水下炸礁施工技术

1 中港一航局宝钢马迹山矿石中转港 扩建工程Ⅱ标项目部

宝钢马迹山港水下炸礁施工总结

王文欢 丁德勇 2006年11月20日 2

宝钢马迹山港二期工程水下炸礁施工总结 王文欢 丁德勇 一、工程概况 宝钢矿石码头二期工程位于浙江省舟山市嵊泗县马迹山港区，此次炸礁区域位于二期工程装船码头前沿。该工程地处外海孤岛，开敞式海域，常年受东南向大风影响且风浪较大，落潮时最大流速1.92m/s，且潮流紊乱，有效作业时间少，施工条件差；此外，本次炸礁区域紧邻一期装船码头，与1＃沉箱最近距离仅3m，要确保一期装船码头的安全并能正常生产作业，且炸礁后沿为嵌岩桩位置，要求非爆区基岩不受影响，施工难度大。 水下炸礁区岩面直接裸露海底，无覆盖层，岩石以晶屑凝灰岩为主，中等风化，单轴饱和抗压强度为62～91.2MPa，属坚硬岩，岩体的基本质量等级为Ⅲ-Ⅳ级。岩石普氏系数为f=10～16，此岩石难钻易爆。炸礁区域地形北高南低，水下炸礁范围东西长约为81.2m，南北宽约为33.8m，面积约2744.56㎡，爆破平均厚度为约3m（包括超深-0.5m），炸礁总方量约为7000m3，详见施工平面图。

二、水下爆破设计 2.1爆破设计原则 为保证二期码头的后方嵌岩桩位置的基岩不被破坏，同时确保爆区周围水工及陆域建筑物，特别是一期码头1#沉箱的安全，设计方案如下： （1）二期码头前沿爆区与非爆区之间采用水下预裂爆破措施，先在爆区与非 3

爆区边界处，间距1m钻一排预裂孔并小药量引爆，使爆区与非爆区分开，保护非爆区的基岩完整。 （2）爆区与一期码头1＃沉箱之间除采取预裂爆破措施外，并在靠近沉箱边线钻二排减震孔且爆破前用高压风空压机设置气泡帷幕，以降低水激波对沉箱壁的作用，气幕效果见右图。 （3）炸礁区域的孔间或排间采用毫秒延期非电雷管微差延时爆破，以减少单段最大药量。 2.2主要设备的选择 根据本工程的施工条件选用抗风浪、抗水流能力都较好，定位速度快且稳定性好的漂浮式炸礁船作为水下爆破的主要设备。该船纵向沿船边装有30米轨道，供3台钻机在轨道上灵活移动，钻机配备较为先进的自行液压控制系统。配备一台900XH高风压英格索兰空压机连接钻杆气举法清孔排渣。 2.3爆破器材的选择 适用于水下爆破的炸药通常有乳化炸药、硝化甘油炸药和TNT炸药等。根据本工程特点，炸药在水中要浸泡一定的时间，为取得较好的爆破效果，选择防水性能好、爆能较高、运输使用安全系数大、价格便宜的乳化系列炸药，规格为主爆孔：Φ110mm×400mm：4kg/包，预裂孔：Φ32mm×180mm：150g/包。雷管选用8#铜壳毫秒延期非电导爆管雷管，并根据钻孔深度及起爆网络情况选用不同段别雷管，以控制单段最大药量，连接网络后由起爆雷管引爆。导爆索选用安全可靠，又便于网路设计防水导爆索。 2.4爆破设计 2.4.1钻孔直径及布孔形式 为便于钻孔定位、提高钻孔效率、有利于装药堵塞，采用垂直孔钻孔形式，主爆孔使用ф138mm钻头、预裂孔、减震孔使用ф105mm钻头进行钻孔。爆破炮孔采用矩形布孔方式。 4

2.4.2炸药单耗计算 炸药单耗使用《工程爆破使用手册》（第2版）中瑞典计算方法公式： q=q1+q2+q3+q4

式中：q为水下爆破单位耗药量（kg/m3）

q1为基本炸药单耗，其值为一般陆地梯段爆破单耗的2倍，对于水下垂直孔，再增加10%； q2为爆区上方水压耗药增量，q1=0.01h1，h1为水深（m）； q3为爆区上方覆盖层耗药增量，q2=0.02h1(m),h1为覆盖层厚度（m）； q4为岩石膨胀耗药增量，q4=0.01Η，Η为梯段高度（m） 爆区的岩石普氏系数为f=10～16，垂直孔水下爆破基本单位炸药单耗1.2～1.5kg/m3，高潮位时，爆区水深在15～20m，爆区上方水压耗药增量 q1=0.15～0.2kg/m3，爆区上方基本无覆盖层，不考虑覆盖层增量。 综上所述的各影响因素，水下爆破的炸药单耗：q=1.35～1.65kg/m3。 2.4.3爆破安全距离计算 《爆破安全规程》规定“一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求”并规定了建（构）筑物地面质点振动速度控制标准，详见下表： 主要类型建、构筑物地面质点安全振动速度 序号 主要建、构筑物类型 安全振动速度(㎝/s) 1 土窑洞、土坯房、毛石房屋 1 2 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2～3 3 钢筋混凝土框架房屋 5 4 重力式码头 5～8 5 水工隧洞 10 6 交通隧洞 15 规定的计算方法是： Q=R3v3/α/K3/α 其中，上述公式中R以m计，Q以kg计，v以cm/s计。因为此次爆破采用微差爆破，Q表示为最大单段药量，根据《爆破安全规程》规定，K选取100、 5

