广东建材２０１１年第７期 施工技术 水下钻孔炸礁工程施工控制 唐东伟 （湖南省航务工程公司） 摘 要：本文以湘潭寒鸡港水下钻孔炸礁工程为例，对水下钻孔炸礁施工控制谈一些体会，以供参考。 关键词：水下钻孔炸礁；施工；控制 １水下钻孔炸礁工程特点 水下钻孔炸礁主要指利用炸礁船（又称钻孔爆破 船）对水下礁石进行水下钻探爆破。炸礁船有普通式和 自升式两种。自升式炸礁船的四角有液压支柱，工作时 将支柱下至水底后把船顶升出水面一定高度，以避开急 流和波浪的影响，保持船舶的稳定。炸礁船上有钻机和 轨道，钻机在轨道上移动以对准钻孔位置。钻孔方法视 河床底质而定，在有覆盖层或为破碎的礁石时，一般采 用双套管钻进方法，即先下外套管至覆盖层顶以保护钻 孔，再把带钻头的内套管钻至覆盖层底，然后用钻具钻 孔至要求深度。钻完一孔后立即将钻孔冲洗干净并用堵 眼管塞住，防止泥砂进入孔内。全部的孔钻完后，先拔起 堵眼管，冲洗钻孔，再把在船上预制好的炸药筒逐个送 入孔内，钻孔顶部留４０￣６０ｃｍ用砂堵塞，然后拔起内、 外套管，从套管底端取出导线，把各孔导线联成爆破网 路并与主导线连接，船舶撤离危险区后通电起爆。这种 爆破方法适用范围广，爆破效果较好，但受水深和流速 的限制。 众所周知，水下钻孔炸礁工程，由于其施工时，现场 水面以下间隔一水层而无法直观岩石表面纹理、溶岩缝 等构造情况和爆破效果，水域中急流、横流、漩流的不良 流态以及岩面的淤泥、沙砾的覆盖等工况，从而导致水 下钻孔炸礁开挖工程的难度更显突出。本文以湘潭寒鸡 港水下钻孔炸礁工程为例，对水下钻孔炸礁施工控制谈 一些体会。 ２水下钻孔炸礁工程施工控制 ２．１炮孔装药量参数的选定 炸药的爆破，是一种高速的化学反应现象，其爆速 一般民用炸药可达３５００￣５０００ｍ／ｓ，并伴随着产生空气 冲击波、水冲击波和地震波等主要应力。这些应力对爆 点附近的人畜、船舶和建筑物的安全造成威胁与破坏的 可能，必须引起足够的重视。 炸药在介质（岩石）内爆破时，主要的特性有二，其 一是炸药在钻孔的岩石内爆炸时产生高温、高压、高速 （１）网络高架地板所有构件均在专业工厂集中生产， 面积０Ａ网络高架地板的施工质量。很大程度降低了后 现场装配式安装施工，基本上没有污染环境，并且噪声 期使用阶段的维修费用，提高了客户的满意度，取得了 也很小。 良好的社会和经济效益。 本施工工艺在广州科学城综合研发孵化区Ｂ组团 Ｂ２一Ｂ３工程，（总建筑面积为８４１３０．４ｍ ，Ｏｈ网络高架地 其中最大开间为１６０．４ｍ×２５．２ｍ：４０４２．０８ｍ ），广州龙沙 （２）施工安装简单，现场不需要大型施工机械，节省 施工资源。 （３）现场安装过程产生的废料等垃圾集中收集处理， 板面积约４５０００ｍ 。其单间面积有很多属于大面积房间，减少了对周边的环境污染。 １０综述 采用本施工工艺，一个熟练工人一天能安装３０ｍ 有限公司二期ＡＰＩ／ＩＳＯ项目（总建筑面积约３２０００ｍ ，ＯＡ 网络高架地板面积约１５０００ｍ ），以上工程采用大面积 ０Ａ网络高架地板施工工法，施工进度加快，操作安全， 组织有序。施工完成后的地板通过硬物撞击测试、沙袋 冲击测试、重物承载测试、集中荷载测试、平整度和水平 度等多种检测达到了设计要求和国家的规范规定，确保 了工程质量，获得了良好的经济和社会效益。● 以上，与传统施工方法相比，节约施工费用约１５％，工效 提高约２０％，后期维修费用则降低了约５０％。克服了以往 施工中的０Ａ网络高架地板板面平整度控制难题，特别 是大面积板面的平整度得到了有效控制，从而保证了大 一１５１— 施工技术 广东建材２０１１年第７期 的爆力向爆点最小抵抗线的方向抛射出去的特性，这个 埂等爆破不完全的现象，要改变和克服上述问题，主要 特性是用药量计算和定向爆破的主要理论依据；其二是 是适当加大炮孔直径或改过炮孔装药药卷包装质量，适 炸药在岩石内部爆破后，由内至外而产生压缩粉碎圈、 当减少药卷外加扎竹厚度，或采用硬塑管作药卷包装，抛掷破碎圈、松动破坏圈和龟裂震动圈等。