邕宁船闸口门区水下爆破施工技术研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１００１２３０４・其他・邕宁船闸口门区水下爆破施工技术研究万国权黄春兰（中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司重庆４０００２５）摘要：针对较厚淤泥层、临近挡水围堰及其他复杂条件水下炸礁施工困难的问题，采用微差控制分段爆破技术，可有效解决这一难题。邕宁航运枢纽船闸引航道水下炸礁工程，采用具有ＲＴＫ功能的ＧＰｓ卫星定位系统辅助钻孔，有效解决了水流速度急、水下钻孔难度大、精准率低的问题，一次钻孔到设计深度，利用礁石上淤泥覆盖层吸收爆炸产生的多余能量，降低爆破振动和冲击波的危害，同时达到了较好的爆破效果，且一次完成清渣，减少对水体多次污染。关键词：分段爆破水下炸礁ＲＴＫ功能水冲击力淤泥覆盖层中图分类号：ＴＶ５４２＋．５文献标识码：ＡＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－４５３９．２０１７．１０．０２９Ｃｏｍｔｒ眦ｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏ留ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＢｌ嬲ｔｉｎｇｉｎＹｏｎｇＩｌｉｎｇＳｈｉｐ－ＬＯｃｋＤｏｏｒｗａｙＡｒｅａＶＶａｎＧｕＯｑｕａｎ，ＨｕａｎｇＣｈｕｎＩａｎ（Ｎｏ．４ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢ瑚ｃｈｃ咖ｐ粕ｙｏｆＣＲＣＣＨａＩｂｏｕｒ＆ｃｈ肌ｎｅｌＥ嚼ｎｅｅｒｉｎｇＢｕｒｅａｕＧｍｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ蛔ｃｔ：ＳｈｏｒｔｄｅｌａｙⅡｃｏｎ咖ｅｄｓｅｇｍｅｎｔａｌｂｌａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇ），ｉｓａｄ叩ｔｅｄｔｏｓｏｌｖｅｄｉｍｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｓａ＆ｃｔｉｎｇｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅｅｆｂｌａｓｔｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｉｃｋｓｉｌｔｌａｙｅｒ，ｃｏ艉ｒｄ锄ｎｅａｒｂｙｗａｔｅｒ－ｒｅｔａｉｌｌｉｎｇａｌｌｄｓｏｏｎ．Ｂ踮ｅｄｏｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅｅｆｂｌａｓｔｉｎｇｐｍｊｅｃｔｏｆＹｏｎｇｒＩｉｎｇｊｕｎｃｔｉｏｎｓｈｉｐ一１０ｃｋ印ｐｒｏａｃｈｃｈａｌｌＩｌｅｌ，ＧＰＳｗ汕ＲＴＫｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏａｓｓｉｓｔ血Ｕｉｎｇ，柚ｄｏｖｅｒｃｏｍｅｄｉｆＥｉｃｕｌｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｍｐｉｄｗａｔｅｒｎｏｗ，ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｌｔｃｏｖｅｒｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｒｅｅｆｓａｂ－ｓｏｒｂｅｄｔｌｌｅｏｖｅｒｅｎｅｒｇ）ｒｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｓｏ踮ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈ犯ａｒｄｓｏｆｂｌ酗ｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ锄ｄｉｍｐａｃｔｗａｖｅ．Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏ野ｃｏｕｌｄｍａＩ【ｅｔｌｌｅｈｏｌｅｄｒｉＵｔｏｔＩｌｅｄｅｓｉｇｎｄｅｐｔｈａｔａｔｉｍｅ．Ｍｅ粕ｗｈｉｌｅ，ｔｈｉｓｃｏｌｌｌｄａｃｈｉｅｖｅ９００ｄｂｌａｓｔｉｎｇｅ％ｃｔｓａＩｌｄｒｅｄｕｃｅｔ｝ｌｅｒｅｐｅａｔ－ｅｄｗａｔｅｒ∞ｐｏｕｕｔｉｏｎｗｅＵａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｓｌａｇｒｅｍｏｖａｌａｔｏｎｅｔｉｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｇＩｎｅｎｔａｌｂｌａＬｓｔｉｎｇ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅｅｆｂｌ鹊ｔｉｎｇ；ＲＴＫｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｗａｔｅｒｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅ；ｓｉｌｔｃｏｖｅｒｌａｙｅｒ１前言水下钻孔爆破技术广泛应用于航道及港口…水下炸礁工程，但由于技术不成熟，大多数工程靠工程经验，没有完备的水下爆破理论依据。因此，对水下钻孔爆破技术做更深的研究，对发展水下钻孔爆破技术具有一定的工程实践意义和社会意义。—收稿日期：２０１７一０７３１基金项目：中国铁建股份公司科技研究开发计划课题（１５・Ｃ４０）；中国铁建港航局集团有限公司２０１５年度集团公司科技研究开—发计划课题（２０１５１１）作者简介：万国权（１９７２一），男，工程师，主要从事水工、公路、市政工程施工技术研究和项目管理。２工程概况２．１工程概述邕宁水利枢纽工程是珠江流域西江水系邕江干流“综合利用规划中的第八个梯级，也是南宁市建设中国”水城的关键工程，其中船闸为单线单级２０００ｔ级，下引航道口门区是船闸工程的重要组成部分，其航道开挖和下游分流墩基础开挖，主要工程量为水下石方爆破２６４６３．７ｍ３、水下挖泥１０５８５４．９ｍ３。水下石方主要由第四系残坡积土层、全风化硅质岩夹泥岩及底部完整灰岩组成。下游引航道设计底标高为５２．８０ｍ，航槽开挖底宽为５６．０ｍ，设计最低通航水位为５８．６２ｍ，最高铁道建筑技术ＲＡ『Ｌ帆ｙＣｏＮＳ丁只ＵＣ丁『０～丁Ｅ－ｃＨＮ（）ｌ０Ｇｙ２０７７ｒＴＤＪ１２３万方数据・其他・通航水位为７２．４７ｍ。根据水位资料显示，施工期间水位预计在６１．０～６３．０ｍ之间波动，施工期间最大水深为１０．００ｍ。２．２技术难点下游引航道口门区衔接通航河道，临近挡水围堰和其他施工区域，水文地质条件复杂，爆破施工影响范围大，主要面临以下难题：（１）爆破安全防护要求高。工程所在地航道为Ⅲ内河级，航运较繁忙，船舶密度大，且有大量水生物；施工区域狭窄，临近其他施工工作面，相互干扰施工。