复杂环境中厚岩层水下炸礁施工工艺控制

李乃师

摘 要：以国投湄洲湾第二发电厂2×1000MW机组工程取排水项目（含循环水泵房土建）工程为例，主要对复杂环境中厚岩层水下炸礁施工的地震波控制及安全措施做浅析。

关键词：水下炸礁 振动速度 欲裂钻孔

1.工程概况

1.1工程位置

国投湄洲湾第二发电厂2×1000 MW机组工程位于湄洲湾东埔镇塔林村，在湄洲湾电厂一期工程和湄洲湾煤炭码头一期工程北侧海岸。

1.2工程量及周边环境

该工程基槽的炸礁设计底标高为-10.02m～-18.05m，炸礁工程量约为25万m3，炸礁厚度约为3m～16.8 m。

排水基槽南侧有已建国投湄洲湾一期煤炭码头，距离该码头T2楼最近距离为688.5米；距离太平洋电厂码头709.5m；距离太平洋电厂循环水排水口540.4m；距已建厂区西侧围堰293.3米；排水基槽爆破区距离最近的村民民房682.4米。爆破周边环境复杂，控制要求难度大。

设计低水位-2.83m，设计高水位+4.17m，平均潮位0.63m，增加施工难度在于低潮时部分岸滩裸露无法钻孔和爆破施工。炸礁区岩层较厚，最大炸礁厚度16.8m，单孔装药量达到120kg，对炸礁工艺控制要求非常高，所以厚岩层水下炸礁的重点是控制爆破振动，保证周边环境的安全。

2.炸礁施工工艺

2.1施工安排

本工程采用一艘桩腿式和两艘漂浮式炸礁船进行水下钻孔、装药、爆破施工；岩面较高的区域先预钻孔，插入管子封堵管口，最后再爆破。清礁为一艘6m3抓斗船配两艘1000 m3泥驳。

2.2水下炸礁施工工艺流程

钻爆船定位→水下钻孔→加工炸药体、装药堵塞→起爆网络联接→钻爆船撤离→警戒起爆→检查完成，依此工序循环至炸礁工程完成。

3.炸礁施工方法

3.1 测量定位

炸礁船采用RTK定位仪定位，漂浮式艏艉各抛设八字锚，锚缆长约200m，桩腿式下四根钢桩。

3.2 孔位布置

孔位布置采用梅花形布孔，定位时，实际位置和设计位置在误差范围（0.2m）内为止。

3.3 钻孔

施工时根据开挖底边宽度和岩层厚度、边坡等参数确定钻孔底宽进行炮孔布置，采用潜孔冲击钻钻孔，要求一次钻至设计标高。

3.4 爆破参数选取

执行首件（段）制开展典型施工，选用3组孔网参数（3.0 m×2.5m、2.5m×2.5 m、2.5 m× 2.0m）进行试爆试验，比较爆破过程和结果择优选取后续爆破参数如下：

孔距a：取a=2.5m；排距b：取b=2m；孔径d：球齿钎头外径125mm，因此孔径d=115～125mm。

超钻深度Δh：计算公式√（a2+b2）/2=2.5m，本工程超钻深度Δh 取3m。

药柱直径D：选用高能乳化炸药，药柱直径D=90mm。

所选取的技术参数必须通过实时监测，针对不同地质情况，对爆破参数进行调整。

3.5 装药和堵塞

炮孔钻完后必须要核对设计标高，再由专人装入炸藥体。炸药要装满炮孔，根据孔深加工相应长度的炸药体，长度<3m时在炸药体中间装一个起爆体；长度≥3m时在两端均匀装两个起爆体。

炮孔装药量计算公式为：

Q=q·a·b·H

式中：Q─炮孔装药量，kg；

q─炸药单耗，kg /m3，取q= 1.97kg/m3；

a、b、H─孔距、排距、孔深，m；

装药完毕，达到要求后采用砂袋或者碎石袋进行堵塞，堵塞厚度为不少于0.5m。

3.6 起爆网路设计与联接

选用的药体直径90㎜，每节长度40cm，重量3㎏，非电雷管做击发元件，选用雷管段别为3ms、10ms、15ms；非电导爆管为传爆元件，采用非电雷管毫秒微差起爆网路，能有效降低爆破引起的振动速度，孔内为毫秒微差导爆管雷管，孔外为非电导爆管雷管连接到炸礁船上的起爆器。

3.7 爆破警戒和起爆

起爆前，通报港区码头等有关单位，水上派出警戒船在外侧水域巡逻警戒，提前疏导过往船舶、告知预计起爆时间；岸侧警戒范围为爆破点方圆500m，警戒人员提前30分钟就位警戒。

