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      福建沿海水下鉆爆工藝研究

      2015-11-09 15:34趙凱
      中國水運 2015年8期

      趙凱

      摘 要:我國東南沿海一帶新建航道、航道改造升級工程增多,航道等級越來越高,規(guī)模也越來越大。無論是新建航道,還是航道拓寬加深,都將遇到水下炸礁工程。本文從施工部署、鉆孔及裝藥等方面,對福建沿海一帶的鉆爆技術(shù)進行了初步探討。

      關(guān)鍵詞:福建沿海地區(qū) 航道等級 水下鉆爆

      隨著我國經(jīng)濟發(fā)展,福建沿海一帶新建航道逐漸增多,不少原有航道因適應(yīng)不了新形勢發(fā)展的需要,也在不斷進行拓寬、增深,提高原航道等級。因航道深度不斷增加,因此在進港段不可避免的要遇到水下基巖突出部分,必須要用到水下鉆爆技術(shù)將基巖進行爆破后開挖運走,來滿足工程需要。

      福建沿海炸礁的不同之處

      首先是潮差相對較高。福建沿海區(qū)域?qū)儆诎肴粘保蟛糠指劭跒閺姵焙?。以泉州灣石湖港為例,該區(qū)域為正規(guī)半日潮,當(dāng)?shù)刈罡叱蔽粸?.86m,最低潮位為0.19m,最大潮差達7.67m,多年平均高潮位為5.96m。如此高的潮差給施工帶來較多困難,比如說漲落潮時流速增大,高潮時水深變深等。

      第二是受干擾因素較多。福建沿海位于我國東南,每年6~9月臺風(fēng)較多,10月份以后,逐漸進入季風(fēng)季節(jié)。該區(qū)域季風(fēng)為強東北風(fēng),風(fēng)力最高可達10級以上。季風(fēng)季節(jié)時,海面上涌浪較大,浪高可達3m以上。

      第三是地質(zhì)條件復(fù)雜。近年來的航道工程多是在原航道上進行升級,拓寬、加深以提高航道等級。這樣的話,鉆爆施工會遇到以前施工造成的破碎帶,水底基巖已經(jīng)不是一個完整的整體,給鉆孔帶來困難。并且某些地方存在著基巖斷層現(xiàn)象,也是給鉆孔工作帶來不利影響。

      自然條件的惡劣是無法改造的,我們在施工中只能用改進工藝、改進工具的方法,來適應(yīng)它,以達到我們的目的。

      合理規(guī)劃施工順序的重要性

      一個工程,往往分為好幾個施工區(qū)或炸礁區(qū)。在鉆爆開工之前,一定要仔細研究設(shè)計圖紙、地勘報告、歷年潮位表、當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料等,多走訪當(dāng)?shù)馗劭诓块T、有經(jīng)驗的漁民,準(zhǔn)確了解到該地區(qū)的潮位規(guī)律、臺風(fēng)季風(fēng)規(guī)律、海面波浪規(guī)律等,對整體鉆爆的施工部署有極大的幫助。原則上,要把風(fēng)浪條件最為不利的區(qū)域放在施工條件最好的時段來進行施工;把風(fēng)浪條件較好的區(qū)域放在施工條件不好的時段來進行。這樣才能保證整體施工效率,確保施工進度,否則到了臺風(fēng)季風(fēng)季節(jié),風(fēng)浪條件變得惡劣,整個現(xiàn)場將無法施工,面臨停工的困境。

      以泉州灣深水航道工程為例,該工程共有15塊礁石需要鉆爆炸除。該地區(qū)季風(fēng)為東北風(fēng),在施工部署的時候,便充分考慮施工區(qū)附近的小墜島,在季風(fēng)季節(jié)有一定的防風(fēng)阻浪效果(見下圖),因此在施工布置的時候,將3#、6#、7#、9#礁作為最不利位置,將8#和10#作為最有利位置,總體進行平行施工。風(fēng)浪條件最好的時段,施工3#、6#、7#、9#礁,風(fēng)浪條件不好時施工8#、10#礁。