这是炮孔用 以有效增加药包的直径的措旋，使用药包的直径≥炮孔 药量、炮孔的间距、排距计算的理论依据。 直径０．８参数的要求。 自２０世纪７０年代，我国从国外引进潜孔钻机应用 ２．１．２炮孔超钻深度ｈ的参数 于水下钻孔炸礁以来，由于潜孔钻机的冲击器（冲击锤 炮孔超钻深是指除设计开挖岩石厚度，包括计算超 和钻头联体）始终都置于岩石表面和岩石内部，冲击能 深值（陆上钻孔０．２ｉｎ，水下钻孔０．４ｍ）的厚度以下的超 量的损失很小而冲击钻孔效果很高。因此，水下钻孔爆 钻深度值，是根据炮孔直径、间距、排距以及炮孔装药量 破已成为航道水下炸礁工程最主要和最高效的一种施 的经验系数而形成设计爆破漏斗尺寸而确定。《规范》的 工方法。 超钻深度值ｈ为１．０～１．５ｍ的参数选取，这一参数既有 《才（运工程技术规范》中，对炮孔的装药量的计算公 理论依据，也含经验因素，但在施工实践中，当出现炮孔 式为： 装药长度Ｌ。值大于炮孔直径２／３～４／５的参数时，一般 首排炮孔装药量ｑ＝ｏ．９ｂａＨ。 后排炮孔装药量Ｏ＝ｑ。ｂａＨ。 上式中： 炮孔装药量（ｋｇ）； ａ——炮孔间距（ｍ）： 爆破效果欠佳，为解决这一矛盾，曾有企图再增加超钻 深度至２．Ｏ～２．２的，甚至超钻深度达３～４皿，从而使炮 孔装药盲目增大超钻深度的措施，实践证明，不但底层 岩石过于粉碎，而面层岩石块过大而导致开挖清碴困 难，甚至往往需二次爆破又导致水下炸礁的单位炸药消 耗量与工程造价的大幅增加。 ｂ——炮孔排距（ｉｎ）； （ｍ）： Ｈ。——设计开挖岩层厚度，包括计算超深值的厚度 ２．１．３水下炸礁单位炸药消耗量及炮孔间距、排距等参 数的调整 由于水下岩石的硬度、层理、纹理、溶岩的裂隙、水 深等地质、地形复杂因素，因此水下炸礁工程获得高效 益的最可靠、最根本措施是：在大面积爆破开挖施工前 或施工初期，经小面积（１００￣６００ｍ ）石层钻孔爆破和开 ｑ０＿一水下炸礁单位炸药消耗量（ｋｇ，ＩＩＩ。），系经验 值，可参见《水运工程技术规范》表２．３．２选用。 上述炮孔装药量的计算式，主要是以炮孔爆破后包 括计算超深的破碎石方量与石方单位炸药消耗量以及 经验系数的乘积来确定，计算式结构简单明了，但要使 炮孔装药量符合实际情况，不出现因炮孔装药量的原因 而产生爆区残留石丁、石埂、爆后石方粗度过大而影响 挖清碴试验，及时检验爆破后的实际效果，如出现爆后 石碴粗度过大，机挖清碴工效不高，残留石丁、石埂等爆 破不完全，爆后石碴过于粉碎，单位炸药消耗量过大的 开挖清碴工效或石方过碎而过大加大炸药消耗成本，必 不良情况时，根据实际情况适当调整炮孔的间距、排距、 须正确选定如下几个有关参数。 超钻深度和单位炸药消耗等参数，直至达到爆后效益良 ２．１．１炮孔装长度 的参数 《规范》中，水下钻孔孔底标高，同排孔底应同一高 程，装药长度应为孔深的２／３～４／５，软岩取较小值，硬 好为止。 ２．２钻孔定位 （１）在设计的航道进行水下炸礁工程，准确布置每个 炮孔位置，是防止漏炸或重炸的基本措施。根据经验，最 好用１／１００￣１／３ｏｏ比例的航道地形图和全站仪进行定 岩取较大值，这里关键的问题是，所计算的炮孔装药量 是否满足装药长度为炮孔深度的２／３－４／５的参数要 求，在水下炸礁的施工实践中，往往由于炮孔直径过小 或线装炸药直径与炮孔直径比值小于０．８０１～２时，炮 位布置钻孔，不宜使用水平仪或直接用皮尺丈量的距离 法定位布置，以确保炮孔的位置与设计位置偏差值≤ 孔装药长度往往大于炮孔的深度的２／３～４／５的要求， 即炮孔装药后，炮孔已没有足够的堵塞长度的空间，甚 至炮孔的深度无法装下所计算的装药量。