沉箱近距离水下爆破施工工艺

杨熠栋 杨辉

摘 要：水下炸礁施工技术越来越广泛用于码头水工建设施工，炸礁施工过程中需严格控制炸礁振动影响，而近距离炸礁对炸礁施工工艺要求更为严格。本文结合加纳特码新集装箱码头项目简要介绍了沉箱近距离水下炸礁施工的施工工艺和振动速度监测。

关键词：沉箱近距离炸礁 爆破振动速度监测 施工工艺

1.工程概况及施工目的

1.1工程概况

该工程位于非洲几内亚湾北部加纳港口城市特马，濒临几内亚湾的北侧，位于特马老港现有泊位西侧，本工程码头为沉箱重力式码头，原始水深-8m、-9m，爆破施工内容包括：码头基槽及沉箱出运通道水下爆破施工，内港池水下爆破施工。码头基槽炸礁设计标高为-18.3m、-19.8m，北边坡为3：2和2：1，南边坡为1：1，允许超深0.5m，超宽3.0m；沉箱出运通道炸礁设计标高为-16.9m，内港池炸礁设计标高为-16.9m，边坡1：1，允许超深1.0m，超宽5.0m。

该工程水下炸礁施工船舶为新港湾16号，其最大钻孔深度为60m，钻机数量为10个，钻杆直径为152mm。

1.2施工目的

为确保水下爆破施工作业顺利开展，避免爆破振动波对沉箱预制场、沉箱出运码头和已安放好沉箱结构造成的振动破坏，特编制该项目近距离的水下爆破施工方案。

2.地质条件

该项目土质从上之下依次为松散砂、胶结钙质土、强风化片麻岩和中风化片麻岩，部分码头基槽、沉箱出运通道和内港池的表层松散砂和胶结钙质土由抓斗船施工，剩下的强风化岩和中风化岩需要进行水下炸礁施工。强风化岩和中风化岩的特性如下：

2.1强风化岩

易破坏的灰绿的、斑驳的、棕黄色的强风化的片麻岩，主要掺合着砂砾、砂质粘土。层厚在3～5m，标贯在50～750擊（N=50/20mm，换算成标准标贯为N=750/300mm），部分岩芯可取长度达10～30cm，可见其坚硬。

2.2中风化岩

灰白色、斑驳的、细至粗粒度的中等风化片麻岩，岩质极其坚硬。内港池岩层较厚，最厚可达5m；部分码头基槽岩层较薄，大约为0.4m～0.7m，另外在K0+392、K0+744、K0+845里程亦出现高于设计底标高的中风化岩层。

3.风浪条件

加纳特码项目所在地海域在当地雨季（4月-10月）期间风浪较大，旱季（11月至次年5月）风浪相对较小。波向主要集中在155°N～195°N，该方位内波浪的出现频率在9 9.9 %以上，其中又以165°N～185°N向波浪的频率为最高，谱峰波周期的分布范围宽（4s～20s），其中9s～16s谱峰周期波浪的出现频率占88.7%。整体风浪条件较差，但在近距离炸礁施工时，外围防波堤已推进至2400m左右，可对炸礁区域形成良好的掩护，具备良好的钻孔施工条件。

4.近距离爆破区域及技术要求

近距离爆破施工区域有：

（1）港池CH-45～CH75段的沉箱出运通道和内港池，设计底标高-16.9m，炸礁区域宽约80m，距离沉箱最近距离约为55m。

（2）码头基槽及沉箱出运通道CH750 - CH850段，码头基槽设计底标高-18.3m，沉箱出运通道设计底标高为-16.9m，炸礁区域宽约115m，距离沉箱最近距离约70m。

5.爆破周边环境条件

爆破点距离已安放好沉箱最近点为55m，50-100m的距离将采取控制爆破的方式，降低单段炸礁用药量，达到减小爆破冲击波对沉箱冲击的目的。

6.爆破技术方案

（1）钻孔直径：152mm。

（2）爆破参数：孔距×排距×超深：3×3×2m。

（3）装药量：

炸药的线密度=20kg/m，根据经验值装药量Q的计算如下：

装药量Q=（H-h）q；

公式中：

Q：炮孔的装药量，单位kg；

q：炸药的线密度，单位kg/m，孔径152mm的孔q =20kg/m；

H：炮孔的总深度，单位m；

h：炮孔的堵塞长度，单位m；

炮孔的堵塞长度与岩石的风化程度有关，微风化岩炮孔的堵塞长度为2m，强风化、中风化岩炮孔的堵塞长度为2.5～3m。

（4）爆破器材及装药结构

使用现场生产的混装乳化炸药，采用毫秒延期导爆管引爆起爆弹，再由起爆弹引爆主体药包，主药药包为机械装药、全耦装药结构。

孔深在6m以内需要安装1个起爆具、2发导爆管，孔深在6m以上需要装2个、2个导爆管。

（5）爆破安全药量的计算

安全振速，爆破振动安全距离的计算公式如下：

式中：

R—爆破振动安全允许距离，单位为m；

Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，单位为kg；

V—保护对象所在地安全允许质点振速，单位为cm/s；

K，a—与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，该项目K取250，α取1.5；

该项目的保护对象为沉箱重力式码头，沉箱重力式码头的安全振速为5～8cm/s，出于考虑安全因素，该项目安全爆破振动速度取7cm/s。

爆破的岩层平均厚度在3m，单孔的装药量为60kg，不同距离的安全炮孔分段如表1。

（6）水下爆破冲击波对周围建筑物的影响

根据表1所知，水下爆破点和沉箱的最近距离为55m，沉箱为C45混凝土结构，其耐压强度为45MPa。炸礁振动水压公式如下：

P—炸礁振动水压，单位为MPa；

R—爆破点与保护对象之间的距离，单位为m；

Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，单位为kg；

系数K和a，分别取3和1.45；

其中R=50m，Q=72kg，

P = 3*（721/3/60）1.45

=0.0626MPa。

根据水中冲击波压力安全控制标准，码头的最大码头的最大允许水击波压力为0. 2 M P a，而P=0.0626MPa≤0.2MPa.

所以，该水击波压力对沉箱箱体是安全的。

（7）爆破网路

拟采用毫秒级微差延时爆破技术，同时减少单段起爆藥量，爆破网路采用接力式起爆网路，孔内所有导爆管用同一段别500MS，用地表管统一使用42MS（或67MS）联接。

7.爆破安全警戒

（1）爆破前1小时需在指定工作群内发布起爆计划信息，包括起爆时间、地点、单段最大药量、总药量；

（2）起爆前30分钟由钻机船、警戒船发出警戒信号，锚艇开始进行巡逻警戒，警戒半径为炸礁船附近450m；

（3）起爆前15分钟需用手机或甚高频联系周边各单位现场负责人（各施工船舶、交通船船长、潜水作业人员、沉箱预制场现场主管及各警戒点人员等），在各单位现场负责人得到安全确认后方可起爆，起爆前关停警戒声，吹三次长声哨；

（4）爆破后确认现场安全情况，若无安全隐患，发布警戒解除信息，结束该次爆破施工。

8.爆破振动速度监测

8.1监测布点设计

根据水下爆破振动传播规律，以及爆破作业区域周边建筑物结构特点，选定爆破区西北侧的公务员小区内（砖混结构）和沉箱作为该项目的爆破振动速度监测点，监测点如图1所示（图中ZD1、ZD2和ZD3）。

8.2 爆破振动测试仪器

爆破振动测试仪器为TC-4850爆破测振仪，中科测控出品，已标定认证。

8.3 爆破振动速度监测

根据2018年8月-10月在上述两块炸礁区域进行炸礁施工时，对沉箱上监测点ZD2和ZD3进行爆破振动监测，监测数据均未超过安全振动速度，具体监测数据如表2。

9.总结

沉箱近距离水下炸礁施工需对爆破用药量进行严格控制，该项目通过对爆破药量的控制，在完成了炸礁施工任务的同时，避免了爆破振动对沉箱箱体的破坏，从而保证了工程的顺利施工。

参考文献：

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