因此，爆破施工时要采取合适的安全防护措施，减少对航道和其他施工作业面的影响。（２）施工要求高。水下石方覆盖层较厚，要求炮孔定位精准、孔深准确，实现一次爆破到位，提高爆破效率。“（３）技术难度大。爆破施工区处于航道裁弯”取直后的汇流区，流速大、水流状态复杂旧Ｊ，淤泥堆积层厚，容易造成传爆困难。施工时既要确保网路延时合理，又要做到网路可靠，爆破周期短。３爆破施工技术优化施工的重难点是水下炸礁，采用水下钻孔爆破技术按由深水到浅水的顺序进行，且一次钻孔到设计深度后实施分区段爆破，避免分层爆破。水下钻孔爆破时采用垂直钻孔技术，梅花形布孑Ｌ。利用微差爆破并控制药量，减少单段最大起爆药量，确保∞周边安全，采取相应的防护措施减少爆破危害］。首先进行分流墩围堰填筑范围内的石方爆破、开挖，其底高程为５２．８０ｍ。在围堰填筑过程中同步进行其他区域的水下炸礁。水下炸礁一次性爆破达到设计深度，开挖石料用挖泥船抛掷在分流墩围堰外坡的护脚处，通过ＧＰＳ跟踪测量控制围堰外坡抛石位置，作为围堰外坡脚的反压棱体。航道清渣一次性达到设计水深，能够有效的协调处理好质量和工期的关系，在保证质量的前提下，有效缩短工期并节约成本。３．１现场爆破试验本工程水下爆破的岩石主要为石灰岩，设计底高程以上约有５ｍ厚度的岩石。为加快施工进度，提高工程质量，先进行水下爆破试验，在取得可靠的爆破参数后再进行大面积施工。爆破参数见表１、表２。铁道建筑技术表１‘单位炸药消耗量ｑｏ４岩石类别岩石和风化岩中等硬度岩石坚硬岩石水下钻孔爆破ｇｏ／１．７２２．０９２．４７（ｋｇ・ｍ一３）注：表中ｑ。值为２号岩石硝铵炸药综合单位消耗量的平均值，采用其他炸药应乘相应的换算系数ｅ。表２试爆参数岩层厚度风／ｍ孔深／ｍ装药量Ｑ／ｋｇ１．０２．５１０．５５１．５３．Ｏ１５．８３２．０３．５２１．１０２．５４．０２６．３８３．Ｏ４．５３１．６０爆破技术人员根据实际地质、岩层厚度，在施工区域选取五个不同点进行了试爆，再根据试爆后的清渣效果确定参数：采用２４岩石乳化炸药，ｅ＝１．２３，炸药平均单耗约２．１ｌｋｇ／ｍ３；炮孑Ｌ间距ｎ＝２．５ｍ、排距６＝２．０ｍ，钻孔超深１．５ｍ；装药量达到孑Ｌ深的４／５左右。实验效果良好，岩石破碎程度¨１满足开挖要求且无残留根底。３．２钻孔设计与施工水下钻孔时采用具有先进ＲＴＫ功能的ＧＰｓ卫星定位系统精确测定船舶位置，将设计钻孔布置图导人测量软件中，根据ＧＰＳ引导钻机船移动、定位到设计位置锚定，并经常校核，见图１。水下爆破分区段施工，炸礁船在各区段按排施工，每排宽度根据炸礁船安装的钻机台数和孔距而定。本炸礁船为６孔，一般５排起爆。孔位图１钻孔船施工现场误差控制在±１０ｃｍ以内，要求做到孔位准确，防止漏钻和叠钻，由深水到浅水的顺序一次性钻至设计深度，避免二次爆破。钻孑Ｌ时根据施工水位和钻爆厚度、清渣的底部高程以及炮孔超深值计算钻孔深度，见图２。’…Ｊ№一套管钻存Ｉ、，７≥夕≮毫面覆盖珐磊缝麟图２钻孔示意闩弭『Ｌ¨饵ｙＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁『０～丁ＥｃＨ～０ＬＯＧｙ２Ｄ７７ｒＴＯＪ万方数据・其他・４爆破方案本工程设计底标高为５２．８０ｍ，施工期间水位在６１．Ｏ一６３．０ｍ之间波动，需爆破的石灰岩厚度约５．０ｍ。采用微差控制爆破技术分区一次性爆破达到设计深度，可有效提高机械的循环作业能力和效率。４．１水下爆破参数水下钻孔爆破参数和单孑Ｌ装药量，结合施工区水深、岩石类别、覆盖层厚度、开挖厚度、钻孔清渣设备和爆破实验数据等因素综合分析确定。