沉管基槽开挖水下爆破施工技术措施

王磊 WANG Lei

（中国水利水电第十二工程局有限公司，杭州 310030）

1 工程概况

湛江市引调水工程是广东环北部湾水资源配置工程湛江分干线的重要组成部分。是广东省委、省政府重点部署，保障湛江人民群众用水安全的重要民生工程。工程从鹤地水库引水至湛江市赤坎、麻章、霞山各区水厂，保障各区供水安全，同时解决未来湛江主城区城市发展用水需求。

沉管位于遂溪县官湖村附近西溪河，施工桩号为G34+795.627～G34+965.066，钢管规格为DN2600（壁厚26mm，Q345CZ）。沉管区域河道工程地质条件：河床高程约-0.5m，水面高程约为2m。淤泥质黏土覆盖层约1～3m厚，淤泥质黏土下方是0.8～2.5m 厚含砾中粗砂，下方为5～6m 的混合岩、花岗岩。

2 水下爆破设计

2.1 爆破区域环境

过河水下管线采用沉管法施工，水上管线采用明挖法施工。沉管段全长166.865m，水深4.2～6.2m，河底沟槽深9m，沉管跨西溪河，如图1 所示。

图1 跨西溪河沉管平面布置图

2.2 爆破区域地质条件

跨河段的岩土层主要有：

①淤泥质黏土，灰黑色、深灰色，含淤质粉细砂，黏性较好，土质较均匀，呈软塑状，厚度1.0～3.0m，主要分布于河床及河漫滩。②含砾中粗砂，灰白、灰黄色，级配差，含粒径2～5mm 石英质砾石，含少量泥质，厚度0.8～2.5m，主要分布于河床及河漫滩。③加里东期（My3）混合岩，可分为全风化带、强风化带和弱风化带。其中，全风化带为灰白带灰黑色斑点状砂质黏土，风化均匀，含石英砂砾局部夹少量强风化。可塑～硬塑，厚度一般1.2～2.0m。强风化带，层厚度较薄，钻孔未揭露。④弱风化带，青灰色，岩质坚硬，完整性较好，岩芯多呈长柱状，中陡倾角裂隙稍发育，裂隙面见少量铁质渲染，未揭穿。

2.3 爆破方案的设计

水下沉管，管道基槽开挖横断面，如图2 所示。

图2 沉管开挖横断面图

2.3.1 爆破器材的选取

本工程水下爆破采用防水性能较好的乳化炸药，药卷为塑料薄膜包装，100 型钻机采用药筒直径90mm，长度450mm，重量3.0kg。雷管选用电子数码雷管，现场编程串联组网。

2.3.2 爆破参数的选择

①炮孔直径：D=120mm；

②药筒直径：d=90mm；药卷长度450mm；每节药卷重量3.0kg；

③孔距：a=1.5m；

④排距：b=1.5m（中、弱风化）；

⑤钻孔超深：△H=1.5~2.0m；

⑥炸药单耗：q=1.6kg/m3。

2.3.3 钻孔

一次性钻至设计标高，炮孔沿水流方向，孔位为平行布孔。

2.3.4 装药及药量计算

钻孔完成后，炮工应按如下程序操作：

①测深绳检查炮孔的深度，若达不到要求，应要求钻工重钻；

②按规定药量装填炸药和起爆体；

③用测深绳检查炸药是否到达孔底；

④用泥土填塞炮孔；

⑤通知钻工吊起套管，联接炮线。

2.3.5 炮孔装药量计算公式

式中：Q──炮孔装药量，kg；

q0──炸药单耗，kg/m3，中风化岩单耗q0=1.6kg/m3；

a、b、H0──孔距、排距、孔深，m。

表1 炮孔装药量表（装90mm 药径时）

不同孔深厚度的钻孔装药量，孔深的2/3～3/4 装填炸药。药柱长度＜3m 时装一个起爆体，装在炸药长度下部约1/3 处；当药柱长度≥3m 时，需装两个起爆雷管，起爆雷管装的位置在药柱底部的1/4 和3/4。平面布孔位置，如图3所示。起爆顺序及网络，如图4 所示。

