东苕溪横山石方段工程水下爆破施工技术
陆 平1，杨 明1，许长安2，苏战军1
（1．浙江省水电建筑安装有限公司，浙江 杭州 310051；
2．湖州市水利工程质量监督站，浙江 湖州 313000）
1 工程概况
导流港拓浚及东大堤加高加固横山段石方开挖工程位于杭嘉湖平原西部，东苕溪导流港境内，属于东西苕溪防洪太湖治理的骨干工程之一。导流港河道不仅是承泄上游洪水入湖的主要通道，也是当地矿产资源销售外运的水上运输通道；东大堤是防止洪水东侵和保障杭嘉湖东部平原600万人口、32万hm2耕地的重要屏障。由于横山石方段的阻水影响，已成为导流港行洪泄流的瓶颈。
工程位置南距上游吴沈门大桥约1500m，其正前方约80m处有一碎石场，左前方约180m处有一加油站，右前方约200m处有一碎石场及几间民房，山体左侧约60m处有一条30kV高压线，左后方约200m处为六家湾村；陆路交通有一条堤埂路经吴沈门大桥与场外连通，水路交通依靠东苕溪与外界沟通。石方段多为孤山和剥蚀残丘低坡，相对分散，岩石均有不同程度的风化；土层主要由第四纪海相～湖相堆积，靠山坡为冲积～洪坡积及残积组成。
合同项目含新增加工程量主要为水上、水下石方开挖工程量为10．81万m3，山坡锚喷支护0．3万m3和水下土方疏浚工程量为4．06万m3。横山石方段设计河道中心线长约190m（HD362～HD366）。
考虑现场施工和运输条件，大型设备从乡间机耕路运达施工现场。由于开挖山体在航道、加油站、石矿附近，爆破环境较为复杂，故施工中提高爆破效率，降低爆破震动和飞石对附近建筑物的破坏影响，是影响工程施工进度和安全的关键所在。
2 水下爆破施工
根据以往类似工程经验和投入工程水下钻爆机械设备力量综合考虑，对高程3．5m以下水下爆破选用钻孔爆破法施工。其施工工艺流程如下：
爆孔设计—→锚定钻孔作业平台—→移机就位—→确定孔深—→套管护孔—→钻孔—→成孔冲洗—→测量验孔—→装药—→连线—→平台撤离—→起爆—→解除警戒—→下一施工循环。
施工中的几项主要技术措施分述如下：
2．1 钻孔作业平台设计
为顺利实施石方开挖工程水下爆破的施工任务，因地制宜就近制作了浮箱式简易起升钻爆作业平台船（16m×6m）。作业平台采用钢体浮箱结构，两浮箱间距5m。浮箱内径Φ1100mm，单长12m，扣除浮箱、平台钢结构自重，浮力约为15t。通过槽钢、工字钢将两浮箱焊接为承载钻机及附属设备的船体。潜孔钻钻机由脚手架钢管铰接固定在平台上，组成钻机作业平台。浮箱两侧各向外伸出0．5m，另外焊接两个小平台，可供4台KSZ－100型潜孔钻机工作之用。为加快钻机就位速度，钻机平台可沿槽钢轨道滑动移位（图1）。
东苕溪河道行驶船只较多，波浪较大，根据以往工程的施工经验，测量定位后，采用8只铁锚及100m以上的锚绳，由机动小驳船牵引到达爆破区域后，依靠船上人工收缩锚绳配合准确就位。
利用5t手拉葫芦人工控制将4根立柱（Φ240mm）沉入河底，使钻孔平台升起基本脱离水面，此时整个钻孔平台上的荷载完全支承在4根钢管立柱上。钻孔施工时，不会受到波浪起伏的影响，保证成孔质量。钻孔平台移位时，先收回立柱，使钻孔平台浮在水面上，此时通过拉动锚绳将平台移到下一钻孔位置施工（图2）。
2．2 钻爆技术措施
（1）水下爆破条件采用垂直钻孔作业。其优点是钻孔定位易于控制，简便操作，利于装药，提高工效。钻孔机具选用KSZ－100型潜孔钻，孔径Φ90mm，药卷为Φ70mm，炸药选用抗水性能良好的乳化炸药。在钻孔之前，先将1根下端带有环形（钻径Φ117mm）的中空套管钻透覆盖层（淤泥层），并钻入基岩一定深度，然后在套管中下钻杆（钻径Φ98mm），在基岩中进行钻孔。为了确保开挖达到设计的深度，钻孔应有一定的超钻深度，一般情况下，超钻深度取1．5～2．0m。
（2）火工品的品种及防水。选用具有防水性能良好的乳化炸药，在炸药厂定制，由Φ90mm硬质塑料壳包装。非电雷管用环氧树脂灌封后，再用防水白粘胶布密封。起爆网络采用孔内高段位、孔外低段位毫秒微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。
每船（平台）可钻4排共24个炮孔，一般8～10船为一爆破区域，当设计的爆破区域全部钻孔完毕后，利用潜水员进行集中装药，装药时应注意对雷管脚线的保护。虽然水和淤泥覆盖层是天然的堵塞材料，但为了确保安全，应用粗砂将炮孔堵满，防止冲炮。在每只爆孔孔口用砂袋封口覆盖，砂袋系一浮球露出水面，其作用有：①作为爆破孔位标记，便于集中装药；②装药后便于连接导爆管脚线没，形成起爆网络。
（3）导爆管的放置。在水中放置浮胎，使其固定地飘浮在水面上，将“每船同排”的导爆管按绑在一只轮胎上，按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用“同段”非电雷管连接起来，为了不使传爆雷管将其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。