α选取1.5，与沉箱最近的一排炮孔间距R为3m，K值取100，v取8 cm/s（沉箱基础为基岩，取大值），得 Q=3383/1.5/1003/1.5 Q=0.1728kg 根据《工程爆破实用手册》(第2版)安全药量修正公式计算实际安全药量,公式为: Qs=KQ K=K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7 式中：K1——炸药埋置深浅的系数K1=（Cp/Cs）1/2×(Q1/3/W)，Cp、Cs为纵波、横波传播速度，无具体数据忽略取1； K2——自由面系数，当自由面为N时，K2=0.25N2，K2=4（三号爆区自由面为4，分别为前面、左右面及上面）； K3——微差爆破系数，当 Δt≥t+ 时 K3=2/3，K3取0.6； K4——爆破作用频率系数，每年一次爆破K4=1，每年50次爆破K4=0.9，每年100次爆破K4=0.7，根据舟山地区,K4取0.9； K5——方向系数，建筑物在爆区后方时，取K5=1，在侧向取K5=2，前方取K5=2，1#沉箱在炸礁区域后方K5取1； K6——自然屏蔽系数，在爆源和建筑物之间有断层、溶洞、堑沟、深谷，取K6=2～6，K6取4（沉箱与基槽之间有1.5m厚片石，可视为自然屏蔽）； K7——人工屏蔽系数，在爆源和建筑物之间挖沟、预裂，可使v值降到1/2～1/3，此时人工屏蔽系数K7=4～9，K7取7（增加预裂孔、减震孔）。 Qs=KQ=60.48×0.1728=10.45kg。 计算距1#沉箱各距离安全药量，详见下表： 6

计算距沉箱各距离的安全药量 距离(与沉箱) 震速 单段药量 水下爆破系数 实际安全药量 R(m) v(cm/s) Q(kg) K α Ks Qs(kg) 3 8 0.1728 100 1.5 60.48 10.4509 5 8 0.8 100 1.5 60.48 48.384 7 8 2.1952 100 1.5 60.48 132.7 9 8 4．6658 100 1.5 60.48 >100 11 8 8．5184 100 1.5 60.48 >100 13 8 14．0608 100 1.5 60.48 >100 15 8 21．6 100 1.5 60.48 >100 17 8 31．4432 100 1.5 60.48 >100 19 8 43．8976 100 1.5 60.48 >100 21 8 59．2704 100 1.5 60.48 >100 23 8 77．8688 100 1.5 60.48 >100 从上表用公式计算单段药量来看，3m和5m药量分别是10.4509kg、48.384kg。依炸礁平面图可知，三-C区离1#沉箱的最近的距离为3m，单段药量控制在8kg；离1#沉箱的距离5m～15m的地方，单段药量控制在8～15kg；超过15m处药量全部控制在100kg以内，施工爆破用药量均控制在安全药量范围内，能够保证构筑物安全。从现场实际情况看，根据爆破过程中振动监测试验数据，实际爆破药量得到进一步优化，均比设计加大了单段最大药量及一次起爆总药量。 2.4.4预裂爆破设计 2.4.4.1孔间距及线装药密度计算 根据钻机钻头条件，孔径d取105mm，炮孔超钻2.5米(标高达到-19.0m)。 孔间距a=（8～12）d 式中：d为孔径105mm，硬岩取小值，软岩取大值，结合现有设备取9 则a=9×105=0.945m,取1m。 为了能形成较为理想的预裂面，保护好非爆区基岩，需选择合适的装药量。参考三峡工程提出的预裂爆破三峡公式来计算预裂炮孔的单孔每延米装药量（即 7

线装药密度）。计算公式如下： 线装药密度 q1=3(D·a)1/2.σ1/3 式中：q1——线装药密度，g/m； D——钻孔直径，cm； a——孔距，cm， σ——岩石抗压强度，岩石的普式系数f=10～16，按f=16进行计算，σ为160Mpa 则：q1=3×（10.5×100）1/2.1601/3=527.74g/m，考虑到水下预裂较困难，线装药密度取700g/m。 2.4.4.2预裂孔装药结构设计 把Ф32mm的药卷均匀地绑在细钢筋上，用防水导爆索传爆，孔底1.0m加强装药，装药量为正常装药量的2～3倍，孔深超过5m取大值，反之取小值。导爆索用低段别MS1或MS2非电导爆管雷管引爆，（如上图）。 2.4.5主爆孔孔网参数及起爆网络设计 2.4.5.1孔网参数 根据本工程特点,将炸礁区域自西向东分三个区，见下图。