图3 平面炮孔布置图

图4 起爆网络布置图

2.3.6 爆破冲击波安全允许距离

水深小于30m 的水域进行水下爆破，水中冲击波的安全距离的确定应符合表2 所示规定。

表2 冲击波对人员安全允许距离

2.3.7 水中冲击波对施工船舶的安全允许距离应按表3 选取

表3 水中冲击波对施工船舶安全允许距离表

2.3.8 段最大起爆药量见表4

表4 距保护物不同距离处的同段允许最大起爆药量

在实际爆破施工中，根据距离建筑物不同的安全距离，确定段最大的爆药量。[1]

3 水下爆破施工

3.1 总体施工思路

爆破区域横跨西溪河，将配备2 艘驳船配合100 型潜孔钻进场钻孔施工，施工完成一定面积后，派遣抓斗船跟进清礁。为了保证施工期间船舶进出安全及施工的作业面，施工船舶合理调配；施工时安全范围内做好安全警戒工作，并同时配备专人、专船成立专门的瞭望小组，负责施工过程中对施工区域周边水域进行巡视。

3.2 爆破施工总体流程

水下爆破施工工艺流程，如图5 所示。

图5 水下爆破施工流程图

3.3 水下爆破施工方法

爆破器材的选取，水下钻孔爆破由于炸药一般在水中浸泡时间较长，为取得好的爆破效果，炸药采用防水性能好的乳胶炸药。雷管：采用抗水毫秒爆管雷管。起爆采用抗水毫秒爆管雷管专用起爆器。炸药：采用直径90mm，药卷长度400mm，单卷药重3.0kg 的2 号岩石水下乳胶炸药。西溪河段工程需要爆破的岩石深度达4.1m，常规经验，水下爆破为保证爆破效果，水下钻孔深度须比爆破深度超钻1～1.5m 左右，方可达到预期爆破效果，故水下基槽爆破须分段分层分时实施爆破，分两层进行爆破，每次爆破2 排。西溪河段炮孔超深值取1.25m，首排炮孔比其后排孔深0.2m。则炮孔钻孔深度为3.30m。

3.3.1 施工潮位的测量与观测

根据现场实际情况，选择好便于观测潮位的位置，利用水准仪测设好潮位观测尺。通过观测水尺读数知道每天潮位的变化。最高潮位或最低潮位都能通过观测潮位观测尺进行观察。通过观测某一时刻的实时潮位，通过计算改正数，从而动态的在测量软件里显示实时潮位。此方法必须经常的校对已设好的潮位观测尺。水下测量采用测深仪搭配高精度RTK 定位系统进行精确控制，确保管槽底部高程偏差满足规范要求，如图6 所示。

图6 水下测量

3.3.2 钻孔施工定位

钻孔投入2 艘钻机船进行施工，每艘船上配备2 台100 型钻机。每艘钻机船左、右4 个锚固点，控制钻机船前后、左右移动。

按设计确定的开挖平面图位置确定钻孔点，测定钻机船的位置，指挥钻机船移动、定位到设计的钻孔位置上。钻完一排后，测量软件里记录当排的开始、结束时间，从而做到定位准确，防止漏钻和叠钻。钻孔位误差控制在20cm以内，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）。

潮位：开钻时的实时潮位。

本施工区域的设计底标高：-8.0m（考虑超深后）。

3.3.3 药包的加工及装药

药包的加工在室内进行，加工药包长度控制在设计以内。药包加工方法如下：用专用竹片把药柱绑扎好、扎紧，用专用胶带把导爆管与炮绳捆绑在一起。将药包慢慢地放入套管内并拉紧炮绳，药包用专用竹竿将缓慢送入孔内。装好药后，检查药包的顶标高应在设计标高以下（误差范围0～-20cm），用碴或沙回填残孔以防药包浮出炮孔。