      需要注意的是,施工部署定下的施工順序只是一個大的原則上的范疇,在施工中,往往會因為一些具體的原因作出調(diào)整,調(diào)整時也應(yīng)把握住有利施工的原則,盡量做到全面考慮。

      施工工藝的改進

      施工工藝不是一成不變的,不同地區(qū)往往采取不同的工藝,這取決于每個工程的實際情況、地理環(huán)境、氣象水文因素等多方面綜合原因。為適應(yīng)福建沿海地區(qū)的水下鉆爆工程,需要滿足以下條件。

      1、鉆孔工藝

      為適應(yīng)高潮差下鉆孔需要,必須采用雙層鉆孔平臺,一般多是采用高鉆架加單套管的鉆孔工藝。鉆爆平臺的設(shè)計要注意,要能在漲落潮水位變化的時候(一般潮差漲落速度為0.01~0.015m/min),適應(yīng)潮位進行鉆孔。

      因福建沿海地區(qū)花崗巖分布較廣,非常堅硬,鉆機應(yīng)選用液壓高風(fēng)壓鉆機以提高鉆孔速度。高風(fēng)壓鉆機速度在0.2~0.125m/min左右,一個6米深的鉆孔需要鉆30~48分鐘左右,考慮到準(zhǔn)備時間、裝藥時間及其他等待時間,一個鉆孔完成的時間大概在80分鐘左右,此段時間的潮差最大可達1.2m,在施工中則需要隨時關(guān)注水位情況,保證孔底標(biāo)高。

      由于沿海區(qū)域的無遮擋海面上,大部分時間波高都在1.0m~1.5m以上,鉆孔時鉆爆船的定位至關(guān)重要,如定位不穩(wěn)則易出現(xiàn)危險情況,輕則鉆桿被拉彎、鉆頭丟失,重則出現(xiàn)險情。泉州灣深水航道施工時,高潮時水位最深達20m,就是說鉆桿和鋼套管的長度都超過了20m,遇有緊急情況時,要想將鉆桿和鋼套管全部取出的時間較長。經(jīng)過研究改造,可采取在鉆機頂部增加液壓牽引機的方式,加大套管及鉆桿的牽引力;同時可以在平臺中增強鋼套管的保護裝置,以抵抗波浪的沖擊。

      2、裝藥連線工藝

      成孔后,藥包順著套管往孔里裝的時候,如果遇到潮流沖擊,套管稍有偏移,柔軟的藥包便無法入孔。可以采取以下辦法解決:

      選用優(yōu)質(zhì)、具有良好強度和韌性的PVC管,藥包按照計算長度加工好以后裝進PVC管內(nèi)做成一個整體,前端做成楔狀,這樣可以大大減小裝藥的時間和難度,提高裝藥成功率;同時也可以保證藥柱的整體性,增強爆破效果。

      一般來說,鉆孔裝藥一定數(shù)量后再進行移船放炮,一次爆破最大藥量是根據(jù)經(jīng)驗公式及修正系數(shù)得到的。每鉆完一個孔并檢驗合格后,就要將炸藥裝進孔內(nèi),同時將導(dǎo)爆線集中收并,最后再連線進行爆破。隨著鉆爆船不斷移位、鉆孔,導(dǎo)爆線也不斷的放長,不能受力,否則將導(dǎo)致導(dǎo)爆線或?qū)П苁軗p拒爆。為保護導(dǎo)爆線,應(yīng)用強度較高的尼龍繩將導(dǎo)爆線保護起來,無論是水流沖力還是人工的拉力,都作用在尼龍繩上,導(dǎo)爆線始終處于不受力狀態(tài)。福建沿海地區(qū)漲落潮時形成的流速通常達到2~3m/s,必須要做好保護措施,防止水流的強大沖擊力拉斷或拉傷導(dǎo)爆線。隨著鉆孔不斷增加,導(dǎo)爆管數(shù)量、長度也不斷增加,潮流過大時,可以將已裝藥的導(dǎo)爆線集中包扎好,系上浮標(biāo)放入水中,浮標(biāo)用尼龍繩套緊后,預(yù)留足夠長度系在鉆爆船上。鉆爆過程中應(yīng)隨時將連接浮標(biāo)的尼龍繩收緊或放松。

