浅谈港口航道工程水下炸礁施工的质量控制

许宗意 中交广州航道局有限公司

目前，水下炸礁施工在港口航道工程中得到了迅速的推广与应用，但在水下爆破作业中，由于受到施工环境、地质条件以及水文特点等的影响与制约，使得水域爆破难度随之增大。大量施工实践证明：水下炸礁施工具有效果良好、所有炮孔全部起爆、礁石块均被破碎、无浅点、爆破震动与水冲击波可以控制在安全范围之内，且不会对岸边建筑物体和水中生物造成危害。

1.工程概况

阳江港进港航道改造工程位于海陵湾港区，航道范围南端由原5万吨级深水航道往南延伸至-15m自然水深处，北至阳江港海陵湾港区#5泊位附近。本工程在现有航道基础上升级进行浚深和拓宽，航道全长20.055km（A-G段），按10万吨级散货船乘潮满载单向通航标准建设，其中A-E段同时满足80000mLNG船满载单向全潮通航要求。

阳江港进港航道改造工程自南向北共分为AB、BC、CD、DE、EF、FG 共6 个航段，通航宽度215 m～265 m。其中AB段通航宽度265m，设计底高程-15.5m（-15.7 m，括号内为局部底质为岩石的区域设计取值，下同）；B-E段通航宽度240m，设计底高程-15.0 m（-15.2m）；E-G 段通航宽度215m，设计底高程-15.0m（-15.2m）。各航段航道边坡均取1∶6（底质为岩石的区域局部取航段设计边坡1∶2），本工程炸礁区域共有9 个区域，炸礁面积为157112 m，炸礁计算断面工程量为186419m³，炸礁工程区域示意如图1所示。

图1 工程炸礁区域示意图

2.爆破参数设计与选择

2.1 炮孔布置与药包直径

水下爆破作业条件复杂，为有效降低本工程项目施工难度，减少钻孔工作量，炮孔按三角形或梅花形错开布置，药包直径应小于炮孔直径10～20mm，且炮孔直径使用Φ115mm的炮孔；

2.2 炸药单耗

水下爆破作业除了需要破碎岩石之外，还应当努力克服水与礁石表面的阻力，炸药单耗应综合考虑自由面条件、爆区水深等的因素。而在通常情况下，水下作业炸药单耗远远大于陆域爆破作业，根据瑞典水下炸礁爆破作业炸药单耗，按照公式1计算本项目炸药单耗：

式中：q1代表水下爆破作业爆破所需基本药量，取值范围为陆域爆破炸药单耗的2倍，如果使用垂直钻孔，在基本药量上可增加10%；

q2代表爆破区上方由于水压造成的炸药量单耗增加量，应当为水深的0.01倍；

q3代表炸礁覆盖层造成的炸药单耗，为炸礁覆盖层的0.02倍，

q4代表水下炸礁因膨胀或者扩容而造成的炸药单耗量，为台阶高度的0.03倍；

根据水下礁石物理学性能和清礁设备的运行能力，并在参考同类工程项目成功经验的基础上，综合考虑多方面的因素，得出本工程项目炸药单耗量为：q=1.62-2.07kg/m。

2.3 孔排距

水下作业爆破布孔首先要综合考虑与使用的钻爆平台一致性，作业流程越简单越规则越好。同时，为了保证孔底开挖面不会留下未经过爆破的岩石，炮孔上部不会出现过多的大块，并避免和减少二次水下作业，本工程项目采用垂直钻孔、巨型布控相结合的方式，结合水下爆破成功经验按照公式2计算孔排距：

式中：a代表孔排距；

md代表炮孔的直径；

根据水下爆破作业平台钻机参数，爆破区域礁石性质以及施工过程中的自然环境因素，并通过实验前后对比水下浇石暴露的效果和清渣效率，确定本项目孔排距a=2.5m，排距b=2.4m，在工程项目具体施工过程中，可以根据实际情况对孔排距进行微调整。