3.3.4 起爆网路

因本工程区域的特殊性，为了避免爆破地震对较近周边建筑物造成的危害，在根据保护物的具体安全距离多少采用不同的毫秒微差爆破网络，采取如下措施：

起爆电导爆网路采用“串联”方式联接，在安全距离满足的前提下，爆破网络每孔逐孔起爆，根据爆破区域与建筑的距离的远近选取排（区）数，采用微差爆破方式进行。孔与孔之间采用数码电子雷管现场编程起爆。

微差爆破减震：微差爆破段间间隔时间大于100ms，爆破中降震效果比较明显。施工爆破网路采用数码电子雷管簇串联网路。电子数码雷管起爆网络起爆电源为专用起爆器。[2]

3.4 清礁施工

3.4.1 挖泥船的定位及移位

抓斗挖泥船分别由现场测量人员用RTK 测量仪器进行监控，准确定位在规划好的开挖条块处，施工中同时跟踪、监控、复核开挖船每次移位的范围，并由施工技术人员做好记录。

抓斗挖泥船靠4 条锚链（俗称八字锚）定位。移位靠前后左右缆经过卷扬机收放完成左右平移或斜移；前移靠收紧前方主缆锚完成。当挖泥船在被拖近挖槽起点时，航速应减至极慢，然后根据风、流情况抛尾锚或将抓斗下放至泥面定位，再抛设各锚：

①主锚：应抛于挖槽中心线上，泥层不均时，宜偏于泥层较厚一侧；流向不正时，宜偏于主流的一侧；主锚缆应尽可能放长，设置架缆方船；

②尾锚：顺潮流施工要加强尾锚；逆流施工时，尾锚可抛设近些或不抛设；

③边锚：逆流施工，前边锚应考虑超前角，后边锚一般不考虑超前角；当不设尾锚时，可抛成八字形；顺流施工时，后边锚稍向后抛。

3.4.2 挖泥船的施工

挖泥船采用分条分段的施工方法，一次开挖至设计标高，当一次开挖不能满足所需挖深时，可分层开挖，因抓斗挖泥船的开挖深度不易控制，故加强水深探测，防止超深过多或漏挖。

经反复清挖后，确实不能清至设计标高的，应记录范围、标高。对不能开挖的礁石或浅点，可根据情况再次水下爆破，再行开挖。

边坡开挖：采用阶梯开挖方式，一般一个斗位作为一个阶梯，从坡顶向坡底开挖。

3.4.3 泥驳运至抛卸区

水下开挖抛卸施工，装运设备采用泥驳，航运至抛卸区卸料。抛卸区在施工前，由测量人员放样，并做明显区域标识，并按设计要求抛填。根据抛卸区浮标指示，从下到上，从左到右依顺序抛卸，抛卸后，对抛卸区进行探测，确保按设计要求抛卸，不碍航。

测量检测、阶段自检。当条块或区段完成后，即用RTK 和测深仪自测验收。对欠挖部位组织抓斗船清除，水下清礁直至完全合格，如图7 所示。

图7 水下清礁泥驳挖运

4 水下爆破中特点控制措施

4.1 爆破施工区域周边环境

根据平面图观察，本爆破施工区域的东南侧距离许宅村较近，最近直线距离约为150m，现场按照100m 影响范围控制，必须合理的组织船机设备，进行精密的控制爆破，以保证施工安全和工程质量。

应对措施：施工前做好爆破区域的现场勘查，做好结构薄弱点的结构保护；根据实际情况进行严密的设计和施工策划，合理的配置施工船机加快施工进度，将控制爆破采用减振孔来有效阻断能量传播，通过分段微差，甚至单孔起爆来控制一次起爆药量，最大限度控制爆破能量的产生，确保安全施工。

4.2 施工水域水深浅

根据平面图水深观察，本水域很浅，无法满足施工船舶吃水要求，施工船舶无法进入施工区域施工。

应对措施：前期必须先用抓斗挖泥船从西往东方向进行开挖，保证船舶满足进场吃水要求才能进行爆破施工。[3]

