非典型性地质的水下礁石钻孔爆破.pdf

第2 l 卷第3 期 2 0 0 4 年9 月 爆破 B L A 鄂r I N G V 0 1 ．2 1N o3 S e D2 0 0 4 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 4 0 3 0 0 8 0 ～0 2 非典型性地质的水下礁石钻孔爆破 林强 厦门港口工程建设指挥部，福建厦门3 6 1 0 1 2 摘要在非典型性地质、周围环境较复杂的条件下，对水下炸礁的爆破参数进行了合理设计，确保了爆破 作业中的安全，达到了预期的爆破效果。 关键词码头；水下；礁石；钻孔爆破 中图分类号T D 2 3 5 ．1 4文献标识码A D r i l I i n gB I a s t i n go fR e e f Su n d e rW a t e ri nS p e c i a lG e o l o g i c a lC o n d i t i o n L l NQ i 口n g x i a m e nP o r tE n g i n e e r i n gC 。n s t r u c t i o nH e a d q u a r t e r s ，x i a m e n3 6 1 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t U n d e rt h ec o n d i t i o n0 ft h es p e c i a Ig ∞1 0 9 i c a Ir o c ka n dt h e ∞m p l i c a t e dc i r c u 咖t a n c e ，t h eb l a s t I n gp a r a m e t e r sf o rt I 坨f e e f su n d e rw a t e ra r es u i t a b l yd e s i g n e dT h u st h eb l a s ts a f e t ya n de x p e c I e db l a s te f f e c ta r er e a I k e d K e yw o r d s d o c k ；u n d e r w a t e r ；r e e f ；“l I i n gb l a s t i n g 1工程概况 厦门海沧7 “泊位工程水工结构按靠泊1 0 万t 集装箱船舶设计，码头前沿水深一1 5 ．3m 厦理零 基准面，以下同 ，泊位长度3 2 5m 。为厦门市重点 工程，工期短，任务重。地质资料显示，所处区域基 岩面标高在一6 ．9 8 ～一1 7 ．8m 之间，为达到设计 要求的基础持力层和水深要求，必须进行水下炸礁， 炸礁总方量约1 0 5n 1 3 。 地质情况具有非典型性，即地质分布主要为残 积土和强风化夹层的土质，其特点为残积土中夹有 全风化凝灰岩，尤以粉质黏土为主，原岩矿物质绝大 部分已风化成土，原岩结构含较多石英颗粒，遇水软 化。其顶部夹强风化岩薄层，标贯击数N 3 0 ～5 5 击，过渡至Ⅳ 3 9 ～5 7 击。 所在水域紧邻油品专用码头、化工专用码头、深 收稿日期2 0 0 4 0 7 一0 3 作者简介林强 1 9 6 9 一 ，男；厦门厦门港口工程建设指挥部工程 师主要研究港口与航遭工程 水航道及当地居民住宅等重要建筑物和设施，炸礁 区域距离建筑物的情况详见图1 。如何在确保以上 建筑物的安全前提下，顺利实施炸礁施工．是整个工 程能否圆满竣工的关键所在。 图1 炸礁施工总平面图及周围环境示意图 单位m 2 爆破方案的设计 由于地质的特殊性，因此爆破施工具有以下难 点成孔率低，由于该种地质在钻孔时遇高压风易松 散，因此一般要靠套管下沉保护f L 壁才能成孔[ t ，“， 并且其孔径与套管的内径相同；可塑性大，爆破时会 万方数据 第2 1 卷第3 期林强非典型性地质的水下礁石钻孔爆破 8 1 形成压缩圈，而难以形成爆破漏斗；由于残积层及强 风化混合夹层具有弹性地基的特点，地震波的频率 比一般岩石的频率小，地震波在传播过程中衰减较 慢，故其地震波的振速比一般岩石的地震波大。 基于上述情况。对爆破参数进行了如下设计。 2 ．1 孔网参数 施工船布置钻机4 台，间距3m ，则i L 距口 30 m 。