闽江特大桥深水基础水下基坑控制爆破施工技术

鲜云兵

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 212151）

1 工程概况

南龙铁路闽江特大桥位于福建省南平市延平区境内，桥梁长度1066.41m，桥梁跨越峰福铁路及闽江Ⅳ级航道。其中17#、18#主墩水下基础尺寸为30.25m×19.75m，水深15m～20m，基础埋置于闽江河床岩层下7m～10m，需进行岩质基础水下基坑开挖，开挖坑底平面尺寸为39.75m×29.25m，边坡坡率1：0.5，水下爆破总方量为2.2万方。基坑爆破开挖距离峰福铁路最近距离159m。

2 施工方案

2.1 总体施工方案

桥墩基坑水下爆破采用平台作业船钻孔，每艘作业船上配两台高风压潜孔钻机，孔径为138mm，分片分层爆破，一次分片爆破面积不大于50m2，每次爆破深度不大于3.5m，分2～3次爆至设计标高，先从桥墩中间开始按排钻孔爆破，然后向两侧放坡方向推进。每层爆破完成后进行清碴，清碴平台两艘，锚艇四艘，每台清碴平台配一台长臂挖机（臂长25m），清渣后再进行下一次钻孔爆破施工，循环直至基坑清碴完成至设计标高。边坡处根据边坡底高程钻孔至边坡线处，钻孔角度为垂直孔，边坡坡度为1：0.5，施工至边坡时，按放坡要求每排间隔改为50cm，以保证边坡的平顺度。

2.2 施工测量控制

1）平面控制，施工区平面控制网点布设必须满足《水运工程测量规范》 （JTJ203—2001） 及相关技术文件要求。①施工基线方向的允许误差值±12秒；②施工基线长度的允许误差值l／10000；2） 施工船舶定位，爆破作业船采用RTK—DGPS定位（精度：±3cm+1ppm）技术，在闽江岸上开阔地设立RTK—DGPS基准站控制点，由RTK—DGPS定位系统把作业船上的钻机孔位的平面位置显示到电脑显示窗口，定位时，移动锚具，使实测孔位与设计孔位点的平面偏差控制在0.2m以内；3）高程控制，水下基坑爆破作业时，根据实时水位数据对作业船上的RTK仪器进行水位校正，以便能够正确控制钻孔的深度。作业船进行施工时，直接能从电脑上观测得到实际水位高程。

2.3 工程设备

本工程处于闽江上游，采用当地租借船只、焊接拼装成所需作业平台，然后将钻机、空压机、抛锚设备、定位设备等由陆运至施工地点。

爆破钻孔：钻孔机具安设在浮平台上，同时装有抛锚的锚机6台，首尾两具中锚，锚缆长

100～200m；两侧共四具边锚，锚缆长80～150m。

石渣清理：爆破完毕后，采用定制的浮船作为载体搭载长臂挖掘机进行爆渣开挖后运输船运输，清渣平台如照片2。

爆破钻孔、石碴清理浮平台采用长30m，宽10m的方驳，抛设八字锚定位，锚缆长度不小于50m。

2.4 爆破设计

1）爆破器材的选取，水下爆破采用防水性能好的高能乳化炸药，药卷用塑料袋包装，药卷直径为中110mm，每条药卷长度50cm，重量约为4kg，炸药的爆力为320ml，用8#铜壳电雷管作为击发元件、非电导爆管为传爆元件，非电雷管为起爆元件引爆药包。

2）钻孔布置示意图

3） 单孔药量计算，炮孔装药量经验公式为Q=q×a×b×H式中：Q—炮孔装药量，kg；

q—炸药单耗，kg/m3；

a、b、H—孔距、排距、孔深，m；

①单位耗药量（q）

水下钻孔爆破单位炸药消耗量按岩石坚硬程度取值：一般软岩或风化岩，取1.72 kg/m3；中等硬度岩，取2.09 kg/m3；坚硬岩石取2.47kg/m3。本工程取2.47 kg/m3。

上述爆破参数W、a、b、q根据经验选取，最终参数经试爆确定。

图2 基坑爆破孔位断面图

说明：

1）a--孔距，b--排距，H--高度，h～超深；

2）图示为梅花形布孔方式；

3）根据现有施工船舶的性能及施工经验，确定以下参数：

钻孔孔距：a=1.5m

钻孔排距：b=2.0m

钻孔直径：D=138mm

药卷直径：d=110mm

岩层厚度：H=3～3.5m（单次）

钻孔超深：h=1.5～2.0m

实际孔深=岩层厚度+2.0m

②单孔标准装药量（Q）

单孔药量（与爆破岩层厚度有关，以岩层厚3.5m为例）：

③ 堵塞段 （h0）

h0=w=1.5m，计划堵塞1.5m，采用碎石或粗砂进行堵塞。

2.5 布孔、钻孔

采用梅花形布孔，起爆时采用微差起爆的顺序，利用其空中碰撞达到块度均匀的效果。采用高风压钻机钻孔，孔径138mm，一次钻孔到设计底高程（加超钻深度）。钻孔完成后施工人员通过测深绳放入转机套管内检查孔深是否到位。孔位、孔深、角度符合爆破设计的要求，误差在允许的范围内，钻孔精度的控制具体如下：