5 水下爆破质量和安全控制措施

5.1 质量控制措施

①施工测量要做到有测必复，测量记录、复测记录要签章完整，做好整理、归档工作。

②施工前在施工区域设置水尺，并与RTK 所测高程对应，潮汐变化通过RTK 所测高程的变化进行潮位改正。

③钻孔前采用卫星定位系统定位放样，确保炮孔定位准确并按规范要求超宽、超深；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。

④在施工过程中坚持实行三检制度（施工船班组内自检，班组间互检，施工测量专检），每次检测必须确保测量精度，正确地反映实际的施工质量。

⑤测量组随时跟踪监测清碴情况，让不同班组之间相互配合，最大限度完成施工作业而保证清渣质量，同时向施工船舶反馈信息，以便施工船舶及时调整施工方法及爆破参数。

⑥爆破技术人员必须严格按爆破设计控制装药量和起爆次序，及时调整相关爆破参数。以确保施工安全和取得较好爆破效果。

⑦数码电子雷管使用前必须检查。加强对乳化炸药、导爆管的检验，提供乳化炸药、导爆管出厂质量证明书和检测报告。确保使用爆破器材的可靠性，确保爆破的安全及效果。

⑧爆破技术人员应及时了解相关班组挖泥船清碴情况，对每次钻爆礁石的破碎效果进行分析，随时调整爆破参数以达到最佳的爆破效果。

⑨认真做好潮位、钻孔、装药、施工机械运转情况等各项施工纪录和资料整理工作。

5.2 安全控制措施

①药包加工必须由爆破员进行，其必须持有公安部门颁发的上岗证书并且身体健康、责任心强。

②严禁爆破作业员穿木鞋、钉鞋、化纤（尼龙料）衣服。

③炸药包应在专用的加工房内或加工船上制作。

④药包加工房或加工船必须悬挂醒目的警戒标志牌，并保持干净、通风性能良好，严禁烟火。加工房每天都要进行清扫，空药箱捆扎好，放入有良好防火性能的仓内。

⑤在施工前，为确保码头安全，必须根据水下爆破的施工方案进行试爆，在试爆时对码头进行试爆，确保振动在规范允许的爆破振速之内。

⑥在施工中遇到有雾天气时，严禁爆破。加强警戒，在遇到有水警或部队船舶过往时，立即采取避让措施，确保水警或部队船舶安全通过。

⑦工程船舶要按规定悬挂信号，并严格按操作规程进行操作。根据沉管施工区潮位情况、风向等，工程船舶在靠、离时要加强联系，注意航向避开各类障碍物，交会等要控制船速，禁止顺流停泊。

⑧水下爆破施工是一边钻孔一边装药，已装好的炮孔容易受到后钻炮孔的影响，容易产生盲炮形成安全隐患。每节药柱都绑上吊炮绳，以防装药时拉断导爆管。

⑨做好安全警戒防护措施。起爆时间要与相邻施工单位以及海上各有关单位的协调，先在距爆破点500m 的范围警戒，鸣警戒信号，以防任何过往船舶接近爆破区域，禁止潜水、游泳。确认安全后，将安全信号通知钻爆船。钻爆船收到信号后，鸣警戒信号，钻爆船慢慢向警戒范围线外移动。警戒船在警戒范围线至300m 的范围，来回穿梭警戒。钻爆船移到警戒范围线外时，向警戒船发出准备完毕信号，钻爆船再次得到警戒船的安全确认后，在无安全隐患的情况下，钻爆船鸣笛三次（每次历时3 秒）后，起爆。爆破结束时发出解除警戒信号，鸣笛10 秒。派出警戒船警戒安全。

⑩爆破后，爆破员必须按规定认真检查爆区有无盲炮，发现盲炮时立即报告并及时处理，无关人员禁止进入警戒区。

6 结束语

针对沉管基槽水下爆破施工的特殊性，施工前，对每一个施工人员进行技术、安全交底，强化职工的安全、质量意识。通过合理的组织船机设备，进行精密的控制爆破，确保水下爆破施工安全和工程质量。