      鉆爆過程中,在施工區(qū)域兩端均應(yīng)設(shè)置警戒船,以防止有漁船或其他小型船舶突然闖入施工區(qū),掛斷炮線引起事故。

      3、不良地質(zhì)影響

      一般來說,原始礁石因未經(jīng)施工擾動,在進行鉆孔時最為有利。實際施工中,經(jīng)常遇到較破碎的巖層,或者工程本身就是在原航道基礎(chǔ)上進行加深、拓寬施工,礁石在原航道建設(shè)時已經(jīng)被鉆爆過,整體性較差,這種情況下鉆孔就變得比較困難。鉆孔時經(jīng)常會遇到卡鉆現(xiàn)象,或是一個鉆孔完成,鉆桿一提出就出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,鉆孔被破碎的巖石填滿,無法裝藥。

      針對這種情況,一般來說首先要探清水下基巖的大致情況,才能制定出相應(yīng)對策:①首先應(yīng)進行一次全面水下測量,然后用抓斗挖泥船進行一次全面開挖,將面層上的碎石或是松動巖石清挖干凈。清挖時如果遇到明顯松動卻無法開挖的松動巖石要在圖中標(biāo)記,另作處理。清挖后再進行一次水下測量,將兩次測量圖紙進行對比,根據(jù)清挖中的記錄分析破碎帶分布情況。②鉆孔前,應(yīng)抽出一定的時間,用鉆爆船上的鉆機將整個礁石探摸一遍(為節(jié)約時間,可不放鋼套管),確定整個區(qū)域的巖石完整情況,記錄下破碎層大致的深度,判斷可以成孔的深度。③根據(jù)探摸情況,進行布孔設(shè)計,盡量避開破碎區(qū)域;實際施工中,如無法成孔,可以將鉆孔位置進行左右稍微偏移(50cm左右),并做好記錄。④改進鋼套管及鉆桿的連接方式。一般鉆爆時,鋼套管末端停留在基巖表面,鉆頭持續(xù)鉆進成孔,如遇到破碎層影響,鉆頭提出時,鉆孔往往又被填滿;可以通過改進鋼套管的末端尺寸及形狀,使之隨著鉆桿一起深入孔內(nèi),相當(dāng)于為鉆孔增加一個鋼護筒,有效阻止塌孔現(xiàn)象。此種方法鉆孔時間相對要增加一半左右,但能解決無法成孔現(xiàn)象。⑤如某區(qū)域卡鉆現(xiàn)象特別嚴重,可以選用偏心鉆頭進行鉆孔。偏心鉆頭施工效率相對低一點,成孔時間約比普通鉆頭多出一半左右,但能大幅度提高成孔率。⑥如遇到大型松動孤石,無法開挖也無法鉆爆時,可利用挖泥船開挖時的坐標(biāo)記錄,找到其精確位置,有條件的話用潛水員將加工好的藥包放到孤石底部,進行裸爆處理,效果最佳;如不能用潛水員下水,用其他辦法將藥包放到孤石四周(比如挖泥船的抓斗)進行裸爆,此種方法必須經(jīng)過論證,采取必要措施來滿足安全的前提下才可進行。

      結(jié)語

      海上鉆爆施工與內(nèi)河相比,施工條件要惡劣得多,所遇到的情況也更為復(fù)雜。本文只是列舉出部分在實際施工中遇到的問題及常用解決辦法,在實際施工中,往往會遇到更多各種各樣的難題,需要根據(jù)實際情況,進行分析研究,確定出最佳的施工方法來解決難題。

      參考文獻:

      [1] GB672286,爆破安全規(guī)程,

      [2] 楊文淵.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊.人民交通出版社.2002.

      [3] 交通運輸部.水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn).人民交通出版社.2008

      (作者單位:長江重慶航道工程局)

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