2．3 布孔方式和孔网参数
水下炮孔布置原则上越简单越好。介于本工程水下爆破为中深孔开挖，采用矩形钻孔排列方式，即孔距3m，排距2．5m，最小抵抗线为2．5m。
2．4 装药量计算
考虑到水下石方爆破时需克服的水体阻力，因此其装药量计算包括破碎岩石所必须的能量和克服阻力所作的功，水下爆破的炸药单耗较陆地爆破大，根据该工程水下岩石性质较陆地偏破碎风化的判断分析，结合水下爆破产生的水中冲击波的危险半径考虑，水下石方爆破只需达到松动效果即可，炸药单耗控制在0．4～0．6kg／m3左右。
2．5 起爆设计
采用电雷管起爆法起爆。即用导爆管并串联网络，采用1段非电雷管将各个炮孔内雷管连接起来，为了确保每个孔的准爆，每孔装4发非电雷管。
2．6 水下炮孔的施工程序
（1）测定孔位。根据东苕溪河道中心线坐标建立与陆上平行关系的基准线，依照水下爆破地形图，采用经纬仪和测绳测定孔位。拉动缆绳将钻机对准孔位，开钻前将四周缆绳拉紧，抛锚就位。人工手拉5t葫芦将平台上4根立柱逐渐沉入水底固定，钻机就位准备开钻，钻孔过程中不能让平台移位。
（2）下套管。钻孔定好位后，下套管穿过淤泥覆盖层。其作用：①隔离覆盖层与碎渣，使其不能进入到孔内；②套管在装炸药时起导向作用，使炸药顺利地装到孔底，减小潜水员在水底装药的难度。
（3）钻孔。套管钻好后即可下钻具钻孔，钻孔的深度可根据水面的标高控制。
（4）装炸药。在钻孔达到设计标高后，拔出钻具将带有雷管的炸药装至设计高程。
（5）拔套管。当炸药装好后，拔出套管，导爆管首先固定在平台上，待平台移位时，将导爆管移到系有绳索的浮胎上，漂浮在水面。通过5道工序，形成一个水下钻爆孔的施工循环。
2．7 爆破方法
（1）每钻完1孔，即装药并引出导爆管至平台上。
（2）钻完每炮设计工作量后（每排6孔，共4～5排），即进行联线。
（3）起爆网络。采用复式非电起爆网络，为了确保每个孔的准爆，每孔装4发非电雷管。
（4）火工品的品种及防水。选用具有防水性能的乳化炸药，并用塑料袋包好。
2．8 水下爆破主要参数
孔径：D＝100mm，炸药直径为70mm；孔距：a＝3．0m；排距：b＝2．5m；超深：h＝1．5m；孔角：垂直；耗药量：0．4～0．6kg／m3。
2．9 水下清渣
利用自行研制的挖渣船清渣，配备3艘60～80t驳船运渣。挖渣船为承载近300t的改装挖泥船，在船体的1／3部位停放2m3挖机，工作臂长为9m，能满足水下石渣抓料的要求。驳船上的石渣通过码头吊抓料上岸，通过推土机就近堆放和平整，部分石渣由岸上挖机装入自卸车运至指定堆弃场。
3 水下爆破安全校核
水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应、水中冲击波效应、空气冲击波效应和水面波浪效应。
个别飞石和空气冲击波的安全校核计算如下：
3．1 一般爆破飞石安全距离计算
R＝20n2W，m
式中：n—爆破作用指数；W—最小抵抗线，m；R—飞石距离，m。
该工程n＝1，W＝2．5，则R＝50m
爆破个别飞石对人员的安全影响见表1。
3．2 爆破振动速度计算
V＝K（Q1／3／R）α，cm／s
式中：V—介质质点振动速度，cm／s；Q—装药量（齐发爆破的总药量；毫秒微差爆破或秒差爆破时取最大一段装药量），kg；R—爆源至被保护物的距离，m；K—与介质性质、爆破方式等因素有关的系数；α—与传播途径和地质地形等因素有关的指数。
经计算所得：Q＝150kg；K＝110；α＝1．5
经计算，爆破震动对临近建筑物的影响见表2。
3．3 空气冲击波计算
式中：Rk—空气冲击波对人员的最小安全距离，m；Q—一次爆破的炸药量，kg；微差爆破时，Q按单响最大药量计算。
Q为150kg，经计算Rk＝133m。
由于工程的安全警戒范围均在300m以外，故可认为空气冲击波对人员是安全的。
3．4 水中冲击波计算
式中：R—水中冲击波的最小安全距离，m；Q—一次爆破的炸药量，kg；对于该工程，取Q＝150kg；K0———系数。水下钻爆系数见表3。
根据《水利水电工程施工组织设计手册－2》施工技术中水下爆破对人员和船舶的水中冲击波安全距离的规定，结合公安部门对横山石方段爆破的警戒距离要求和实际情况，规定在水下爆破时，距横山上下游各1km范围以内的任何人员不得游泳及潜水，船舶距离爆源区域控制在300m以外。
4 结 语
从湖州东苕溪横山石方段爆破工程在133d内，经过13次的爆破效果来看，飞石、爆破振速、空气冲击波均控制在设计要求以内，对当地人员、民房及建筑物未造成任何破坏影响，达到了预期的安全目标。实践证明，横山段水下爆破施工对内河航道水下石方段拓浚施工技术是成熟、可靠、安全和有保障的。
资料来源与
http://www.powersafety.com.cn/default/bbs/viewthread.php?tid=5115