摘 要：本文結合工程實例，針對水下炸礁爆破施工方案進行了優化探討，并在后續施工中采用安全控制措施，使爆破效果得到改善，保證了施工安全。

　　關鍵詞：水下炸礁,方案設計, 優化;

　　1、前言

　　近年來，大量深水碼頭泊位尤其是重力式碼頭不斷興建，對碼頭基礎部分的承載能力提出了更高的要求，大多基礎的持力層均為承載力較高的強風化或中風化巖層，因此在施工中普遍采用水下炸礁來進行基槽開挖。水下炸礁作為一種特種爆破，其施工方案的設計應考慮的因素較多，主要包括爆破施工區環境、巖土性質、施工工藝和爆破器材以及施工安全因素等，必須針對具體施工條件進行全面的考慮。爆破施工方案完成后一般應進行試爆，結合試爆效果對方案進行調整和優化，提出改進和控制措施，以保證大面積施工的質量、進度和安全。

　　2、工程概況

　　某3萬噸級碼頭，采用重力式沉箱結構，沉箱基礎長230 m，寬15 m，碼頭面高程5.4 m，前沿底高程-15.0 m。基槽開挖長250 m，底寬21 m，深1.5-3 m。 根據巖土工程勘察報告巖層表面有0.5-1.0 m厚的殘積土，其下為中分化花崗巖。以中分化花崗巖層為持力層，基床拋石厚度不小于1 m。在擬建3萬噸級碼頭下游約150米處有一堤壩護岸，基床開挖爆破區300米范圍內沒有其他的建筑物，因此對基床開挖爆破安全影響是可控制的。

　　3、水下炸礁方案設計

　　3.1 孔網參數

　　最小抵抗線W：抵抗線是巖石爆破的重要參數之一，初步考慮最小抵抗線W取3.0 m。多排炮孔采用網狀方式布置。

　　孔距a：a=(1.0～1.5)W=1.0×3.0=3.0 m。

　　排距b：b=a/1.2=3/1.2=2.5 m。

　　單孔裝藥量Q：Q=q0abH0=1.3×3.0×2.5H0=9.75H0。式中:q0---單位炸藥消耗量(kg/m3),強、中風化巖石的炸藥單耗取q0=1.3kg/m3，乳化炸藥的爆力為320ml，炸藥換算指數為1.0，H0為巖層厚度。根據炮孔深度按上式計算理論裝藥量，實際裝藥時按6的倍數取最接近計算值的藥量裝填，偏差在±3kg以內，可根據一次起爆的總藥量靈活選取。

　　炮孔直徑d：鉆頭直徑為150mm，因此炮孔直徑d=150～155mm。

　　3.2 爆破器材

　　施工用炸藥為防水性能較好的乳化炸藥，出廠時藥柱用塑料袋包裝，直徑為135mm，藥柱長度為0.4m，標定重量為6kg，在水深大于18m時最大耐水時間達8小時。

　　起爆體由兩發8#非電毫秒延期雷管并聯組成，通過約30m的非電導爆管聯結網路，用8#銅殼電雷管作為擊發元件起爆。

　　3.3 起爆網路

　　受一次起爆總藥量的限制，一般一到兩排即起爆一次，因此起爆網路采用較為簡單的簇并聯方式，即所有孔內非電雷管均通過導爆管并聯，并將起爆電雷管用電工膠布與導爆管束捆綁在一起，用電雷管引爆導爆管，傳爆至孔內非電雷管引爆炸藥。每排7個炮孔，孔間微差起爆，雷管段別為1～8段，相鄰段別延期時間分別為25ms。

　　3.4 施工總體布置

　　根據本工程的特點，方案選用的主要施工船舶包括900t炸礁船1艘(配鉆機7臺)、8m3抓斗挖泥船1艘、拖輪和泥駁若干。炸礁船定位后開始鉆孔，達到設計標高后裝藥，并聯結起爆網路起爆。施工總體順序安排自西向東，按炸礁、清礁的順序進行。

　　4、炸礁方案的優化

　　按照上述施工方案進行爆破施工時，周邊區域地面震感強烈，村民的反映較大，對后續正常施工產生較大干擾。爆破后8m3抓揚式挖泥船進場清礁，因爆破后礁石塊度大，清挖困難、工效降低。清挖后經水深測量發現仍存在局部的淺點，基槽底標高達不到設計標高。

