航電樞紐水下炸礁淺點控制技術研究

◎ 歐陽天庭 羅凱 江西省路港工程有限公司

水下炸礁技術在港口工程、航道疏浚工程中應用廣泛，但水下炸礁全過程均在水下展開，施工質量和效果受水文地質、氣候條件、施工控制的影響較大。水下炸礁爆破后如果爆破區域內巖石破碎塊度大、清挖后存在大量淺點，還必須展開二次甚至多次清淺炸礁，直至淺點徹底消除。二次或多次炸礁工程量不大，但是必將加大工程成本，延誤工期；如果淺點遺漏，還會造成船體外殼碰撞等安全事故，影響航道正常運行。為此，本文結合航電樞紐工程實際，對水下炸礁淺點施工控制技術展開分析，以期取得較好的控制效果。

1.工程概況

某航道工程航電樞紐船閘炸礁工程設計挖槽寬度為6 0 m，縱坡5‰，挖槽長115 0 m，挖槽上游口控制高程37m；每級開挖階梯寬20 0 m；挖槽下游口銜接原河床高程。該航道工程施工任務主要包括30×104t原油碼頭港池整治，新港30×104t原油碼頭炸礁、基槽炸礁及相應的疏浚。其中，炸礁和疏?？偣こ塘繛?87532m3，炸礁工程量及挖槽區覆蓋砂卵石層疏浚量分別為166123m3和21409m3。

該航道工程航電樞紐船閘炸礁施工區域為強流區，潮流向與擬建碼頭前沿線方向基本平行，礁區水流及波浪條件均較為復雜，施工環境差，潮位均值為3.43m，浪高最大達到5.21m，漲落潮最大流速分別為1.5m/s和1.0m/s。

炸礁施工區域地形地質復雜，海底高低不平，巖層厚度最大達9.8m。巖層由上至下為淤泥混砂礫，粉土，角礫，全風化板巖、泥灰巖及輝綠巖，強風化、中風化及微風化板巖，質硬，且存在較大的鉆孔爆破施工難度。

該航道工程航電樞紐船閘炸礁巖石介質全部處于水飽和狀態，炸礁爆破面臨巖石應力、水阻力及深水壓力[1]等綜合作用，施工質量控制難度大，出現淺點的可能性也較大。

2.水下炸礁淺點成因

造成航道工程水下炸礁淺點的原因很多，結合該航道工程航電樞紐船閘炸礁工程實際，原因主要包括以下幾個方面。

2.1 水下鉆孔平面位置偏差

鉆爆施工過程中，主要通過鋪設鋼絲繩和拉索的方式控制鉆機船位置和運動過程，鉆機船定位精度直接影響鉆孔位置的準確性。如果實際鉆孔孔位和設計值誤差偏大，必將引發淺點；錯誤的孔位還會造成漏炸和誤炸。

該航電樞紐船閘炸礁施工區域恰好位于樞紐下游某支流匯入口，該區域水流湍急、橫流較大，在兩者的綜合作用下系泊設備錨固力不足，鉆機船位置發生變化。若技術人員未展開及時量測和糾偏，必將引起鉆機船位及實際鉆孔位置偏差。

2.2 施工水位控制不當

為確保炸礁區域河底標高滿足設計，必須加強鉆孔深度控制，鉆孔深度主要受施工水位、設計高度、孔位水深、孔深超深等的綜合影響[2]。其中，施工水位是影響鉆孔深度的最關鍵因素，該航道工程航電樞紐船閘炸礁施工區域緊鄰航電樞紐下游，樞紐下泄流量對施工水位的影響較大。施工期間恰好處于汛期，航電樞紐流量變化劇烈，水位不穩。在水下鉆爆施工期間，若水位變化未得到及時觀測和考慮，也未據此調整鉆孔深度，則實際鉆深和設計鉆深的誤差必將增大，引發爆破淺點。

2.3 炮孔深度不足

首先，超深值設置不當。超深值設置時必須綜合考慮河底地質巖性、水深、清渣效率等方面，但因該航電樞紐船閘炸礁施工環境復雜，很難量化分析水下爆破漏斗類型，只能借助技術人員經驗展開判斷。結果就是，炮孔超深取值過小，進而使藥包中心位置過高，炸藥能量受到水下礁石底盤抵抗力的削弱后形成爆破淺點。