爆破员联接好起爆网路后拉响警报，全部船舶移至安全范围外，确认安全信号后，下令起爆。

3.8 震动监测

根据《国投湄洲湾第二发电厂取排水工程施工安全协议书》要求地震波速度≤0.2cm/s，按照业主要求，聘请武汉大学进行测振工作，确保振速不超标。设置4个监测点，距离爆破点最小距离500m。

典型施工开始最大单响药量为51kg，采用两孔一响的毫秒微差起爆网络，监测结果显示4#测点（距离250m）最大振速为0.35cm/s，距离500m外其他测点均<0.2cm/s。由波形图分析可知，存在部分时段实际单响药量过于集中，不利于削峰减振。第二次将起爆网络改为单孔单响，最大单响药量为54kg，监测结果显示爆破振速均在0.1cm/s以内，满足各方的要求。之后采用逐级提高单孔装药量进行试爆，获取相关参数确保后续爆破振速不超标。

3.9预钻孔施工

岩面较高的区域（A1区低潮裸露）岩层厚度最大约16.8m，利用施工间歇期预钻孔，钻孔完毕后插入PVC管，然后封堵管口防止杂物堵塞，等其他区域完成后，乘高潮定位，低潮装药，爆破时间选在大潮位高平潮进行。

4.危险源评析及安全控制方案

4.1水下爆破地震波

（1）风险分析：水下爆破的危害地震波主要有三个：一是爆破直接形成的地震波；二是水体冲击地面引起的地震波；三是气体脉动水压力引起的地震波。

根据《爆破安全规程》地震波安全距离计算公式：

Q—微差起爆时指最大单响装药量；

R—被保护建（构）筑物的安全距离，m；

V—允许爆破地震安全速度，本工程取1.5cm/s。

K.α—地形、地质的爆破系数和衰减指数，本工程礁石为花岗岩取K=150，=1.5。

当地要求爆破地震安全速度根据《国投湄洲湾第二发电厂取排水工程施工安全协议书》取0.2cm/s，而本工程单孔装药量最大120kg，按照专家评估意见取K=49.63，α=1.17。村庄最近的民房实际距离在600m以上，计算得出，120kg最大装药量的安全距离为549.3m，采用分段微差爆破，爆破地震波能满足要求。

（2）预防和防护：①熟悉地质条件，为编写爆破施工方案提供依据。②严格按典型施工总结指导作业，逐步优化爆破参数和方案。③严格执行监测方案，确保安全振速不超标。④严格执行毫秒微差爆破网络的连炮要求。

4.2水中爆破冲击波

（1）风险分析：炸礁区域离岸近，爆轰波会引发强烈的冲击波，且其在水中减弱慢，影响距离远。根据相关规范要求，单次爆破药量Q≤1000kg时，冲击波安全距离为：木船250m，铁船150m，客船1500m，游泳和潜水人员分别为1100m、1400m。本工程单次起爆药量都≤1000kg，按此项执行。

（2）预防和防护：①严格按照典型施工总结指导作业；②加强各岗位人员的沟通，严格警戒。

4.3爆破飞散物

（1）風险分析：爆破飞散物主要指破碎岩石和被爆炸击碎的其他物体碎块。按照相关规范规定，爆破点在6米以上深水水域时可以不考虑飞散物的影响；水深在1.5～6米时，安全距离不小于200m。本工程基槽大部分礁石区域高潮时水深在6m以上，小部分礁石区域高潮时水深也在4.5m以上，只要爆破时选择在大潮高潮水位，可不必考虑飞散物影响。

（2）预防和防护：①确保在高潮水位时爆破；②加强各岗位人员的沟通，提前疏散船只和人员。

5.结束语

本工程的礁石岩层超厚，单孔药量较大，周边环境特别复杂，当地对炸礁施工的要求又特别严格，但是通过专家的评审指导，实行典型施工和振动监测的不断试验，不断的调整施工参数和起爆网络，有效的控制了爆破地震波，满足爆破安全要求。同时，采用在炸礁区边缘的礁石预钻一定数量的预裂孔，以达到削弱爆破地震波的作用，已开挖好的取水基槽深度在10m～12m，对排水基槽超厚岩层炸礁产生的爆破冲击波也起到了缓冲作用，进一步减小了对岸侧环境特别是老旧房屋的影响，也总结了相关的施工技术经验。

参考文献：

[1]长江重庆航道工程局.水运工程爆破技术规范： JTS 204-2008[S].北京.人民交通出版社. 2008.