出现这种炮孔 装药长度过大的情况时，便往往出现爆区残留石丁、石 ０．２ｍ的规范要求。如炮孔的实际位置为溶沟等不良地 质而无法钻孔时，也应在计划钻孔位置附近适当位置钻 孔。 （２）当钻船进入施工场地锚定以后，外套管靠自重下 一１５２一 广东建材２０１１年第７期 施工技术 沉到水底钻孔位置的覆盖层上，并用船舷固定盘和下甲 而引起炮孔包的瞎炮出现，放炮前除严格做好引爆雷管 板的固定环将其套住。把内套管插入外套管中并固定在 及输电导线定量检查外，实践证明，每个炮孔的药包间 上甲板的固定圈处。然后，钻具靠自动调节的双套管的 隔装入至少两个引爆的导爆管，是提高水下炸礁准爆率 导向，准确地通过覆盖层钻进岩石中。随着潮汐的涨落， 的有效措施之一． 固定在船上的内套管可在外套管中伸缩自动适应水位 等的影响。 （２）每次较大面积和多炮孔的爆破前，必须做爆破网 线路联结方法以至药包的防水性能等。必须进行爆破模 拟试验，以及时优化网路设计。目前在多炮孔的网络引 的变化，使钻孔作业避免潮汐、流态、波浪以及流沙淤孔 路设计，网路设计中，所使用炮孔引爆雷管和导线材料， ２．３装药 （１）一轮钻孔作业全部完成停机，钻工退离，爆破员 爆时，一般为使用多发塑料导爆管并联后分组用８＃电 带药包上船，并按编号在导管内吊送药包，静止好复核 雷管或击发起爆，由于多发塑料导爆管并联后等于电雷 吊索剩余长度，检查药包是否到底，如发现偏差过大，应 管绑扎引爆的可靠性难于确实全部准爆，为提高准爆 重新检测，确认无误后，才能将吊索绳头并浮标放人套 率，可增加电雷管的数量或附加小药包做引爆外，重要 的爆破网路最为直接采用导爆索等与多组炮孔并联或 （２）一轮炮孔全部对号投入药包，由爆破员发出指令 串联进行击发引爆的措施。（３）在流态复杂的爆破区的水面上，把爆破网线置于 后，钻工重新就位提拔出导管。 （３）钻工将全部导管拔出后，指挥员发出封船信号、 若干浮标的水面上，以方便网络联接、检查，防止急流造 管内。 巡逻艇出动警戒，爆破员待爆破网路连接完毕后随作业 成导线断开而拒爆。（４）使用微差爆破技术的措施，炮孔装药用毫秒延期 船退避，泊于指定安全水域。 ２．４起爆 （１）作业船泊好停机，爆破指挥员与警戒艇通话，巡 视行船动态，船道安全即发出预备信号。 的微差爆破技术，除了尽可能减少最大一段（发）的齐爆 炸药量，以有效降低地震波与水冲击对周边附近建筑物 和船舶的安全威胁的作用外，而且在每次多孔较大面 积，进行微差延期爆破时，每个炮孔的爆破产生的地震 波错开而减少地震应力的叠加，有利于岩石的破碎与提 高机械清碴效率。 ．（２）预备信号发出五分钟内爆破员应接好终端引爆 装置，指挥员再次与警戒艇对话，通知起爆。 （３）爆破员接好引爆装置，即报告指挥员准备完毕； （４）指挥员用三声长哨音，指令爆破员起爆，当第三 ４结束话 声发出后，爆破员按动引爆装置起爆。 水下炸礁是一项工程巨大的特殊水运工程，在施工 （５）起爆后，监炮员向指挥员报告监测情况，如无发 实践中，根据各现场工程地质、水纹等不同条件，对施工 现瞎炮则向指挥员发出解除警戒信号，解除封航。 过程进行严格的控制，是获得项目工程高质高效的重要 ・＇Ｊ－ ，一 ３提高水下炸礁实际效果的几项技术措施 ３．１尽可能减少爆破次数的措施 在大面积钻孔爆破工程中，每次钻孔爆破后的边界 岩石爆破的裂缝，均有不同程度影响下次正常钻孔效率 与清渣效率。如某码头两个各数十平方米的墩台基石钻 孔爆破中，由于每次钻孔ｌ～２炮孔进行小面积多次分 层爆破的不当措施而导致钻孔、开挖效率极低，工期与 造价比计划高出２倍以上。因此，加大装炮与接线爆破 保证。● 的措施，尽可能减少爆破次数的大面积爆破，是提高工 效的有效措施。 ３．２提高大面积爆破准爆率的措施 （１）为防止引爆雷管的定量及线路联结方面的问题， 一１５３—