第二，鉆孔深度不夠。鉆進施工期間水位基準高程控制不當，引發超鉆或實際鉆深不足。鉆孔后未立即安排裝藥，導致鉆孔內淤積大量石屑和泥沙，裝藥前也未將鉆孔內沉渣、碎屑清理干凈，使得實際鉆深遠小于設計鉆深。

2.4 盲炮的存在

水下鉆孔爆破炸礁主要施工面位于深水水下，爆破過程受水下地形地質、爆破技術、水文條件的影響較大。如果爆破炸礁期間產生盲炮，既會改變原設計參數，增大孔距，相鄰炮孔間爆破漏斗切線在設計標高處也難以相切；還會使爆破后碎石塊尺寸過大，影響機械清挖，必然留下淺點。

引起盲炮產生的原因主要有以下幾點：一是導爆管質量差、布設時打結受彎、破損浸水，綁扎處松動脫落，起爆后出現拒爆；二是在孔外微差的情況下，間隔時間設置有誤差，后爆孔導爆管被先爆孔的爆破打斷，無法正常傳爆；三是操作不當，炸藥裝填時搗破導爆管，或是移船時將導爆管拉斷，斷藥長度只要超出15cm便會造成拒爆；四是起爆藥包在炮孔內卡塞后因反復提拉而使導爆管脫離起爆藥包，藥包無法被導爆管順利引爆；五是炮孔內所裝設的導爆管因湍急的水流或鄰孔風壓的影響而反復擺動，進而被孔口巖石、管腳等磨破而引發拒爆；六是連接起爆網路時，雷管聚能穴指向和導爆管傳播方向一致，則導爆管在傳爆前會因被雷管破片切斷、擊穿而中斷傳爆。

3.水下炸礁淺點控制技術

3.1 施工方案優化

航電樞紐水下炸礁爆破施工方案在設計前必須全面了解水下施工區域地形地質條件，掌握巖石的可鉆爆性，據此配備適用的鉆孔設備和爆破器材。水下炸礁工藝有水下清障型和基槽開挖型兩種：前者主要為消除航道或港池內突出巖體對通航的影響而展開的清除施工，應結合地形特征，在臨空面較多的區域開始爆破；后者則在原體爆破開挖出構筑物基礎，適用于既有構筑物附近的爆破，應結合既有構筑物實際，確定掏槽位置，為后續施工創造出盡可能多的臨空面[3]。為提升爆破工效和效果，兩種炸礁工藝通常結合應用。

結合該航道工程航電樞紐船閘炸礁施工工期安排及質量控制要求，制定出以下水下炸礁施工方案，即應用800t平臺式鉆孔船及φ125潛孔鉆機鉆孔，展開多循環毫秒延時爆破；再通過13m3抓斗式挖泥船分條塊、分層次挖裝，分部、分區完成水下深孔爆破。

（1）分部：該航道工程航電樞紐船閘炸礁施工分成三部分展開，分別是30×104t原油碼頭港池整治，新港30×104t原油碼頭炸礁和基槽炸礁，挖槽區覆蓋砂卵石層疏浚。

（2）分區：將施工區域分成6個子區域，A區為整治炸礁區，B區為港池后前沿線以內55m范圍以內，C區為4～8#墩位和14#墩位基坑開挖區，D區為1～3#墩位基坑開挖區，E區為9～11#墩位基坑開挖區，F區為港池后前沿線以內55m范圍以外。

（3）多循環：在每完成1個船位鉆進后及時展開爆破，鉆進和爆破均完成即視為1個爆破循環完成，此次航道工程航電樞紐船閘炸礁工程共布設500個船位，因部分區域控制爆破次數不止一次，總爆破循環次數多達560次。為降低對周圍水工結構物的不利擾動，每次爆破開挖均采取毫秒延時爆破方式。