炮孔直径为１２０ｍｍ，钻孔孔距ｏ＝２．５ｍ、排距６＝２．０ｍ，超钻深度在１．０～２．０ｍ范围内选取，硬岩宜取较大值，软岩取较小值，每次起爆的首排炮孔比其后各排炮孔深０．２ｍ。４．２单孔装药量计算ｑ＝ｇｏ＋ｑ。＋ｇＢ（１）ｑ为炸药单孔用药量Ｍ１（ｋｇ）；口。为岩石单位耗药量（ｋｇ／ｍ３），取％＝１．２３×∥１．７２＝２．１１（ｋｍ３）；ｇ。为水压力修正装药量（ｋｇ），水深３．０～５．０ｍ，取９。＝Ｏ．０４（ｋｇ／ｍ３）；ｇ。为覆盖层修正装药量（ｋｇ），覆盖层厚３～６ｍ，ｇ。＝０．１（ｋｇ／ｍ３）。ｐ＝ｑ×ｎ×６×月ｊ（２）Ｑ为炮孔装药量（ｋｇ）；血、６、风为孔距、排距、岩层厚度（ｍ）。则单孔最大起爆药量：Ｑ＝２×２．５×２．２５×５．０＝５６．２５ｋｇ爆破参数见表３。表３爆破参数岩石孔距／ｍ排距／ｍ炮孔孔深／ｍ超深／ｍ单耗／厚度／ｍ直径／ｍｍ（ｋｇ・ｍ一３）０～２２．５２１２０ｌ～３１２．２５２～５２．５２１２０—３６．５１．５２．２５５以上２．５２１２０６．５以上２２．２５４．３爆破器材和网络连接水下爆破施工技术复杂、难度较大，受外界条‘件干扰性强７１。采用２４岩石乳化炸药，药条直径１００ｍｍ，重３．Ｏｋｇ，药卷长３００ｍｍ。传爆、起爆雷管采用８。铜壳毫秒延期塑料导爆管雷管（３段）和导爆管。炮孔装药长度小于２．０ｍ时装２个起爆体，位置在距孑Ｌ底１／３～２／３装药高度处；装药长度大于２．０ｍ时，增加起爆体，均匀布置。铁道建兢技术ＲＡ『Ｌ¨，Ａｙ№Ｃ０丁ＲＵＣ丁『０Ｎ丁￡－ｃＨＮＯＬＯＧｙ‘爆破网络采用接力网络连接法８｜，由５排孔并联为一组，各组之间用导爆管雷管串联在一起，见图３，采用孑Ｌ外延迟起爆实现微差爆破，以减少一次起爆药量，降低地震波、冲击波的危害，同时也增加爆破自由面，改善爆破效果。图３微差爆破示意５爆破安全与防护此次水下爆破环境复杂，施工难度大，主要涉及的爆破有害效应有爆破振动、爆炸冲击波、涌浪等。为确保爆破作业安全进行，从施工技术及管理上采用了有效防护措施，减少了危害。５．１爆破安全控制根据《爆破安全规程》规定，施工爆破点水深大于６．０ｍ时，不考虑飞石。本工程施工水层和覆盖层的厚度大于６．０ｍ，无飞石影响。（１）爆破振动控制根据《爆破安全规程》公式计算建筑物允许的爆破振动速度，计算公式如下：（３）∥秽为爆破振动速度（ｃｎｓ）；Ｑ为起爆药量（ｋｇ）；尺为起爆药包中心至建筑物距离（ｍ）；忌、口为与爆破点地形、地质有关的系数，取后＝１８０、口＝１．８。本工程最大起爆药量Ｑ＝５６．２５×６．０＝３３７．５ｋｇ，质点振动频率１０≤Ｈｚ＜．厂５０Ｈｚ，临近的土石围堰属于一般建筑物，距爆破点１００ｍ左右，则爆破振动安全允许值取２ｃｍ／ｓ，计算得秽＝１．３６ｃＩｎ／ｓ，则爆破振动不会对周围建构筑物造成损坏，且柱状药包爆破可有效减缓水冲击波压力一ｊ，不会造成围堰的破坏。２０了７ｆ７０Ｊ１２５万方数据・其他・（２）水中冲击波施工区域位于河道北侧岸边，河道宽５００ｍ。根据《爆破安全规程》，钻孔爆破水中冲击波安全距离计算公式如下：Ｒ＝Ｋ沲（４）尺为水冲击波的最小允许安全距离（ｍ）；Ｑ为一次起爆药量（ｋｇ）；蚝为系数。船舶可在距爆破点２００ｍ外区域正常通航¨０｜。冲击波对渔业造成危害¨川，采取微差控制爆破技术和相应防护措施能有效控制冲击波的危害。５．２安全防护措施（１）采用毫秒微差控制爆破技术，严格控制延时间隔，有效减少一次爆破药量，降低爆破振动和冲击波。（２）每次在爆破前先用小药量爆破警示驱赶鱼类¨２】，让鱼类受惊，离开爆破区域，有效保护鱼类和水下稀有品种。