水下钻孔爆破在航道整治工程的应用

　　摘要：水下钻孔爆破极大地降低了工人的劳动强度和工程成本，提高了劳动生产效率，保证了工程施工质量，缩短了工期，为整治航道创造了良好的条件。本文以广西某航道整治工程为例，对水下钻孔爆破施工谈一些体会。
　　关键词：水下钻孔爆破,航道整治,应用
　　
　　近年来，随着国民经济的不断发展，国家逐步加大了对交通基础设施建设力度，水运工程施工的机械化水平有了较大提高，引进建造了机械化程度较高的自航式全液压钻孔船、抓石船、运石船等配套机械设备，由于这类先进设备的运用，特别是水下钻孔设备的运用，使水下钻孔爆破成为可能。水下钻孔爆破极大地降低了工人的劳动强度和工程成本，提高了劳动生产效率，保证了工程施工质量，缩短了工期，为整治航道创造了良好的条件。本文以广西某航道整治工程为例，对水下钻孔爆破施工谈一些体会。
　　一、水下钻孔爆破的机理
　　水下钻孔爆破主要是指利用炸礁船（又称钻孔爆破船）进行水下钻探爆破。炸礁船有普通式和自升式两种。自升式炸礁船的四角有液压支柱，工作时将支柱下至水底后把船顶升出水面一定高度，以避开急流和波浪的影响，保持船舶的稳定。炸礁船上有钻机和轨道，钻机在轨道上移动以对准钻孔位置。钻孔方法视河床底质而定，在有覆盖层或为破碎的礁石时，一般采用双套管钻进方法，即先下外套管至覆盖层顶以保护钻孔，再把带钻头的内套管钻至覆盖层底，然后用钻具钻孔至要求深度。钻完一孔后立即将钻孔冲洗干净并用堵眼管塞住，防止泥砂进入孔内。全部的孔钻完后，先拔起堵眼管，冲洗钻孔，再把在船上预制好的炸药筒逐个送入孔内，钻孔顶部留40～60厘米用砂堵塞，然后拔起内、外套管，从套管底端取出导线，把各孔导线联成爆破网路并与主导线连接，船舶撤离危险区后通电起爆。这种爆破方法适用范围广，爆破效果较好，但受水深和流速的限制。
　　二、水下钻孔爆破施工要点
　　水下钻孔爆破施工时，现场水面以下间隔一水层而无法直观岩石表面纹理、溶岩缝等构造情况和爆破效果，水域中急流、横流、漩流的不良流态以及岩面的淤泥、沙砾的覆盖等工况，从而导致施工难度更显突出。施工时要注意：
　　1、炮孔装药量参数的选定
　　炸药的爆破，是一种高速的化学反应现象，其爆速一般民用炸药可达3500~5000m/s，并伴随着产生空气冲击波、水冲击波和地震波等主要应力。这些应力对爆点附近的人畜、船舶和建筑物的安全造成威胁与破坏的可能，必须引起足够的重视。
　　炸药在介质（岩石）内爆破时，主要的特性有二，其一是炸药在钻孔的岩石内爆炸时产生高温、高压、高速的爆力向爆点最小抵抗线的方向抛射出去的特性，这个特性是用药量计算和定向爆破的主要理论依据；其二是炸药在岩石内部爆破后，由内至外而产生压缩粉碎圈、抛掷破碎圈、松动破坏圈和龟裂震动圈等。这是炮孔用药量、炮孔的间距、排距计算的理论依据。
　　自20世纪70年代，我国从国外引进潜孔钻机应用于水下钻孔炸礁以来，由于潜孔钻机的冲击器（冲击锤和钻头联体）始终都置于岩石表面和岩石内部，冲击能量的损失很小而冲击钻孔效果很高。因此，水下钻孔爆破已成为航道水下炸礁工程最主要和最高效的一种施工方法。
　　《水运工程技术规范》中，对炮孔的装药量的计算公式为：
　　首排炮孔装药量Q=0.9baH。
　　后排炮孔装药量Q=q。baH。
　　上式中：
　　Q----炮孔装药量（kg）；