（4）分條塊、分層次挖裝：通過抓斗式挖泥船分條快、分層次挖泥并清礁，條塊的劃分應與碼頭前沿線方向平行，橫縱向搭接寬度均控制在1～2m之間，以避免漏挖。

3.2 炸礁船布置

航道底部炸礁施工為多循環頻繁移動作業，每個船位均展開1次獨立鉆孔爆破。船位的布置便成為深水炸礁的控制要點之一，其對鉆孔孔位準確度及爆破效果等均有較大影響，也是控制和減少淺點的重要措施。必須綜合航道地形、礁石尺寸及巖性，展開炸礁船合理布置。

炸礁船船位應順著碼頭前沿線由里而外布置，并確保船體長邊和碼頭前沿線平行；相鄰船位間距離應控制在2.0m以內；基坑炸礁區周圍炸礁范圍應相應擴大，以確?；诱w成形效果；炸礁區邊緣和孤礁區船位布置時必須保證船位能整體覆蓋礁石，避免發生遺漏。船體定位通過平面坐標系統控制網實現，各船位均應標出4個角點坐標。

3.3 鉆孔控制

鉆孔施工前，應全面校驗測量儀器精度，并復核控制點坐標。嚴格按照作業規程展開測量，確保儀器整平，對中及后視精準。鉆孔結束后，采用水砣檢測孔底標高，確保鉆孔深度；并通過加強鉆具規格及性能控制，保證鉆孔孔徑。

鉆孔設備性能及施工過程受水流、風浪等影響較大，為此，應始終將船位、鉆機、孔位固定在設計位置，確?？拙W參數的準確性。爆破孔采用三角形布孔方式，即分兩排布孔，孔位設置情況見圖1。

圖1 三角形布孔示意圖

3.4 爆破控制

航道工程航電樞紐船閘炸礁所用爆破器材必須具備防水、抗壓等基本性能，考慮到此次主要為深水作業，故爆破器材性能參數應高出普通的爆破器材。

在爆破方案設計時，必須保證孔網參數、鉆孔參數、炸藥單耗等參數取值的合理性。為控制水下炸礁淺點的發生，應適當增大鉆孔超深。根據《水運工程爆破技術規范》（JTS 204—2023）及施工經驗，水下炸礁小孔網參數為2.0～2.8m，對應的孔徑為8 0 ～1 0 0 m m，鉆孔超深為1.5 ～2.5 m；大孔網參數為3.0 ～4.0 m，對應的孔徑為1 3 5 ～1 6 5 m m，鉆孔超深為3.0～4.0m。結合工程實際，該航電樞紐船閘水下炸礁采用小孔網參數[4]。爆破網絡的布置見圖2。

圖2 爆破網絡布置

水下炸礁地形地質條件復雜，且缺乏過程的可見性，故應按實測水深確定實際鉆孔深度，并據此計算炮孔裝藥量。裝藥前后通過水砣分別探測孔深和裝藥長度，根據探測結果判斷裝藥是否到達孔底；如未到達孔底，必須使用炮棍輕輕推壓，將炸藥送至炮孔底部。裝藥量的確定應綜合考慮巖層厚度+計算超深、孔深及安全距離，具體參考表1確定。

表1 裝藥量與安全距離的關系

4.控制效果

在采取本文所提出的水下爆破炸礁淺點控制方案及工藝后，航電樞紐船閘炸礁效果良好，爆破后石塊塊度和松散度均符合清挖要求，清渣效率和效果顯著提升；挖泥船也能按照設計要求快速清挖，清挖效果好。根據航電樞紐船閘炸礁施工后水下三維全景成像聲吶檢測圖像，炸礁后區域內幾乎無淺點出現，港池開挖施工中淺點率在2%以內，淺點控制效果良好。

5.結論

綜上所述，水下炸礁淺點控制是航道工程施工難點之一，必須在充分考慮施工區水下地形地質、施工技術水平的基礎上，深入分析可能引起炸礁淺點存在的原因，保證施工方案的合理適用；通過優化孔網參數、改進裝藥結果、增大超鉆深度、加強施工組織，該航電樞紐水下炸礁爆破取得了較好效果，爆破塊度和松散度均滿足清挖設備施工要求，河底巖石大塊率降至3.5%及以下，淺點率也降至2%以內，避免了二次或多次掃淺施工的發生，施工工期和施工成本均得到有效控制。