其它参数设计为孔径1 5 6m m 、排距6 2Om ，针对本特殊地质，为了实现一次爆破至设计 底标高．取钻孔超深值 2O m 。 22 炸药单耗的选择及单孔装药量 在海沧7 “泊位基槽及港池的炸礁初步施工方 案的实施中，q o 1 ．5h ／m 3 ，尽管炮孔超深达到 2 0m ，但残留j L 深仍有2 ．0 ～4 ．0m ，用8m 3 抓斗船 试挖过程中发现残积层的表层都抓不下去。原因在 于残积层和强风化岩夹层的地质结构。一般岩石爆 破后，冲击应力会沿孔壁径向传递，形成互相挤压而 达到破碎；而残积层和强风化岩夹层在爆破时会收 大量的冲击能，在药包周围形成了压力圈或压力井， 对爆破的冲击力起到了缓冲的作用，造成了爆破的 能量及冲击应力消失。故如果药量不足时，残留i L 的 长度太大，爆破后夹层的表面难以形成爆破漏斗。 要解决这个问题，只有加大单i L 的装药量，减少残留 孔的长度。故在施工中的炸药单耗q o 选择为3 ．O k g ／m 3 ，残留7 L 的长度控制在1 ．2m 以下。 单孔装药量计算式Q 口o n 6 H o 式中，H 。为炮} L 深度。 2 。3 最大段药量的确定 1 根据爆破地震波安全距离确定的最大段药量 最 大段药量计算公式【3o 如下 Q ⋯ R 3 口／K “。 式中，Q 为微差起爆时最大段药量，k g ；口为建筑物 的安全振速，c m ／s ，施工区域附近建筑为金鼎码头， 按爆破安全规范的要求，安全振动速以非抗震建筑 物考虑，取值为2 ．0c m ／s ；K 、d 分别为与当地地质 有关的系数，厦门地区坚硬度岩石K 取1 5 0 ，a 取 1 ．5 。由此 Q ⋯ 3 1 0 3 2 ．0 ／1 5 0 ’7 15 52 9 6k g 2 根据水中冲击波安全距离确定的最大段药置根 据水运工程爆破规程1 的规定，水下钻孔爆破时产 生的水中冲波超压值按公式以下计算 Q ⋯ R 3 P ／9 3 以1 3 式中，P 为水中冲击波产生的超压值，M P a ；Q ⋯同 上R 为爆破点与保护对象的距离m 。施工中对金 鼎码头的趸船及油轮，允许水中冲击波的最大超压 值P ≤O ．1 5M P a ，由此计算得到的最大段药量为 Q 。。 1 9 5 3 0 ．1 5 ／9 3 “1 3 1 3 8k g 由以上计算可得，工程爆破的最大段药量允许 取值应小于1 3 8 h 。 2 ．4 装药结构 1 间隔装药结构为了使爆破能量合理分布， 加强破碎效果，确保表层形成爆破漏斗，对于岩层厚 度大于2 ．5m ，为了避免药量过于集中7 L 底，采用间 隔装药，} L 底部装填2 ／3 本孔药量，孔口部装填1 ／3 本孔药量；孔内药包的间距控制在0 ．5m ，并用砂回 填药包之间的间隙。 2 连续装药结构当岩层较薄，即炮孔深度小 于45m 时，采用连续的装药结构。 3 爆破器材的选取 水下爆破采用防水性能较好的乳化炸药．药卷 出厂时每筒药柱用塑料袋包装．直径为1 3 0m m ，药 卷长度为O ．4 0m ，标定重量为6k g 。用毫秒延期电 雷管起爆。 4 起爆网路 为了减少爆破的震动和提高爆破的效果。拟采 用1 ～1 5 段的毫秒电雷管实现分段微差爆破，按每 排爆孔或每孔作为一段别，单段最大药量控制在6 0 妇以内，相邻段别的时间间隔不得小于5 0 m s ，一次 起爆的总药量控制在2 0 0k g 以内，起爆顺序为岩 层薄的一排孔的药包先爆破后，沿着岩层厚度增加 的方向逐排或逐孔爆破。 5 安全措施 1 对于岩面较高的礁石，起爆时尽量避开低平 潮，以减小爆破的地震波对周边地区的影响。 2 白海豚的保护措施 在空压机和钻机停止运转后立即起爆。如果空 压机和钻机停止运行时间较长，在引爆前要重新启 动空压机和钻机1 0m i n 以驱赶白海豚离开爆破区。 爆破前，各施工船舶及驱赶船上要派有专人加 强了望工作，如果发现白海豚出现在施工水域附近 时禁止起爆，必须用声墙驱赶法把白海豚赶离以爆 破点为中心，半径为10 0 0m 以外海域后才能起爆。 下转第8 4 页 万方数据 8 4 爆破 2 0 0 4 年9 月 相邻孔雷管延期时间调整为5 0m s ，以保证微差削 波效果。 4 ．2 调整孔网参数 减小炮孔和药柱直径。后期施工更换为配备 Y Q l 0 0 钻机的钻爆船，使炮孔直径d 1 0 0 ～1 1 0 m m ，同时向厂家定制加工成型的药柱，药柱直径≠ 1 0 0m m 。