（３）爆破岩石上面较厚淤泥层能吸收爆炸产生多余的能量，降低了爆破振动、冲击波和飞石的危害¨３１。（４）采用一次性爆破达到设计深度的爆破技术，实现了爆破后一次清挖到设计高度，提高了效率和质量，有效减少了水域多次污染。（５）水下炸礁起爆前，安排警戒船到爆破区域上、下游进行警戒，并确保在警戒区域内的无关人员、船舶全部撤离后才能起爆。６施工技术的分析凭借合理的爆破施工方案、严格的钻孑Ｌ工艺和爆破技术、严密的施工组织安排和管理方法，水下Ⅱ礁石在预定的范围内被破碎且无根底．方强对开挖标高的观测和复核，核对ＧＰＳ定位，以便及时调整开挖深度和确保定位准确，做到杜绝浅点、减少超挖量。按爆破试验的数据选择爆破参数，控制以最小的药量实现最佳爆破效果；根据《水运工程爆破技术规范》规定的建筑物允许爆破振动速度，采用毫秒微差控制爆破技术，各组之间的起爆时间微差，造成各波干扰消能，从而削减地震波和水中冲击波，消除对建筑物危害，有效地避免爆破振动和冲击波对围堰造成的破坏。１２６铁道建簏技术７结论凭借着对水下爆破施工技术的合理应用，成功的解决本工程水下石方开挖的重、难点问题，炸礁取得了理想效果，并得出以下结论：（１）在急流条件下，采用精准定位一次性爆破到位的水下炸礁技术，可减少水体多次污染，简化施工程序，经济效益好，具有一定的指导意义。（２）采用微差控制爆破，严格控制同段起爆药量及起爆顺序，减小爆破振动。（３）利用岩石上覆盖的淤泥层，来减弱爆破振动和消除爆破飞石带来的安全隐患。参考文献［１］韦江．水下钻孔爆破技术在航道整治工程中的应用分—析［Ｊ］．中国水运（下半月），２０１５（１０）：２６９２７０．［２］马殿光，董伟良，徐俊锋，等．沙波迎流面泥沙起动流—速研究［Ｊ］．泥沙研究，２０１６（２）：４６５１．［３］冷振东，卢文波，胡浩然，等．爆生自由面对边坡微差爆破诱发振动峰值的影响［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１６（９）：１８１５一１８２２．［４］戴长冰，宋守志．水下岩石爆破参数优化的研究［Ｊ］．—探矿工程（岩土钻掘工程），２００２（６）：６０６２．［５］唐玉成，段卫东，乔泽霖，等．水下爆破岩石破碎块度—的实验研究［Ｊ］．爆破，２０１６（４）：１０２１０６．［６］日本综合安全工学研究所编．宋学义，谢国华，译．水下爆破［Ｍ］．长沙：湖南工大学出版社，１９８９：５ｌ一５５．［７］莫剑．复杂环境内河航道水下控制爆破［Ｊ］．中国水运—（下半月），２０１６（８）：２６２２６３．［８］梁向前．水下爆破技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，—２０１３：３８４１．［９］刘磊，郭锐，裴善报，等．柱形装药水下爆炸远场冲击波—压力峰值分布［Ｊ］．振动与冲击，２０１６（１７）：６６７０＋７６．［１０］梁向前，郑德明，张永哲．水下钻孔爆破的水击波特性—研究［Ｊ］．工程爆破，２０１０（３）：２５２７，［１１］蒋玫，沈新强，杨红．水下爆破对渔业生物影响的研究—［Ｊ］．海洋渔业，２００５（２）：１５０１５３．［１２］马建华，卢金华，赖金城．水下爆破作业中对海洋生物保护措施的探讨［Ｊ］．中国水运（下半月），２０１４（３）：１６５一１６６．［１３］李新，马娟，李吴雨，等．深厚淤泥爆破挤淤振动效应—［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１６（１）：７１７７．ＲＡ『ＬＭｙｃ０＾『Ｓ丁只ＵＣ丁『０～丁￡－ｃｌＨ～０ＬＯＧｙ２Ｄ７７仃０Ｊ万方数据