柳江水下沟槽爆破施工技术

柳江水下沟槽爆破施工技术

林立新

中铁二十五集团第四工程有限公司广西柳州545007

摘要：结合液化天然气管道水下穿越深水航道工程实例，介绍了柳江水下沟槽爆破施工设计与施工方法。为其他类似工程提供了参考与借鉴。

关键词：柳江沟槽水下爆破施工技术

1、工程概况

广西液化天然气项目输送管线工程从柳州市城北沙塘镇古灵村河段东西向穿过。管道直径610mm，开挖长度26.98km，其中柳江河底岩石区爆破开挖沟槽长度为874.11m。

管道沟槽开挖底宽6.6m，爆破岩石深度5~8m，边坡1:0.45。爆破工程量为39772m3，水深10m以上的钻孔爆破量占全部工程量的52%，施工段航道水深28.4m，流速1.0~2.0m/s、紊流和漩涡多、受上、下游电站蓄水发电及船舶过坝影响，水位在1-2m间不断变化，岩性为弱风化灰岩，硬度系数f=6~8，块状构造，局部有夹层，大部覆盖砂卵石。

东岸2户民房及抽水房离爆破作业点70m，上游120m有座500kv输电线钢塔，高压线与管道轴线成30°角跨过河，离水面高26m，下游200多米是G78高速公路螺丝岭大桥；。

2、施工难点：

①受水压、流速、覆盖层的影响，水下钻孔受砂卵石回落堵孔，易造成孔深不够和二次钻爆。②爆破器材深水中浸泡时间长，对其起爆性能有较大的影响，所以对防水性能有极高的要求。③流量大及水位变化快对钻爆平台定位及钻孔深度的准确测量也是一个难点。④爆破区域距离长，轮廓开挖后平顺度要求高。

3、爆破设计方案

3.1主导思想

（1）水下控制爆破，挖除破碎岩石，满足钢管下沉安放的断面要求。（2）确保爆区附近房屋及设施的安全。（3）在内河航道爆破作业，受船只通行、雨季及洪水的影响，优化孔网参数缩短施工时间。

3.2爆破器材的确定

炸药在水下，受水压力和水体阻力两方面作用，爆炸性能相应下降，水深超过8m时，爆速、猛度衰减较大。由于本项目爆破炸药在水中浸泡时间在5—13小时左右，对炸药的要求是：密度高，威力大、不易吸水、传爆距离长。所以选择具有上述性能的2号岩石抗水性乳化炸药，参数为：药卷密度（1.0～1.3）g/cm3。爆速:≥3.2x103m/s；做功能力≥260mL、猛度≥12mm。

因钻爆船上有发电、用电设备、岸边有高压线，为不受杂散电流影响，均采用非电导爆管雷管。每钻一个孔立即装药，雷管埋深水中时间达13h，选用的FMS1－8导爆管雷管可抗杂散电流，浸入20m以上水深，保持24h后取出不会拒爆。

3.3炸药单耗

以陆上爆破为参考，综合水深、岩性、覆盖层厚、临空面等因素，对比后采用瑞典水下爆破经验计算公式：Q=q1+q2+q3+q4式中:Q—单孔装药量（kg）；q1—基本药量单耗，为陆上2倍单耗，垂直孔再加10%；即q1=(2x0.5)x(1+10%),

q2为克服爆点上方水压用药量，q2=0.01h2,h2--为水深，m:q3--为克服覆盖层用药量，q3=0.02h3，h3为覆盖层厚度，m；q4为岩石膨胀用药量，q4=0.03h4，h4为梯段高度，m。本工程中较坚固的灰岩f=6～8，q1=1.1kg/m3；h2=5～30m，q2=0.28kg/m3:h3=1.2m，q3=0.024kg/m3；h4=8m，q4=0.24kg/m。计算得q=1.64kg/m3。参照《水运工程爆破技术规范》规定，经试爆和考虑水文地质条件后，取q=1.72kg/m3。

3.4爆破参数

根据施工条件，钻孔直径D=110mm；孔距a=(0.8～1.5)W=1.6～3.0m，排距b=(0.8～2.0)W=1.6～4.0m；孔深H=7～10m，其中超深h=2.5～3.0m。为使爆破后不留下岩坎，据岩性、水深和清渣设备因素，确定孔距：a=2.2m；排距b=2.0m，超钻深度Δh取3.0m，炮孔采用矩形布置。

3.5装药设计

采用柳州威奇生产的2岩石乳化炸药，直径为90mm，长度为400mm。单卷药重为3.0kg。单孔装药量计算公式：Q=q×a×b×H式中：Q——单孔装药量（kg）；q—水下爆破单位炸药消耗量（kg/m3）；a—孔距，m；b—排距,m；H—设计开挖的岩层厚度（m），包括超深值。

3.6起爆网路

为减小爆破地震波危害、达到岩石破碎效果，采用微差爆破网络，与齐发爆破相比，平均降震率为50%。实爆证明，段差约100ms时降震效果明显。孔内单个药柱分别装2发雷管，起爆采用ms1、ms2……ms10段共10个段别。

4.爆破施工工艺

4．1钻爆船的改装和定位

根据工程特点和工程量，将一艘长45m、宽7m、高2.5m的800t的驳船改装成钻爆平台，钻孔设备沿着导轨移动，一次定位可打4—5个孔，满足了钻孔的要求。钻爆平台顺流置于河中，利用主锚缆用以控制船体前后移位，八字锚缆控制船体左右移位，钻爆船的移动靠绞锚完成。采用RTK-DGPS和全站仪定位。

