青島港前灣航道擴(kuò)建工程爆破開(kāi)挖施工研究

魏博

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

0 引言

航道清淤疏浚工程建設(shè)可提高航道現(xiàn)狀的通航能力，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。針對(duì)地質(zhì)情況較好的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，需采取爆破開(kāi)挖等手段，以提高航道擴(kuò)建效率[1-5]。以青島港前灣港為研究對(duì)象，對(duì)航道擴(kuò)建工程爆破開(kāi)挖進(jìn)行研究。

現(xiàn)狀青島港前灣港航道寬280 m，航道底標(biāo)高為-15.0 m，可滿(mǎn)足雙向5萬(wàn)t級(jí)集裝箱船通航需求，10萬(wàn)t級(jí)集裝箱船可乘潮單向通航。為了提高航道的通航能力，對(duì)航道進(jìn)行擴(kuò)建處理。擴(kuò)建后航道中心線與現(xiàn)狀中心線一致，沿中線兩側(cè)各擴(kuò)寬105 m，航道總寬由280 m增加至490 m。航道底標(biāo)高由-15.0 m浚深至-16.5~-18.3 m。航道基巖較為復(fù)雜，多為花崗巖，并有少量的玄武巖、安山巖、角礫巖及凝灰?guī)r，已不同程度風(fēng)化，基巖強(qiáng)度相對(duì)較高，采用機(jī)械直接開(kāi)挖難度大，綜合考慮采用爆破開(kāi)挖。

1 爆破參數(shù)選擇與裝藥量計(jì)算

1.1 爆破參數(shù)選擇

為了不影響航道的通行使用，采用水下爆破方式對(duì)航道進(jìn)行擴(kuò)建。炸藥采用性能較好的乳化炸藥，藥卷直徑為90 mm，長(zhǎng)40 cm，采用塑料袋包裝，條形藥包的線密度為8.0 kg/m。導(dǎo)爆管雷管采用山東銀光防水型毫秒級(jí)，用擊發(fā)槍引爆。

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖石變化確定鉆孔爆破參數(shù)。

1）炮孔直徑d：140型鉆機(jī)，鉆頭直徑140 mm。

2）最小抵抗線W：

式中：k為系數(shù)，取18。140型鉆機(jī)最小抵抗線取2.5 m。

3）炮孔間距a：

取a=2.5 m。

4）炮孔排距b：

取b=2.5 m。

5）鉆孔超深h：一般情況下，根據(jù)區(qū)域以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)取值，100型鉆機(jī)孔網(wǎng)參數(shù)為2.5 m×2.5 m，超深為2.5 m。

1.2 裝藥量計(jì)算

根據(jù)水運(yùn)工程爆破相關(guān)規(guī)范及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，該工程的裝藥量按鉆孔深度的85%進(jìn)行裝藥。單孔裝藥量=（巖層厚度+超深）×85%，則巖層厚1，2，3 m的單孔裝藥量為20.0，25.6，32.0 kg。

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔定位

根據(jù)工程的水文、氣象、地質(zhì)、地貌等情況，鉆機(jī)船采用左右四口八字錨進(jìn)行前后和左右移動(dòng)，邊錨鋼纜的最長(zhǎng)長(zhǎng)度約150.0 m。

鉆機(jī)船共安裝6臺(tái)鉆機(jī)，每一區(qū)段的長(zhǎng)度為30.0 m。每個(gè)區(qū)段內(nèi)的孔按梅花形布置。在水下鉆孔定位時(shí)，利用具有RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分差）功能GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行鉆孔定位。先在岸上已知控制點(diǎn)上設(shè)置基站，并在鉆機(jī)船上設(shè)置移動(dòng)站，按爆破設(shè)計(jì)的布孔圖將每排鉆孔預(yù)先繪制到GPS測(cè)量軟件中，在施工定位時(shí)，根據(jù)GPS測(cè)定每排孔的平面位置與設(shè)計(jì)的平面位置相比較，在電腦上量出偏差距離，由施工技術(shù)員根據(jù)偏差的距離和方位指揮鉆機(jī)船移動(dòng)到設(shè)計(jì)的鉆孔位置上。鉆孔放樣誤差需控制在0.2 m范圍內(nèi)，需要根據(jù)當(dāng)天潮位準(zhǔn)確計(jì)算鉆孔孔深，要求一次鉆爆到設(shè)計(jì)深度。施工期間，原有航道改道，炸礁船拋錨不會(huì)影響航道正常通航。

根據(jù)鉆孔時(shí)的潮位計(jì)算該鉆孔深度：鉆孔深度=潮位（m）+設(shè)計(jì)底標(biāo)高（m）+超深值（m），其中潮位為開(kāi)鉆時(shí)的實(shí)時(shí)潮位；超深值為了達(dá)到預(yù)定的爆破效果，消除爆破區(qū)域內(nèi)會(huì)因爆破漏斗對(duì)巖石的實(shí)際爆破作用而會(huì)產(chǎn)生的石丁，所以該區(qū)域內(nèi)超深按2.5 m控制。