2.4 超深

近海水域礁石表面覆盖层后，泥沙量较大，如果套管保护不当，泥沙很有可能会淤填炮孔。同时，由于水下钻孔爆破如果欠挖、超挖，补爆破难度较大，费力且费时，考虑到本工程项目为航道增深，为了保证一次爆破可以达到施工组织设计要求，故此超深取值范围为：Δh=1.5m

3.装药和起爆

3.1 装药结构

水下爆破炸药选择类型对于爆破效果具有重要的影响，根据对成功施工经验以及爆破效果的综合分析，本工程项目采用防水性能强特制水下专用乳化炸药，药柱直径为90mm，长度为50cm，每支装药3kg。

药包需要经过专业加工后，保证可以发挥良好的爆破效果，具体方法如下：

（1）使用3只竹片将药柱夹好、裹紧、药柱与药柱之间应当紧密连接；

（2）在药包底部安装起爆体，在起爆体内部并联安装两发导爆管雷管，将其安装于要住长度的1/3处，使用胶带将导爆管、炮绳、药包绑扎于一起，装药流程如图2所示。

图2 装药流程示意图

3.2 起爆网络

（1）为保证本工程项目施工质量，在充分考虑项目所在区域内自然环境和保证爆破安全的基础上，使用排间毫秒延期爆破方式，延期时间应大于等于25ms；

（2）孔内起爆体中安装两发防水毫秒导爆管雷管，不同孔排采用连接形式，并将导爆管均匀地布设到起爆周围，导爆管端头和起爆雷管之间的距离不小于15cm，水管的聚能指向导报管传爆的反方向，使用胶带将其绑扎牢固，排间并联采用电力起爆；

（3）浅孔时，每一次起爆6-7排，爆破面积大约为216～252m；

（4）深孔时，每一次起爆4～5排，爆破面积大约为144～180m；

为有效防止淤泥进入钻孔内，钻孔作业完毕后，应在套管保护下装药，并堵塞，起爆网络示意图3所示。

图3 起爆网络示意图

4.水下炸礁施工的质量控制

港口航道工程水下炸礁施工质量水平的高低对于航道工程的使用效果至关重要，为了保证水下炸礁施工质量可以达到预期，根据同类工程项目成功施工经验以及查阅相关参考文献，水下炸礁施工质量控制措施如下所述：

4.1 合理确定爆破参数

本工程项目根据同类工程项目成功爆破参数以及实际试挖结果，通过不断调整爆破参数，已获得合理爆破参数，保证爆破效果。

4.2 精准钻孔定位

精准钻孔定位是防止水下炸礁漏礁和重炸的重要手段之一，这就需要相关人员将炮孔的位置与施工组织设计偏差值控制在0.2m范围之内，并采用测量精度高的GPS-RTK进行准确定位。

4.3 减少爆破次数

对于面积较大的钻孔爆破，每一次钻孔爆破之后，边界岩石的爆破裂缝都会受到不同程度的影响，此保证下一次钻孔效率和清渣效率。因此，应当注重和加强对装炮与接线爆破重视程度，减少和降低爆破次数，保证爆破效果。

4.4 提高爆破准确率

大量施工实践证明，每一个炮孔药包直接放入至少两个引爆导爆管，这是有效提升水下炸礁爆破效率的重要方法，在大面积和多炮孔的爆破工作开始之前，必须要进行爆破网络设计，所使用到的炮孔引爆雷管、导线等的材料、线路连接方式以及药包的防水性能都要进行全面考虑，进行爆破模拟实验，以此能够及时优化和完善网络设计；对于流水比较复杂的爆破区域，应当将爆破网线设置于在方便网络连接检查，防止由于急流造成的导线断裂而出现的拒爆问题。

