近码头区域水下爆破施工方法

2022-05-12徐战波中交第四航务工程局有限公司

珠江水运 2022年7期

关键词：基槽导爆管药量

◎ 徐战波中交第四航务工程局有限公司

1.前言

为保护喀麦隆克里比深水港一期码头及其附属设施的安全稳定，减少二期工程爆破施工所产生的地震波、冲击波对一期码头的影响，有效控制振动速度，特别研究制定近码头区域（200m内）水下爆破施工方法，严格控制施工安全和施工质量。

2.工程概况

2.1 工程规模及结构

喀麦隆克里比深水港二期工程项目位于喀麦隆西南部、南部省克里比市以南25km处的Mboro村，西临大西洋。深水港二期项目在原有一期的基础上加长两个集装箱泊位（1个7万吨级、1个10万吨级），集装箱泊位全长715.5m，为重力式沉箱码头结构。同时在后方新建堆场及辅建区，包括陆域形成，地基处理，管线井室及堆场面层，辅建区主要包括供水泵房、污水处理站、供电站、办公楼、食堂及拆装箱库等各功能性单体。防波堤及北护岸均为斜坡式抛石堤结构，二期护岸全长598m，防波堤在原有一期基础上延长675m。

2.2 水文气象条件

1）降雨量。工程区域的气候：12月-2月大旱季，3月-5月小雨季，6月-8月小旱季，9月-11月大雨季。年平均降雨量3200mm，每年降雨天为180～240d，多年平均降雨天数为204d。

表1 年平均降雨量

2）气温。年平均气温25℃，10月和7月气温最低（23℃），1月到4月气温最高（33℃）。

3）风况。最大风速不超过20m/s（西南向），风速在2-7m/s 的频率为85%，风向为西南的频率也为 85%。该区域的强风伴随暴雨，平均风速可达10-15m/s，极端风速可达 25m/s。

4）波浪。项目海域所在几内亚湾，波向以S-SW为主，工程海区以涌浪为主，最大波高为3.91m，最大波周期Tmax年平均值为7.9s，月平均值介于6.5s～9.8s之间。其中有5～8月份的月平均最大波高超过1.2m，在3、5、6、7、8和11月波高较大，期间内最大波高对应的三分之一波周期均在9s以上。

近码头施工区域已有一期防波堤掩护，波浪影响较小（较强性的涌浪除外）。

3.地质描述

根据二期施工图和地质勘探资料可知，一期码头北面端头延长段（1#监测点）处水下部分(长约19m)已进行抛石整平，标高-16.0m。二期基槽西南端距离一期码头200m范围内勘探点主要集中在基槽部分，地质为坚硬灰色粘土及少量胶结砂、碎石等，具体地质描述详见表2。爆破施工位置（1#监测点半径22-200m）标高：港池-15.0m，停泊水域-16.0m，基槽-18.5至-19.0m。

表2 勘探点地质描述

4.施工工艺方案

4.1 施工流程（图1）

图1 水下炸礁工艺流程图

根据本工程的施工环境和施工条件，考虑施工作业对一期已投产码头及码头附属设备的影响，侧重从安全方面开展施工。在22-28m的基槽、停泊地,采用布设减震孔和控制预裂爆破相结合的方法进行，具体方案是：在距离码头最近点22-23m处布设3排孔径为115mm的减震孔（长46米、宽1米），在距离码头最近点24-28m处钻4排孔径为115mm的预裂孔。

在24m处控制预裂爆破时，应先进行试爆，根据第一次爆破所测振动速度，调整下次单段起爆药量、总起爆药量等爆破参数。首先，进行一孔起爆一次，连续进行3-5次试爆，得出较为合理的爆破参数；然后再进行控制预裂爆破施工，从两孔起爆一次、三孔起爆一次，依此类推，到5孔一个炮群起爆一次；10台钻机同时开钻时，分开5孔一个爆破群，共2个爆破群。要从小药量（1.5kg）开始，逐步提高到设计的每次爆破药量。

然后在29.5m的基槽、停泊地，由近及远向外进行爆破施工，直至推进近岸200m处。先进行试爆，根据控制预裂爆破所测振动速度，确定从29.5m处开始第一次爆破的单段起爆药量、总起爆药量等爆破参数。首先，在第8排基槽与停泊地交界处，进行一孔起爆一次，连续进行3-6次试爆，得出较为合理的爆破参数；然后再进行两孔起爆一次、三孔起爆一次，依此类推，到10孔起爆一次。在半径60m范围内（即基槽第8排至第19排、停泊地少部分的孔位），以小药量、小排距、5孔一个爆破群及逐孔单排起爆的施工方法进行爆破。经计算半径60m范围往外可以逐渐做到1排1炮的控制性“孔间微差控制爆破”施工要求，在施工中，根据振动速度，逐步增加每次起爆排数和孔数，以达到最佳爆破药量和爆破效果。

4.2 爆破施工工艺方法

采用钻机船（CQG-150型深水潜孔钻机）进行爆破施工，钻孔孔位采用天宝GPS定位系统测量定位，利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位来调整孔位。在孔位上量测水深，由施工水位高程和设计高程计算岩层的厚度，确定钻孔深度。

