内河航道水下炸礁钻孔爆破技术研究

内河航道水下炸礁钻孔爆破技术研究

武汉林

湖南省航务工程有限公司

摘 要：水下炸礁是工程爆破的重要组成部分，但是其施工的周边环境复杂、爆破技术难度较大、受河水影响控制较难。为解决水下钻孔爆破施工的困难，以施怡滩水下炸礁工程为背景，仔细梳理该工程项目的周边环境、水下礁石特性等情况，通过探索水下炸礁施工过程中的关键技术，精细设计孔网参数等方法，顺利实施水下礁石爆破。结果表明施怡滩水下炸礁取得了良好的爆破效果，并对周

边民用建筑未造成有害的影响，爆破孔网参数可为其他类似的水下炸礁爆破工程提供一定的参考和借鉴。

关键词：内河航道；水下炸礁；爆破设计；爆破振动

　水下礁石爆破是工程爆破的重要组成部分。随着水利水电项目以及港口和航运业的快速发展，水下礁石爆破和其他爆破作业越来越多地用于港口建设、航 道疏浚等项目中。但是水下炸礁施工的周边环境复杂、爆破技术难度较大、受水流影响控制较难，历来是爆破施工的难点。尽管水下爆破施工与安全技术取得了长足的进步，但是爆破工程的施工环境各不相同，在工程实践中，往往有新情况和新问题的出现，仍有许多关键技术需要去研究和解决。因此，笔者以某内河炸礁工程为背景，探索水下炸礁施工过程中的关键技术。

１ 工程概况

某内河河道有２个碍航滩险，其中炸礁航道长约1200ｍ，宽60ｍ，岩层厚度最大处4.3～5.8ｍ，炸礁工程量7.7万ｍ3。施怡滩地层划分为３层，从上至下分别为：层卵石、层褐红色中化角砾岩（较硬～坚硬）、黑色中风化板岩（较硬）。爆破需保护建筑群主要集中在爆区中下游的右岸，上游进口段岸边房屋有３处。

２ 爆破方案与水下钻爆机理分析

2.1爆破方案

为尽量加快爆破施工进度，确保破碎效果和减少爆破振动对岸上房屋的影响，根据待爆礁石附近的环境情况和岩石结构特点，拟对炸槽采取分段、分幅施工，岩层大于２ｍ的区域采用分层爆破，主爆区内采用逐孔分段、逐排延时起爆技术对礁石进行松动爆破。

2.2水下炸礁爆破作用机理分析

2.2.1水下爆破特点

虽然空气和水都属于流体，但是物理性质也有不同之处，与空气相比，水的 密度比空气大很多，但其可压缩性差很多。炸药在水中爆炸时，爆生气体产物的温度可达300℃，爆炸初始压力约为14Gpa。强间断的冲击波和水的扩散运动，并在数倍药径区内以球面的形式向外传播，其速度可达数倍水中声速（1500ｍ/／s）。随后，爆炸生产的高压气体以气泡形式继续膨胀作功，使水快速扩散，并做惯性运动，因此导致气泡压力骤降而出现的稀疏波跟随向外传播，故造成水中爆炸作用场各点的冲击波超压迅速下降，呈指数衰减。冲击波作用时间仅为毫秒量级。

随着气泡压力的降低，它逐渐低于静水压力。这时，爆源周围的水开始向相 反方向移动并压缩气泡。但是，由于水的惯性运动，即使达到静态水压平衡点后，也会继续压缩气泡，然后气泡又会因膨胀而对水体做功。这样的往复循环将在水中形成多个脉动压力。由于爆炸后爆炸性气体产物的比重低于水的比重，气泡在 脉动过程中不断上升到水面，直到到达水面并逸出为止。

2.2.2水下岩石爆破作用机制

水下岩体和陆地爆破之间的主要区别在于，水下岩体通常被水饱和。岩石层表面与水体之间的界面承受着水层的静压力载荷，在爆破过程中，岩体会受到水层阻力的影响。首先，由于岩石的波阻抗比空气的阻抗大一个数量级，因此，岩石爆炸的冲击波在水界面处产生的反射波能量要小得多。因此，在水下爆破过程中，反射拉应力对岩石的拉力破坏作用大大减弱。其次，在水下爆破过程中，岩石爆破位移变形需要克服水压力，因此，水下凿岩爆破的单位炸药消耗必然要大于地面爆破的单位炸药消耗。

３ 爆破参数设计与选取

１）炮孔直径。由于施工环境复杂，原则上，炮孔主要以小孔径、垂直孔为主，并且结合工程地质条件和钻爆平台施工特点，炮孔直径取90mm。

２）炸药单耗。水下礁石爆破过程中，除了破碎岩石外还需要克服水的阻力。因此，炸药的单耗比土岩爆破的单耗要大一些。通过工程类比得水下爆破炸药单耗ｑ通常取1.2～1.8kg/m3，本工程取1.2kg/m3。