　　4.1 爆破器材質量控制

　　微差爆破的作用原理是將一次大藥量爆破以一定的間隔時間分割成多次小藥量爆破，從而達到增加巖石自由面、形成應力波迭加、巖石多次碰撞破碎和地震波相互干擾的綜合作用，因此合理的微差爆破間隔時間是實現上述目的的關鍵。

　　第一施工段的微差爆破單段藥量及一次起爆的總藥量并不大，分別為102kg和204kg，產生較強地震波可能是雷管延期時間精度不高所致。對本工程所采用的毫秒延期雷管進行檢查，1～2段別的雷管其延期時間最大誤差達±15ms，平均誤差±10ms，延期時間的精度較低，相鄰孔的爆破延期時間無法保證，對地震波的分隔作用不能完全體現。

　　為減小爆破地震效應，后期爆破采用了質量信譽較好的廠家生產的雷管，其延期時間精度較高，并在應用前進行抽樣檢測。同時增大孔間延期時間，相鄰孔雷管延期時間調整為50ms，以保證微差削波效果。

　　4.2 爆破參數優化

　　初期炸礁方案特點是大孔徑、大排距、大藥量，在施工環境簡單、一次起爆藥量不受限制的情況下進行群爆施工效果好，速度快。但由于孔徑較大，且連續裝藥于孔底，實際形成集中藥包爆破的效果，導致頂層巖石破碎不均而產生大塊。

　　根據爆破漏斗理論可知，當爆破指數n=r/W值從小于1到大于1時，由松動爆破經標準拋擲爆破到加強拋擲爆破，巖體沿抵抗線方向獲得的水平推力逐漸增大，拋擲效果越明顯。爆破時若排距過大，則增大了單排起爆時的最小抵抗線長度，減小了拋擲作用，巖石不能充分破碎和松散，給清礁施工造成困難。

　　在后期爆破設計時，著重解決爆破后礁石的塊度較大和底標高不夠的問題，因此對爆破孔網參數作如下調整：

　　減小炮孔和藥柱直徑。后期施工更換為配備YQ130鉆機，使炮孔直徑d=130～140mm，同時向廠家定制加工成型的藥柱，藥柱直徑Φ=130mm。通過減小炮孔直徑，使相同重量的藥柱長度增加，在孔內分布更加均勻。

　　增加超鉆深度，由原來的H0=1.5~2.5m增加到1.8~2.8m，保證后期爆破能一次性達到設計標高。

　　減小炮孔排距。為加強微差爆破的水平拋擲作用，使礁石充分松動破碎，便于后續清礁施工，將炮孔排距由原來的b=2.5m減小到2.0m，由此共增加鉆孔25排175個。

　　4.3單孔藥量

　　因在巖層表面尚有較厚的殘積土需炸除，但施工時僅按風化巖層中的炮孔深度來計算裝藥量，沒有考慮殘積土覆蓋層和水壓影響，因此實際裝藥量偏小，導致爆破不充分而出現大塊礁石，在清礁時無法清除而形成較大面積的淺點。

　　為克服殘積土層和大水深的壓力影響，后期方案中適當增大了單孔藥量，主要做法為：一是調整巖層厚度H0的計算方法，即巖層厚度除計算風化巖層厚度外還計算頂層未清挖的殘積土層厚度，實際操作時以下鉆至沖擊器開始沖擊振動發出聲響時的標高作為孔口標高，則巖層厚度H0=孔口標高-孔底標高。二是增大炸藥單耗q0，即考慮大水頭對爆破應力波的作用與影響，引入假設的水深影響系數k=1.2，則單孔藥量

　　Q=kq0baH0=1.2×1.3×3.0×2.0H0=9.36H0。

　　4.4 施工工藝優化

　　在鉆孔過程中隨著鉆桿的上下運動，高壓氣流和水流會將孔口附近的泥沙覆蓋層沖起并隨水流帶走，在孔口形成一漏斗。裝藥后提起護孔套管，自然回落進孔內的泥沙極少，實際起不到填塞作用，爆破能量得不到充分利用，爆破效果較差。因此在后期方案中對炮孔裝藥結構和施工順序進行了調整。

