青岛港前湾航道扩建工程爆破开挖施工研究

魏博

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁沈阳110003）

0 引言

航道清淤疏浚工程建设可提高航道现状的通航能力，具有十分重要的经济、环境效益。针对地质情况较好的区域进行扩建时，需采取爆破开挖等手段，以提高航道扩建效率[1-5]。以青岛港前湾港为研究对象，对航道扩建工程爆破开挖进行研究。

现状青岛港前湾港航道宽280 m，航道底标高为-15.0 m，可满足双向5万t级集装箱船通航需求，10万t级集装箱船可乘潮单向通航。为了提高航道的通航能力，对航道进行扩建处理。扩建后航道中心线与现状中心线一致，沿中线两侧各扩宽105 m，航道总宽由280 m增加至490 m。航道底标高由-15.0 m浚深至-16.5~-18.3 m。航道基岩较为复杂，多为花岗岩，并有少量的玄武岩、安山岩、角砾岩及凝灰岩，已不同程度风化，基岩强度相对较高，采用机械直接开挖难度大，综合考虑采用爆破开挖。

1 爆破参数选择与装药量计算

1.1 爆破参数选择

为了不影响航道的通行使用，采用水下爆破方式对航道进行扩建。炸药采用性能较好的乳化炸药，药卷直径为90 mm，长40 cm，采用塑料袋包装，条形药包的线密度为8.0 kg/m。导爆管雷管采用山东银光防水型毫秒级，用击发枪引爆。

根据地质钻探资料，并结合现场岩石变化确定钻孔爆破参数。

1）炮孔直径d：140型钻机，钻头直径140 mm。

2）最小抵抗线W：

式中：k为系数，取18。140型钻机最小抵抗线取2.5 m。

3）炮孔间距a：

取a=2.5 m。

4）炮孔排距b：

取b=2.5 m。

5）钻孔超深h：一般情况下，根据区域以往的工程施工经验取值，100型钻机孔网参数为2.5 m×2.5 m，超深为2.5 m。

1.2 装药量计算

根据水运工程爆破相关规范及相关经验，该工程的装药量按钻孔深度的85%进行装药。单孔装药量=（岩层厚度+超深）×85%，则岩层厚1，2，3 m的单孔装药量为20.0，25.6，32.0 kg。

2 爆破设计

2.1 钻孔定位

根据工程的水文、气象、地质、地貌等情况，钻机船采用左右四口八字锚进行前后和左右移动，边锚钢缆的最长长度约150.0 m。

钻机船共安装6台钻机，每一区段的长度为30.0 m。每个区段内的孔按梅花形布置。在水下钻孔定位时，利用具有RTK（实时动态分差）功能GPS全球卫星定位系统进行钻孔定位。先在岸上已知控制点上设置基站，并在钻机船上设置移动站，按爆破设计的布孔图将每排钻孔预先绘制到GPS测量软件中，在施工定位时，根据GPS测定每排孔的平面位置与设计的平面位置相比较，在电脑上量出偏差距离，由施工技术员根据偏差的距离和方位指挥钻机船移动到设计的钻孔位置上。钻孔放样误差需控制在0.2 m范围内，需要根据当天潮位准确计算钻孔孔深，要求一次钻爆到设计深度。施工期间，原有航道改道，炸礁船抛锚不会影响航道正常通航。

根据钻孔时的潮位计算该钻孔深度：钻孔深度=潮位（m）+设计底标高（m）+超深值（m），其中潮位为开钻时的实时潮位；超深值为了达到预定的爆破效果，消除爆破区域内会因爆破漏斗对岩石的实际爆破作用而会产生的石丁，所以该区域内超深按2.5 m控制。

2.2 药包的加工、装药和填塞

药包可在房间内加工完成后，运至现场，药包长度需要根据每个钻孔实际装药长度确定。药包制作方法：将药柱置于竹片中并绑紧竹片；安装导爆雷管，并装入特制编织袋内；使用胶带将导爆管与炮绳绑扎。在装药过程中应控制节奏，药包缓慢置入套管内并拉紧炮绳，利用重力作用，将药包放入引爆位置。采用连续装药结构，每个孔根据岩石厚度情况，装2或4发导爆管雷管，以杜绝哑炮。装好药后，根据炮绳余长判断药包是否到位。孔口用细石碴进行回填。

2.3 起爆网路

起爆网路采用排间、孔间微差爆破，雷管连接形式为“一把抓”。用双起爆雷管连接引到钻机船上，用击发枪起爆。

3 爆破有害效应安全验算

3.1 爆破振动安全验算

爆破地震安全振动速度按下式计算：

式中：Q为起爆药量，kg；R为起爆药包中心至建筑物距离，m；V为安全振动速度，取5 cm/s；K，a为与爆破点地形、地质有关的系数，取值分别为250和1.8。

因该工程炸礁区域附近西侧有码头，南侧有护岸，施工区域距建筑物距离见表1。

表1 码头和护岸距离表m

根据施工区域分别距离建筑物的距离验算最小允许安全用药量见表2。

表2 最小安全用药量

由表2可知，该工程的最小允许用药量为783 kg。因此，为了保证在爆破期间码头正常生产运行停靠船，计划在所有炸礁区统一控制最大单段用药量为360 kg，当一次爆破总用量超过360 kg时采用分段延时雷管延时爆破，确保码头及停靠的船舶安全。

用最大单段用药量360 kg反算爆破振动的影响范围为62.5 m。爆破振动影响范围计算式：

通过以上的正反计算，爆破振动对81 m外的码头和停靠船舶均是安全的。对更远距离的建筑物、护岸等均是安全的。

雷管具体分段延时时间见表3。

表3 雷管分段延时时间表

3.2 爆破冲击波安全允许距离

按照JTS 204-2008《水运工程爆破技术规范》规定，在水深小于30.0 m的水域进行水下爆破，该工程水深为15.5 m左右。由于此次施工一次起爆药量小于1 000 kg，因此，不考虑一次起爆药量大于1 000 kg时，水中冲击波对人员和船舶的安全影响。

1）冲击波对人员的安全允许距离见表4。

表4 水中冲击波对人员安全允许距离m

经现场了解，工程附近没有水下作业，无海水浴场，施工中加强现场排查，不会对在游泳和潜水活动区域内的人员造成不安全的影响，完全满足规范的要求。

2）冲击波对施工船舶的安全允许距离见表5。

表5 水中冲击波对施工船舶安全允许距离表m

为了保证施工期间航道通行船舶的安全，可发布通航通告，使得通行船舶避开施工水域。在爆破施工前1 h，与港区调度及周边船舶联系，预留出安全距离后，方可引爆。

4 结语

为了提高航道的通航能力，青岛港前湾航道进行了扩建改造，由于航道岩体强度较大，采用机械开挖难度高，且会中断航道的通行。因此，综合考虑采用爆破开挖的方式对航道进行扩建。通过计算获取航道的爆破参数和用药量，结合实际情况分析起爆方式及参数。通过安全分析，采用控制炸药量的方式可保证航道工程安全，可为类似工程提供参考。