３）孔排距。水下钻孔的布置首先要适合所使用的钻爆平台，同时要确保孔 底开挖面上根底不残留，以及爆堆的大块率不宜过高。本炸礁工程各排炮孔呈梅花形交错布置（见图３）。

根据孔距计算公式：

ａ＝（20～30）ｄ （１）

式中：ａ 为孔距，ｍ；ｄ为炮孔直径，ｍ。得出孔距ａ为1.8～2.7ｍ。

为了降低爆破振动，避免不必要的麻烦，孔排距根据台阶的高度进行设置。①台阶高度Ｈ＝２～4.3ｍ 时，取炮孔间距ａ＝２ｍ，炮孔排距ｂ＝２ｍ；②台阶高度Ｈ≤２ｍ时，取炮孔间距ａ＝1.5ｍ，炮孔排距ｂ＝1.5ｍ。

４）超 深。在沿海水域，覆盖层较厚，淤泥较重。同时水下钻爆施工出现欠挖时，补爆难度比较大，并且费工费时。为保证一次施工能达到设计标高，取超深Δｈ＝1ｍ。

４ 钻孔、装药与起爆

4.1 钻孔

根据本工程施工环境、结合以往施工经验采用ＺＱ100型航道潜孔钻机，利用先进的水上拼装式作业平台进行水下炸礁钻孔施工作业（见图４）。通过采用GPS定位技术控制水下炸礁过程中炸礁船的位置，该炸礁船的船首和船尾方向 与海岸线方向平行，并使用四缆侧锚定位炸礁船的方向。边缆向两边抛出的距离为150～200ｍ。锚索的前后投掷距离可以稍微延长。抛锚船的工作过程由锚船艇协助。在平台船钻孔施工中，首先将套管安装在孔位，然后将套管中的钻头开始降低到礁石上，然后进行钻孔施工。

4.2 装药

为防止淤泥和碎石堵塞炮孔，钻孔之后立即装药。药包是是由３块竹片将炸药夹在中间而形成的。在施工的过程中要注意相邻的药包应紧密连接，以确保药包能够稳定传爆。然后根据炸药的总长度将导爆管雷管插入到炸药的相应位置（通常为炸药的１/３处），并用密封胶带将其包裹起来或用绑扎带将其捆绑扎牢。雷管的数量根据孔的深度确定，本项目中使用1发雷管。用竹片夹住药袋，将炸药通过装药棒轻轻推入孔中（装药棒由竹竿制成），使得药包底部与孔底充分接触。根据孔的深度不同，在孔口留一定距离用于填塞。该项目使用的填塞物长度在0.5～1.0ｍ之间，并且填塞物使用沙子或碎石，装药结构如图５所示。

4.3 起爆网路

本工程选择导爆管起爆网路，采 用 孔 间 延 时与排间延时相结合的逐孔起爆网路。该网路通过孔内装高段位雷管ＭＳ12～ＭＳ15，孔外装较低段位雷管 ＭＳ5，实现逐孔起爆。孔外４发ＭＳ5接力传爆时间为110×４＝440ms，而孔内第一响雷管ＭＳ12的延时时间为550ms，孔外４发ＭＳ5接力传爆完110ms后孔内雷管才起爆，保证了网路起爆的可靠性。

５ 爆破效果分析

5.1爆堆形态

爆破后，进行爆后检查，发现所有的炮孔全部被引爆，没有盲炮或者残炮，并且礁石破碎块度均匀，无任何浅 点，比较便于铲装，说明爆破取得了良好的效果。

5.2 爆破振动监测

１）测点布置。为了确保爆区中下游右岸建筑群的安全，使其不受爆破振动影响，在建筑群相应位置布置测点，布置专用设备ＴＣ－4850，对右岸建筑进行爆破振动监测。

　２）振动监测分析。测点Ａ是离爆源最近的测点。根据国标《爆破安全规程》（ＧＢ6722－2014）规定，对一般民用建筑物安全允许振动速度最低值为1.5～2.0cｍ/s各个测点的振速都低于1.50cｍ/s，因此爆破产生的振动对周边的一般民用建筑物不会造成有害影响。

６ 结语

该航道水下炸礁爆破块度较为破碎，且均匀，有利于后续的清渣工作。水下炸礁对周边的一般民用建筑物未造成有害影响，其爆破是成功的。本工程的爆破孔网参数可为其他类似的水下炸礁爆破工程提供一定的参考和借鉴。

参考文献：

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