　　4.4.1裝藥結構的優化

　　為保證頂層殘積土和礁石能充分破碎松散，對原來的裝藥結構進行了改進，即采用孔內間隔裝藥結構(如圖所示)。取長0.5～1.0m的Φ130PVC管，以膠帶或塑料袋封住一端，填充砂石制成砂筒。兩段藥柱間用砂筒間隔，藥柱在孔內均勻分布，使爆破后的礁石塊度均勻。上段藥柱上的砂筒即可起到填塞作用，使爆破能量得到充分利用，又可防止炸藥在急水流下浮起，其長度可根據炮孔深度靈活選取。

　　4.4.2施工順序的調整

　　針對本工程區域具有的炸礁巖面以上泥砂、殘積土等覆蓋層厚的特點，在后期爆破施工方案中考慮通過工程措施減少覆蓋層的不利影響，即在炸礁施工前安排挖泥船進場，清除強風化巖層上的殘積土，降低孔口標高，在挖泥作業完成后再進行炸礁施工。

　　5、安全控制

　　對本工程水下炸礁的安全控制，主要考慮爆破地震波、水下沖擊波和低潮起爆時的飛石影響，根據相關安全規程對各控制參數進行校核、計算，將安全指標控制在安全范圍內，確保爆破施工安全。

　　5.1爆破地震安全距離

　　根據《爆破安全規程》(GB6722—86)安全距離的計算公式：

　　式中Q—　一次起爆炸藥量，kg，微差起爆時取最大一段的裝藥量;

　　R—　爆破點與被保護建(構)筑物的距離，m;

　　V—　爆破地震安全速度，護岸取V=3cm/s;

　　K，α— 與爆破點地形、地質等條件有關的系數和衰減指數，對堅硬巖石取K=100，α=1.4。

　　根據爆破點與被保護物的距離確定每段安全起爆藥量，對護岸的最大起爆藥量見表5—1。

　　為了確保堤壩護岸的安全，在爆破初期采用較小的起爆藥量，并采用微差爆破，并采取相應的措施進行監控。按照優化后的施工方案進行爆破施工時，在堤壩護岸處進行了地震波的監測，測得的爆破地震波范圍為0.31～1.42cm/s，均小于GB6722—86《爆破安全規程》對非抗震的大型砌塊建筑物規定安全震動速度在2～3cm/s的要求，因此爆破不會對堤壩護岸造成危害。

　　為監測水下炸礁對周邊建筑物的影響，在爆破施工時在碼頭前沿和護岸頂部選取幾個特征點進行位移和沉陷觀測。開工前先測定這幾個特征點的坐標值和高程，在施工過程中，每隔一個月進行一次觀測，定期觀測結果發現，結構物的單次和累計位移、沉降值均處于正常狀態。

　　5.2水中沖擊波安全距離

　　根據《水運工程爆破技術規范》，鉆孔爆破水中沖擊波對水中人員、施工船舶的安全距離隨著一次起爆的藥量增加而增大，在施工中首先對爆破施工周邊各建構筑物和相關水下作業進行調查，確定其與爆破點的距離，然后根據規范規定的沖擊波安全距離反算一次起爆藥量，從而保證爆破施工安全。

　　5.3飛石的影響

　　根據《水運工程爆破技術規范》，當水深大于6m時無需考慮飛石的影響。當水深小于6 m時應乘潮進行爆破作業，同時做好相關警戒和安全防護措施。本工程最低潮水深大于11m，無需考慮飛石的影響。

　　6、結束語

　　通過對水下炸礁方案的優化，后續基槽爆破質量均達到預期要求。礁石破碎均勻，塊度較小，滿足清礁船及泥駁拋卸作業的要求，基槽斷面尺寸及底標高均達到設計要求，沒有出現淺點。地面震感較弱，附近人員直觀感覺可以接受，周邊建構筑物未出現破壞情況，由此證明所采取的控制措施是合理有效的。優化后的爆破方案體現了多鉆孔、少裝藥、延長藥包、間隔裝藥、微差削波的基本特點，較好的解決了復雜條件下的水下炸礁質量和安全問題。

　　參考文獻

　　[1] 中國力學學會工程爆破專業委員會. 爆破工程 [M]. 北京：冶金工業出版社，1992

　　[2] 李德林等. 中深孔微差爆破合理間隔時間的研究[J]. 爆破，1999，16(3)：74～77

　　[3] 何廣沂.　嚴寒季節水下深孔爆破技術的研究與應用[J]. 工程爆破，1999，5(3)：46～50