①钻孔位精度，钻孔作业应尽可能地按爆破设计的炮孔间距和排距钻孔，为了保证爆破效果，钻孔孔位误差为±10cm，对于一些不能按设计钻孔的炮位，应适当地前后左右移动，不能轻易地取消炮孔。

②钻孔角度的精度，为了控制爆破飞石，在钻孔作业时，特别是同一排炮孔，倾斜角度的误差不大于±5度。

③钻孔深度的精度，严格控制钻孔深度，一般误差不大于±30cm。对于个别的堵孔、卡孔现象，用炮棍捣通或用高压风管吹通，否则，应重新补孔。

2.6 装药与堵塞

使用合适炮棍进行装药，在装药过程中引导炸药保证顺利装药和堵塞长度。起爆雷管必须按设计要求放入孔内，并在周围用炸药将空隙填满，同时将雷管的导线引至孔口保护好。装药完毕后，药室中间采用空气间隔堵塞，孔口采用细沙料充填。

2.7 起爆网路联接

爆破采用非电毫秒差导爆管雷管及导爆索，起爆网路采用非电导爆网路，具有起爆网络抗扰性强、安全性好、起爆可靠、起爆数量不受限制、使用方便等特点。

1）网路联结形式，采用非电毫秒差导爆雷管的空内延时起爆网路。每孔装入两发毫秒差导爆管雷管，孔内导爆索联接各个药卷，以确保爆破的可靠性。

2）延期形式，孔内采用毫秒差导爆管（小于500毫秒）雷管延期起爆，以降低每段齐爆的药量，充分达到延期和减震的目的。

3）爆破方式，孔外接导爆索联接各个孔雷管的导爆管，最终采用非电起爆器引爆导爆索来引爆整个网路。

当总药量趋近一次最大起爆药量时，检查导爆管雷管网路有无漏接和错接，接点连接牢固，做好起爆前的准备工作。

2.8 石渣清理

整片爆破完成后开始石渣清理，同样采用GPS-RTK定位系统将平台定位到开挖位置，由平板泊位上载有的长臂挖机清挖，从墩坑的边坡处开始清挖，然后向另一侧边坡推进。

石渣清理需分层进行，每层的开挖深度70～100cm，若未达到设计标高，可由钻爆船补爆后继续清挖。

水下清碴施工的关键是清挖船的移船定位、浚深控制作业。山区河流的一个最主要特征是流速较大，因而施工船舶必须平行于水流方向作业，清挖船在施工中采用锚缆控制平面位置，在施工水域清挖船抛设主锚缆及八字锚缆，主锚缆用以控制船体上、下移位，八字锚缆（或横锚缆）控制船体左、右移位，锚位必须设浮标标志。

3 质量保证措施

3.1 测量定位质量保证措施

1加强对施工水位的观测，以保证施工浚深。钻孔前采用卫星定位系统定位放样，要求实际孔位与设计孔位偏差在±0.2m范围之内，准确测量基岩顶面高程，以确保钻孔深度达到设计要求，避免漏爆；2）在下、起钻前都要实时察看水位，以确定下钻深度，在施钻过程中，水位每变化0.1m要修正一次下钻深度，确保设计深度。钻工通过下钻控制孔深。钻孔完毕，炮工用测深绳检查孔深。

3.2 钻爆施工质量保证措施

1）钻孔不宜分层，应一次钻深到位。钻机船移位时不得越过已装药的炮孔，以免刮断导爆管造成盲炮；2）控制钻孔深度，并做好施工水位、爆破签证记录，填写钻机船施工记录；3）必须严格按爆破设计控制装药量和起爆顺序。

3.3 开挖质量保证措施

1）加强施工平台RTK仪器的校核、观测，发现误差及时调整；2）清挖船严格按照定位软件设置的开挖线标志施工，并经常校核；3）清挖船施工时，根据水位、坡高、地质、吃水、冲淤及实际挖深等情况调整抓斗下放深度。

4 结语

1）通过优化爆破设计参数及试爆试验，严格控制单次最大起爆量及总装药量，有效的控制了爆破对既有闽江通行航道及邻近峰福铁路既有线的影响；2）对于桥位处闽江水深、基坑体积大、岩石硬度高及岩面完整等实际情况，通过精确水下测量定位措施，合理设计了水上作业平台。