4.3 爆破设计

4.3.1 布孔及钻孔

采用钻机船进行垂直钻孔。首先，在距离码头最近点22-23m处的停泊地与基槽钻3排垂直于码头前沿线的减震孔，长46米、宽1米，孔径为115mm，孔距为0.5m，排距0.5m，采用梅花型布孔，钻深标高为-21m（超深2.5-5m），共计279个减震孔。钻完减震孔后，往后移动1m，即在距离码头最近点24-28m处的停泊地与基槽钻4排孔径为115mm的预裂孔，逐排逐孔进行控制预裂爆破。第一排和第二排孔距1.5m、排距1.0m；第三排、第四排孔距1.5m、排距1.5m；钻深标高为-21m（超深2-5m），共计142个预裂孔。最后，在29.5m处进行控制爆破施工，根据地质描述情况布设孔位，其中断面CH 029.5-CH 040的基槽与停泊地部分，孔距3m、排距1.5-2m；断面CH 040-CH 200的基槽及停泊地与港池，孔距3m、排距4m；在实际施工中，还应根据各钻组所探到的地质情况，进行适当缩小或扩大排距。

4.3.2 起爆药包设计及装药结构

本工程水下控制爆破为保险起见，每个起爆药包装1-2发导爆管，为确保防水，装雷管时用小竹签在药卷上开洞将导爆管雷管装入内，之后用手压实封密。控制预裂爆破区的炮孔长度约6.5m，应均匀布设4-5节（炸药重1.5kg/节）的起爆药包，在孔底起装入第一节药包，每间隔0.8-1.2m（即间隔2-3节沙包，每节沙袋长度约40cm）装一节药包，炮孔顶部的堵塞长度约1.4m。

炮孔采用粒径小的细砂堵塞，药包采用竹片夹制，实现连续和间隔装药,采用直径Φ35mm或Φ45mm炸药条形药包装在孔径Φ115mm的炮孔中。孔内大段别导爆管雷管装在下部，小段别导爆管雷管装在上部，即“孔顶先起爆”，以有利于控制爆破质量。导爆管雷管延迟间隔至少50ms，实现孔内微差不耦合间隔装药，以达到预裂、松动、减震的作用。

主爆区爆破的区域大范围广，基槽部分的炮孔长度为7.5-12m，停泊地与港池的炮孔长度为3.5-9m，应根据岩石与粘土分布情况、岩层厚度及安全距离布设5-17节（炸药重3kg/节）的起爆药包，从孔底起装入第一节药包，进行连续装药或间隔0.4-0.8m（即间隔1-2节沙包，每节沙袋长度约40cm）装药，炮孔顶部的堵塞长度约占炮孔长度的10%-30%（0.4-2.5m）。大小段别导爆管的安装与控制预裂爆破相同。

4.3.3 爆破监测措施

图2 孔内微差不耦合间隔装药结构

施工时，在一期码头最北端的码头面1#爆破振动监测点和KCT办公楼路口的2#爆破振动监测点，各安装一台爆破测振仪监测振动速度，以指导施工。爆破测振仪使用成都中科测控公司（中国科学院成都分院）生产的TC-4850新型测振仪，仪器信号触发值可设置，微弱振动即可触发仪器测量，且携带、操作方便，可精确地记录振动时间和振动数值的相关参数。爆破振动仪的传感器需要采用石膏与码头面进行刚性连接，以确保数据的准确性。

4.3.4 爆破安全

4.3.4.1 爆破地震安全

本次近岸200m控制爆破措施的实施以及过程中产生的振动速度上限值遵照中国现行《水运工程爆破技术规范》JTS204-2008第6.3.1条，爆源与人员和其他保护对象的安全允许距离，应根据地震波、冲击波和飞散物3种爆破效应分别计算并取其最大值。

式中：

R：安全允许距离，即现场起爆点至一期码头北端监测点的直线距离；

Q：起爆药量(Kg)，本项目采用毫秒延时导爆管，起爆药量Q取‘延时爆破为最大一段药量’即单段最大起爆药量；

V：安全振动速度(cm/s)，一期码头为重力式码头，取5cm/s；

K、α：二期基槽西南端为坚硬黏土，参照软岩石K:132.5，α取1.25。

经计算在规范标准5cm/s的允许安全振动速度下与一期码头不同安全距离时，其要相应的控制爆破药量。

4.3.4.2 水冲击波安全距离

根据《水运工程爆破技术规范》JTS204-2008、《爆破安全规程》(GB6722-2014)的规定，对人员及船舶的水中冲击波安全允许距离如表3所示。

表3 水中冲击波对人员及船舶安全允许距离

4.3.4.3 爆破警戒

爆破前30分钟，安排两艘警戒船及值班人员在相关区域进行警戒，警戒船上配备警戒红旗并显示规定的号灯、号型。鸣警戒信号，以防任何非施工人员接近爆破区域，禁止在施工水域潜水、游泳。起爆前15分钟，检查整个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。钻机船在警戒区外收到警戒船的安全确认后，鸣笛三次（每次历时3秒），然后起爆。爆破结束时发出解除警戒信号，鸣笛10秒。