通过减小炮孔直径，使相同重量的药柱 长度增加，在孔内分布更加均匀。 增加超钻深度，由原来的 1 ．5 m 增加到1 ．8 m ，保证后期爆破能一次性达到设计标高。减小炮 i L 排距。为加强微差爆破的水平抛掷作用，使礁石 充分松动破碎，便于后续清礁施工，将炮孔排距由原 来的6 25m 减小到2 ．0m ，由此共增加钻i L4 4 排1 7 6 个。 43 增大单7 L 药量 为克服残积土层和大水深的压力影响，适当增 大了单孔药量，主要做法为一是词整岩层厚度H 。 的计算方法，即岩层厚度除计算风化岩层厚度外还 计算顶层未清挖的残积土层厚度，实际操作时以下 钻至冲击器开始冲击振动发出声响时的标高作为孔 口标高，则岩层厚度H 。 } L 口标高一孔底标高。 二是增大炸药单耗q o ，即考虑大水头对爆破应力波 的作用与影响，引入假设的水深影响系数 1 ．2 ， 则Q 幻。妇H o 1 ．2 1 ．5 3 ．0 2 ．0 H o 1 0 ．8 H o 。 4 ．4 改进施工工艺 为保证顶层残积土和礁石能充分破碎松散，对 原来的装药结构进行了改进，即采用孔内间隔装药 结构。取长O ．5 ～1 ．0m 的十1 0 0 P v C 管，以胶带或 塑料袋封住一端，填充砂石制成砂筒。2 段药柱间 用砂筒闻隔，药柱在孔内均匀分布，使爆破后的礁石 块度均匀。 5 结语 实施上述控制措施后，后续基槽爆破质量均达 到预期要求。礁石破碎均匀，块度较小，满足清礁船 及泥驳抛卸作业的要求，基槽断面尺寸及底标高均 达到设计要求，没有出现浅点。地面震感较弱，附近 人员直观感觉可以接受，由此证明所采取的控制措 施是合理有效的。调整后的爆破方案体现了多钻 孔、少装药、延长药包、间隔装药、微差削波的基本特 点，较好地解决了复杂条件下的基槽炸礁质量和施 工环保问题。 参考文献 [ 1 ]中国力学学会工程爆破专业委员会爆破工程[ M ] ． 北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ． [ 2 ] 李德林．中深孔微差爆破合理间厢时间的研究【J ] ．爆 破．1 9 9 9 。1 6 3 7 4 ～7 7 ． [ 3 ] 何广沂．严寒季节水下深孔爆破技术的研究与应用 [ J ] 工程爆破，1 9 9 9 ，5 3 4 6 ～5 0 [ 4 ]陆相成，王朝军．船坞坞口岩坝水下爆破设计与施工 [ J ] ．爆破，2 0 0 l ，1 8 2 8 1 ～8 2 [ 5 ] 朱立新，仉荣福，刘旭．复杂地质条件下钻孔方法 [ J ] ．爆破，2 0 0 1 ，1 8 4 8 4 ～8 7 ． 上接第8 1 页 6 爆破效果 按上述爆破方案实施后，从8m 3 抓斗挖泥船清 碴的情况看，易于清挖，装斗率在8 0 ％以上，且均可 挖到设计标高，没有根底。该爆破效果表明，设计中 采用较大的炮孔超深值、大的炸药单耗和间隔装药 结构等爆破技术，在该非典型性地质条件下是可行 的。 2 0 0 3 年6 月至2 0 0 3 年7 月间，用T O P B O X 爆 破震动自记仪进行了工程地震波的检测，检测点布 置在金鼎油码头及其油库附近，测得的爆破地震波 范围为O ．3 1 ～1 ．4 2c m ／s ．小于爆破安全规程对非 抗震的大型砌块建筑物规定安全震动速度在2 ～3 c m ／s 的要求，没有对金鼎油码头及其油库造成危 害；此外，水中冲击渡对水上船舶和中华白海豚也未 造成危害。因此，炸礁过程中所采用的段药量和总 药量是合适的，所采取的安全措施是正确的。 因此，该爆破技术和安全措施为本工程高效、安 全施工提供了可靠的保障。对类似工程的施工具有 参考价值。 参考文献 [ 1 ] 李德勇．水下炸岩成孔困难的原因及对策[ J ] ．爆破， 2 0 0 1 ．1 8 1 9 1 ～9 2 ． [ 2 ] 朱立新，仉荣搐，刘旭．复杂地质条件下水下钻f L 方 法[ ．爆破，2 0 0 l ，1 8 4 8 4 ～8 6 ． [ 3 ] 剂殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社．1 9 9 9 [ 4 ] 长江航道局．J T J 2 8 6 ．9 0 ，水运爆破技术规范[ s ] 北京 人民交通出版杜．1 9 9 2 ． 万方数据