4．2炮眼钻孔。

为使沟槽平顺，钻孔与设计孔位偏差不超20cm并控制好钻孔深度。根据沙卵石层、及水深情况，每台钻机备好1m、2m、9m长，内径120mm的钢套管。套管上切割长条形的卸渣孔，以便钻孔时水、岩渣从卸渣孔流出，不冲向作业平台。套管从引导孔吊放入水中，在急流处、采用加厚套管并预设水流偏移量。锤击定位后即可吊钻杆入套管钻进。一次钻至设计孔底标高（加超钻深度）。要随时测量水位高程，计算出平台上部至设计底深的高差h1，测出从平台上部至水下基岩的深度h2，计算h1-h2即为需开挖深度h,再加上设计的超深Δh，得出钻孔深度h钻=h+Δh.

4.3装药结构及堵塞。

孔内采用连续装药，药柱长度小于6m时装2发雷管，分别位于下部约1/3处和上部1/3处；药柱长度大于6m时，装3发雷管，位于药柱总长的1/4、1/2和3/4处。边钻孔边装药，钻孔完毕炸药也随之装完，移船时须保护好起爆网络。

根据《水运工程爆破技术规范》，水深3~6m的，堵塞长度0.5～1.0m；本工程水较深，只考虑靠岸边堵孔0.5m，其余不堵孔。

4.4起爆接线操作和起爆。

装药完毕后，按照起爆顺序，以串并联方式。用脚线长40米Ms1非电导爆管雷管进行传力起爆。为防止起爆雷管聚能穴高速射流切断尚未传爆的导爆管造成拒爆，起爆雷管应与导爆管反向布置，并用防水胶布包扎紧密。待钻爆船平移到130m外，用CHA---500E数字式高能脉冲起爆器电击导爆管起爆详见下图

5、爆破安全校核及控制

水下爆破影响安全的主要因素是爆破地震波、水中冲击波以及飞石。

5.1爆破震动安全距离。

由于东岸有抽水房、民房，上游有铁塔、高压线和下游的高速公路桥。因此须减少爆破时产生的地震波，不对周边民房，公路桥等建构筑物带来危害。以《水运工程爆破技术规范》要求的公式来验算：

式中：v—地面质点峰值振动速度，v/cm.s-1；R—爆破振动安全允许距离，m；Q—炸药量（齐爆时为总药量，微差爆破时为最大一段药量）kg；K、a—与爆破点地形、地质有关的系数衰减指数、本项目取K=160；a=1.6。参照《水运工程爆破技术规范》取民房v=2.3v/cm.s-1桥梁v=3.5v/cm.s-1

东岸爆点离建筑物的最近距离为70米，离岸边50m范围内单孔最大装药量（也是一次最大起爆量）为60Kg。其他区域采用多孔同时起爆，经孔内分段一次最大起爆量是300Kg。

计算：当Q=300kg时，200m桥梁处的质点振动速度V=160x（3001/3/200）1.6=0.7cm/s，120m处的民房质点振动速度V=160x（3001/3/120）1.6=1.58cm/s。当Q=60kg时，70m处的民房质点振动速度V=160x（601/3/70）1.6=1.58cm/s，结果均满足爆破震动安全的要求。

5.2水中冲击波对人员、船舶的安全距离

本次爆破最大段药量在60kg~300kg之间，据《水运工程爆破技术规范》规定，游泳人员安全距离1100m、潜水人员安全距离1400m。木船250m、铁船150m。

5.3飞石安全距离

根据已有的施工经验，在浅水中爆破，飞石距离以陆上爆破考虑。对于深水钻爆，飞石安全距离取值：当水深L≥4.0m时,碎石很少飞出水面,取50~100m。当水深＞6米时，飞石对地面、水面人员没影响。

本项目取安全距离为100m，不准超设计装药,岸边炮孔进行规定堵塞和防护，确保爆破区域附近高压输电线的安全。

6.施工效益与认识体会

6．1施工效益

经过认真组织和精心施工，仅用65天就完成了爆破施工任务，比合同工期提前30天。清碴过程中发现岩石非常破碎，基本没有欠挖点，断面轮廓平顺，抓斗的满斗率超过97%，极大地提高工程进度，避免了因清挖效率低下或二次补炸等导致工期严重滞后的现象。爆破过程确保了安全，从施工技术方案的实施效果来看，取得明显的工期效益和经济效益。

6．2几点认识体会

（1）在局部覆盖层厚且有裂隙的岩石上，采取事先挖除砂卵石覆盖层、利用套管作业和高压风吹孔等来解决砂卵石在水流作用下回落堵孔的难题，提高了成孔率。

（2）深水爆破时，水的强渗性对爆破器材的防水要求高，必须使用符合防水要求的爆破器材或长做好防水措施。

（3）加大钻孔爆破方面的投入，提高爆渣的松散性及破碎度，对加快进度，降低工程成本非常有利。

（4）水下爆破定位及孔深测量要准确，避免二次爆破或补爆，否则成本大增且实施困难。

参考文献：

[1]汪光旭，爆破设计与施工.[M].北京冶金工业出版社.2013．

[2]爆破安全规程GB6722-2014；国家标准出版社.2015.

[3]齐世福.刘新波.乔拓.内河航道水下控制爆破.(2011)01—0046