　　a----炮孔间距（m）；
　　b----炮孔排距（m）；
　　H。----设计开挖岩层厚度，包括计算超深值的厚度（m）；
　　q。----水下炸礁单位炸药消耗量（kg/m3），系经验值，可参见《水运工程技术规范》表2.3.2选用。
　　上述炮孔装药量的计算式，主要是以炮孔爆破后包括计算超深的破碎石方量与石方单位炸药消耗量以及经验系数的乘积来确定，计算式结构简单明了，但要使炮孔装药量符合实际情况，不出现因炮孔装药量的原因而产生爆区残留石丁、石埂、爆后石方粗度过大而影响开挖清碴工效或石方过碎而过大加大炸药消耗成本，必须正确选定如下几个有关参数。
　　（1）炮孔装长度L。的参数
　　《规范》中，水下钻孔孔底标高，同排孔底应同一高程，装药长度应为孔深的2/3~4/5，软岩取较小值，硬岩取较大值，这里关键的问题是，所计算的炮孔装药量是否满足装药长度为炮孔深度的2/3~4/5的参数要求，在水下炸礁的施工实践中，往往由于炮孔直径过小或线装炸药直径与炮孔直径比值小于0.80以上时，炮孔装药长度往往大于炮孔的深度的2/3~4/5的要求，即炮孔装药后，炮孔已没有足够的堵塞长度的空间，甚至炮孔的深度无法装下所计算的装药量。出现这种炮孔装药长度过大的情况时，便往往出现爆区残留石丁、石埂等爆破不完全的现象，要改变和克服上述问题，主要是适当加大炮孔直径或改过炮孔装药药卷包装质量，适当减少药卷外加扎竹厚度，或采用硬塑管作药卷包装，以有效增加药包的直径的措施，使用药包的直径≥炮孔直径0.8参数的要求。
　　（2）炮孔超钻深度h的参数
　　炮孔超钻深是指除设计开挖岩石厚度，包括计算超深值（陆上钻孔0.2m，水下钻孔0.4m）的厚度以下的超钻深度值，是根据炮孔直径、间距、排距以及炮孔装药量的经验系数而形成设计爆破漏斗尺寸而确定。《规范》的超钻深度值h为1.0~1.5m的参数选取，这一参数既有理论依据，也含经验因素，但在施工实践中，当出现炮孔装药长度L。值大于炮孔直径2/3~4/5的参数时，一般爆破效果欠佳，为解决这一矛盾，曾有企图再增加超钻深度至2.0~2.2的，甚至超钻深度达3~4m，从而使炮孔装药盲目增大超钻深度的措施，实践证明，不但底层岩石过于粉碎，而面层岩石块过大而导致开挖清碴困难，甚至往往需二次爆破又导致水下炸礁的单位炸药消耗量与工程造价的大幅增加。
　　（3）水下炸礁单位炸药消耗量及炮孔间距、排距等参数的调整
　　由于水下岩石的硬度、层理、纹理、溶岩的裂隙、水深等地质、地形复杂因素，因此水下炸礁工程获得高效益的最可靠、最根本措施是：在大面积爆破开挖施工前或施工初期，经小面积（100～600平方）石层钻孔爆破和开挖清碴试验，及时检验爆破后的实际效果，如出现爆后石碴粗度过大，机挖清碴工效不高，残留石丁、石埂等爆破不完全，爆后石碴过于粉碎，单位炸药消耗量过大的不良情况时，根据实际情况适当调整炮孔的间距、排距、超钻深度和单位炸药消耗等参数，直至达到爆后效益良好为止。
　　2、钻孔定位
　　（1）在设计的航道进行水下炸礁工程，准确布置每个炮孔位置，是防止漏炸或重炸的基本措施。根据经验，最好用1/100~1/300比例的航道地形图和全站仪进行定位布置钻孔，不宜使用水平仪或直接用皮尺丈量的距离法定位布置，以确保炮孔的位置与设计位置偏差值≤0.2m的规范要求。如炮孔的实际位置为溶沟等不良地质而无法钻孔时，也应在计划钻孔位置附近适当位置钻孔。
