网路时，雷管聚能穴指向和导爆管传播方向一致，则导爆管在传爆前会因被雷管破片切断、击穿而中断传爆。

3.水下炸礁浅点控制技术

3.1 施工方案优化

航电枢纽水下炸礁爆破施工方案在设计前必须全面了解水下施工区域地形地质条件，掌握岩石的可钻爆性，据此配备适用的钻孔设备和爆破器材。水下炸礁工艺有水下清障型和基槽开挖型两种：前者主要为消除航道或港池内突出岩体对通航的影响而展开的清除施工，应结合地形特征，在临空面较多的区域开始爆破；后者则在原体爆破开挖出构筑物基础，适用于既有构筑物附近的爆破，应结合既有构筑物实际，确定掏槽位置，为后续施工创造出尽可能多的临空面[3]。为提升爆破工效和效果，两种炸礁工艺通常结合应用。

结合该航道工程航电枢纽船闸炸礁施工工期安排及质量控制要求，制定出以下水下炸礁施工方案，即应用800t平台式钻孔船及φ125潜孔钻机钻孔，展开多循环毫秒延时爆破；再通过13m³抓斗式挖泥船分条块、分层次挖装，分部、分区完成水下深孔爆破。

（1）分部：该航道工程航电枢纽船闸炸礁施工分成三部分展开，分别是30×104t原油码头港池整治，新港30×104t原油码头炸礁和基槽炸礁，挖槽区覆盖砂卵石层疏浚。

（2）分区：将施工区域分成6个子区域，A区为整治炸礁区，B区为港池后前沿线以内55m范围以内，C区为4～8#墩位和14#墩位基坑开挖区，D区为1～3#墩位基坑开挖区，E区为9～11#墩位基坑开挖区，F区为港池后前沿线以内55m范围以外。

（3）多循环：在每完成1个船位钻进后及时展开爆破，钻进和爆破均完成即视为1个爆破循环完成，此次航道工程航电枢纽船闸炸礁工程共布设500个船位，因部分区域控制爆破次数不止一次，总爆破循环次数多达560次。为降低对周围水工结构物的不利扰动，每次爆破开挖均采取毫秒延时爆破方式。

（4）分条块、分层次挖装：通过抓斗式挖泥船分条快、分层次挖泥并清礁，条块的划分应与码头前沿线方向平行，横纵向搭接宽度均控制在1～2m之间，以避免漏挖。

3.2 炸礁船布置

航道底部炸礁施工为多循环频繁移动作业，每个船位均展开1次独立钻孔爆破。船位的布置便成为深水炸礁的控制要点之一，其对钻孔孔位准确度及爆破效果等均有较大影响，也是控制和减少浅点的重要措施。必须综合航道地形、礁石尺寸及岩性，展开炸礁船合理布置。

炸礁船船位应顺着码头前沿线由里而外布置，并确保船体长边和码头前沿线平行；相邻船位间距离应控制在2.0m以内；基坑炸礁区周围炸礁范围应相应扩大，以确保基坑整体成形效果；炸礁区边缘和孤礁区船位布置时必须保证船位能整体覆盖礁石，避免发生遗漏。船体定位通过平面坐标系统控制网实现，各船位均应标出4个角点坐标。

3.3 钻孔控制

钻孔施工前，应全面校验测量仪器精度，并复核控制点坐标。严格按照作业规程展开测量，确保仪器整平，对中及后视精准。钻孔结束后，采用水砣检测孔底标高，确保钻孔深度；并通过加强钻具规格及性能控制，保证钻孔孔径。

钻孔设备性能及施工过程受水流、风浪等影响较大，为此，应始终将船位、钻机、孔位固定在设计位置，确保孔网参数的准确性。爆破孔采用三角形布孔方式，即分两排布孔，孔位设置情况见图1。

图1 三角形布孔示意图

3.4 爆破控制

航道工程航电枢纽船闸炸礁所用爆破器材必须具备防水、抗压等基本性能，考虑到此次主要为深水作业，故爆破器材性能参数应高出普通的爆破器材。

在爆破方案设计时，必须保证孔网参数、钻孔参数、炸药单耗等参数取值的合理性。为控制水下炸礁浅点的发生，应适当增大钻孔超深。根据《水运工程爆破技术规范》（JTS 204—2023）及施工经验，水下炸礁小孔网参数为2.0～2.8m，对应的孔径为8 0 ～1 0 0 m m，钻孔超深为1.5 ～2.5 m；大孔网参数为3.0 ～4.0 m，对应的孔径为1 3 5 ～1 6 5 m m，钻孔超深为3.0～4.0m。结合工程实际，该航电枢纽船闸水下炸礁采用小孔网参数[4]。爆破网络的布置见图2。

图2 爆破网络布置

水下炸礁地形地质条件复杂，且缺乏过程的可见性，故应按实测水深确定实际钻孔深度，并据此计算炮孔装药量。装药前后通过水砣分别探测孔深和装药长度，根据探测结果判断装药是否到达孔底；如未到达孔底，必须使用炮棍轻轻推压，将炸药送至炮孔底部。装药量的确定应综合考虑岩层厚度+计算超深、孔深及安全距离，具体参考表1确定。

表1 装药量与安全距离的关系

4.控制效果

在采取本文所提出的水下爆破炸礁浅点控制方案及工艺后，航电枢纽船闸炸礁效果良好，爆破后石块块度和松散度均符合清挖要求，清渣效率和效果显著提升；挖泥船也能按照设计要求快速清挖，清挖效果好。根据航电枢纽船闸炸礁施工后水下三维全景成像声呐检测图像，炸礁后区域内几乎无浅点出现，港池开挖施工中浅点率在2%以内，浅点控制效果良好。

5.结论

综上所述，水下炸礁浅点控制是航道工程施工难点之一，必须在充分考虑施工区水下地形地质、施工技术水平的基础上，深入分析可能引起炸礁浅点存在的原因，保证施工方案的合理适用；通过优化孔网参数、改进装药结果、增大超钻深度、加强施工组织，该航电枢纽水下炸礁爆破取得了较好效果，爆破块度和松散度均满足清挖设备施工要求，河底岩石大块率降至3.5%及以下，浅点率也降至2%以内，避免了二次或多次扫浅施工的发生，施工工期和施工成本均得到有效控制。