4.5 运用微差爆破技术

套孔装置应当使用毫秒延期的微差爆破技术，尽全力减少最大一段距离炸药使用量，以此有效降低地震波与水冲击波对附近建筑物体、船舶安全造成的威胁；对于爆破面积较大的多孔爆破，在运用微差爆破技术进行爆破时，每一个炮孔爆破而产生的地震波，更加有利于延迟破碎和提升机械设备的清渣效率。

4.6 改进炸药和雷管装置

本工程项目水下炸礁延时厚度高、硬度大，综合考虑到潮起潮落，水深深度应控制在25m及以上，由于一般的乳化炸药难以满足相关要求和标准，同时深水水下炸礁在深水中由于受到水压的作用，爆破的速度和力度都会降低。加之，深水炸礁水涨时水深可达25m左右，爆速就会降低25%，力度衰减30%，如果不采取针对性的措施，不仅会增加炸药单耗量，还会导致起爆不全面，传爆中断等问题的出现，进而出现盲炮、残炮等，给爆破效果造成较大的负面影响。为此，本工程项目经过对施工现象的实地考察、炸药生产厂家沟通以及实验等的多种举措，最终确定使用一种密度高、性能强炸药并配合普通乳化炸药进行爆破，取得了良好的效果。

4.7 使用质量好的清礁船

清礁船斗的大小、重量对于水下清礁作业的顺利进行起着决定性的作用。在通常情况下，清礁船应当使用8m以上的抓斗船，这样的清礁船不仅具有良好的清礁抓斗，还具备较强的抗流水能力。

4.8 采用RTK-DGPS 定位和全站仪定位

水下炸礁定位应当使用RT KDGPS 定位和全站仪进行准确定位，保证实测的孔位与施工组织设计孔位偏差不超过10cm，对于水流较急的水下炸礁区域要定期对孔位进行复测。

4.9 确保钻孔套管长度

保证钻孔套管长度，可以有效防止瞳孔由于受到水流冲击而产生的位移以及泥沙淤孔问题的出现，起、落钻孔前委派专业人员向爆破人员准确报告潮位，钻孔作业过程中朝位每变化10cm就应当报告一次水位。与此同时，根据工程项目实际情况，严密观察水下地形，结合实际水深确定各个钻孔深度，钻孔作业完毕之后使用测深绳仔细检查孔深，如果未能达到施工组织设计，应当继续下钻，直至满足设计要求孔深停止。

4.10 使用防水性能好的毫秒雷管

（1）为保证本工程项目水下炸礁施工质量，在具体施工过程中还应当使用防水性能好的毫秒雷管以及性能优良的抗水乳化炸药，并对药包进行专业的生产加工，将炸药装满起爆体，避免拒爆。

（2）严格按照施工组织设计要求装填药包，通过利用将炸药下装于孔底的1.0-1.5m处，根据工程项目实际情况，严格控制药量使用，以此更好满足施工组织设计要求，保证工程项目施工质量。

4.11 其他质量控制措施

（1）水下钻孔爆破的各项爆破参数满足施工要求，符合现行行业标准《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008）的有关规定；

（2）炸礁边坡不陡于设计边坡，底标高应符合设计图纸要求，并且不小于设计规定；

（3）装药时配用伸缩性小的防护绳，将起爆线和导爆管等松弛地绑在防护绳上，防止折断；

（4）根据各钻孔直径布置较密的孔排距，尽量避免大块产生；

（5）保证超挖深度。根据爆破效果和石渣的粒径确定超挖深度；

（6）定期对船上定位系统进行校准，加强施工过程检测工作，以防止漏挖、欠挖、超挖，确保工程质量。

5.结语

港口航道工程水下炸礁施工作为一种特殊的水运工程项目，在具体的施工过程，应当根据工程项目所在区域内的地形地质条件、水文特点以及自然环境，制定针对性的质量控制措施，选择合理的施工技术，确定最佳爆破方法，唯有如此才能为水下炸礁施工质量奠定坚实基础。