2.2 藥包的加工、裝藥和填塞

藥包可在房間內(nèi)加工完成后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，藥包長(zhǎng)度需要根據(jù)每個(gè)鉆孔實(shí)際裝藥長(zhǎng)度確定。藥包制作方法：將藥柱置于竹片中并綁緊竹片；安裝導(dǎo)爆雷管，并裝入特制編織袋內(nèi)；使用膠帶將導(dǎo)爆管與炮繩綁扎。在裝藥過(guò)程中應(yīng)控制節(jié)奏，藥包緩慢置入套管內(nèi)并拉緊炮繩，利用重力作用，將藥包放入引爆位置。采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，每個(gè)孔根據(jù)巖石厚度情況，裝2或4發(fā)導(dǎo)爆管雷管，以杜絕啞炮。裝好藥后，根據(jù)炮繩余長(zhǎng)判斷藥包是否到位。孔口用細(xì)石碴進(jìn)行回填。

2.3 起爆網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路采用排間、孔間微差爆破，雷管連接形式為“一把抓”。用雙起爆雷管連接引到鉆機(jī)船上，用擊發(fā)槍起爆。

3 爆破有害效應(yīng)安全驗(yàn)算

3.1 爆破振動(dòng)安全驗(yàn)算

爆破地震安全振動(dòng)速度按下式計(jì)算：

式中：Q為起爆藥量，kg；R為起爆藥包中心至建筑物距離，m；V為安全振動(dòng)速度，取5 cm/s；K，a為與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，取值分別為250和1.8。

因該工程炸礁區(qū)域附近西側(cè)有碼頭，南側(cè)有護(hù)岸，施工區(qū)域距建筑物距離見(jiàn)表1。

表1 碼頭和護(hù)岸距離表m

根據(jù)施工區(qū)域分別距離建筑物的距離驗(yàn)算最小允許安全用藥量見(jiàn)表2。

表2 最小安全用藥量

由表2可知，該工程的最小允許用藥量為783 kg。因此，為了保證在爆破期間碼頭正常生產(chǎn)運(yùn)行停靠船，計(jì)劃在所有炸礁區(qū)統(tǒng)一控制最大單段用藥量為360 kg，當(dāng)一次爆破總用量超過(guò)360 kg時(shí)采用分段延時(shí)雷管延時(shí)爆破，確保碼頭及?？康拇鞍踩?。

用最大單段用藥量360 kg反算爆破振動(dòng)的影響范圍為62.5 m。爆破振動(dòng)影響范圍計(jì)算式：

通過(guò)以上的正反計(jì)算，爆破振動(dòng)對(duì)81 m外的碼頭和?？看熬前踩?。對(duì)更遠(yuǎn)距離的建筑物、護(hù)岸等均是安全的。

雷管具體分段延時(shí)時(shí)間見(jiàn)表3。

表3 雷管分段延時(shí)時(shí)間表

3.2 爆破沖擊波安全允許距離

按照J(rèn)TS 204-2008《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，在水深小于30.0 m的水域進(jìn)行水下爆破，該工程水深為15.5 m左右。由于此次施工一次起爆藥量小于1 000 kg，因此，不考慮一次起爆藥量大于1 000 kg時(shí)，水中沖擊波對(duì)人員和船舶的安全影響。

1）沖擊波對(duì)人員的安全允許距離見(jiàn)表4。

表4 水中沖擊波對(duì)人員安全允許距離m

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解，工程附近沒(méi)有水下作業(yè)，無(wú)海水浴場(chǎng)，施工中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)排查，不會(huì)對(duì)在游泳和潛水活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的人員造成不安全的影響，完全滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

2）沖擊波對(duì)施工船舶的安全允許距離見(jiàn)表5。

表5 水中沖擊波對(duì)施工船舶安全允許距離表m

為了保證施工期間航道通行船舶的安全，可發(fā)布通航通告，使得通行船舶避開(kāi)施工水域。在爆破施工前1 h，與港區(qū)調(diào)度及周邊船舶聯(lián)系，預(yù)留出安全距離后，方可引爆。

4 結(jié)語(yǔ)

為了提高航道的通航能力，青島港前灣航道進(jìn)行了擴(kuò)建改造，由于航道巖體強(qiáng)度較大，采用機(jī)械開(kāi)挖難度高，且會(huì)中斷航道的通行。因此，綜合考慮采用爆破開(kāi)挖的方式對(duì)航道進(jìn)行擴(kuò)建。通過(guò)計(jì)算獲取航道的爆破參數(shù)和用藥量，結(jié)合實(shí)際情況分析起爆方式及參數(shù)。通過(guò)安全分析，采用控制炸藥量的方式可保證航道工程安全，可為類(lèi)似工程提供參考。