　　（2）当钻船进入施工场地锚定以后，外套管靠自重下沉到水底钻孔位置的覆盖层上，并用船舷固定盘和下甲板的固定环将其套住。把内套管插入外套管中并固定在上甲板的固定圈处。然后，钻具靠自动调节的双套管的导向，准确地通过覆盖层钻进岩石中。随着潮汐的涨落，固定在船上的内套管可在外套管中伸缩自动适应水位的变化，使钻孔作业避免潮汐、流态、波浪以及流沙淤孔等的影响。
　　3、装药
　　（1）一轮钻孔作业全部完成停机，钻工退离，爆破员带药包上船，并按编号在导管内吊送药包，静止好复核吊索剩余长度，检查药包是否到底，如发现偏差过大，应重新检测，确认无误后，才能将吊索绳头并浮标放入套管内。
　　（2）一轮炮孔全部对号投入药包，由爆破员发出指令后，钻工重新就位提拔出导管。
　　（3）钻工将全部导管拔出后，指挥员发出封船信号、巡逻艇出动警戒，爆破员待爆破网路连接完毕后随作业船退避，泊于指定安全水域。
　　4、起爆
　　（1）作业船泊好停机，爆破指挥员与警戒艇通话，巡视行船动态，船道安全即发出预备信号。
　　（2）预备信号发出五分钟内爆破员应接好终端引爆装置，指挥员再次与警戒艇对话，通知起爆。
　　（3）爆破员接好引爆装置，即报告指挥员准备完毕；
　　（4）指挥员用三声长哨音，指令爆破员起爆，当第三声发出后，爆破员按动引爆装置起爆。
　　（5）起爆后，监炮员向指挥员报告监测情况，如无发现瞎炮则向指挥员发出解除警戒信号，解除封航。
　　三、施工质量控制
　　施工前，施工方反复多次勘察现场，收集、整理、筛选各种信息，精心编制优化、严谨的施工方案，制定周密详细的安全保障措施，开展行之有效的协调工作，集中现代化的航道施工机具设备，挑选管理经验丰富的工程技术人员组成爆破领导小组，为顺利完成工程任务提供了保证。
　　1、施工方法
　　水下炸暗礁工程采用潜孔钻钻孔爆破结合小风钻钻孔松动爆破，运石船清碴。钻孔时由有经验的爆破人员选定钻孔位置，控制飞石的方向。
　　2、安全保证措施
　　为保证居民的生命安全和构筑物的完好无损，爆破小组从以下几方面作好安全工作：
　　（1）加强与地方政府协调，取得政府有力支持，成立由项目经理部、政府、公安等组成的爆破指挥协调领导小组，统一负责爆破作业现场安全指挥和协调工作，小组下设爆破专职安全员和持证爆破作业人员，以确保爆破施工安全。
　　（2）爆破时一公里水域范围内不得有人进行潜水、游泳等水下活动，并加强警戒和行人疏散。同时泊于码头港区的船舶需移至安全区。
　　（3）钻孔时如有较厚覆盖层应先用抓石船清除后再施钻。钻爆由深水至浅水顺序进行。
　　（4）同排炮孔尽量在同一高程面上。
　　（5）同一段别的最大装药量必须小于验算药量。
　　（6）施工人员应作好施工记录，包括孔网布置、钻孔深度、每孔装药量、线路连接等，用以备查。施钻时应准确放样定位，以避免漏钻现象，线路连接时注意接头绑扎严实，以避免产生盲炮。
　　（7）施爆时通知附近房主打开窗户以减少空气冲击波对门窗等的影响，对近距离内影响特别严重的房屋，放炮时要求人员撤离房外，以策安全。
　　（8）为避免飞石，爆破区内采用稻草、竹排、砂袋覆盖。
　　四、结束语
　　由此可见，航道整治工程采用水下钻孔爆破进行水下炸礁施工时，要根据各现场工程地质、水纹等不同条件，对施工过程进行严格的控制，保证工程高质高效的完成。