水下爆破技术在邕江特大桥施工中的应用

水下爆破技术在

邕江特大桥施工中的应用

(作者：黄永迅)

0、前言:

在黎南复线邕江特大桥主桥的基础施工中，采用了水下爆破技术进行墩位河床清平，以确保双壁钢围堰下沉平稳，减少抄垫和围堰外周的堵水工作量，同时，墩位基底平整度达标与否，将直接影响水下砼的成功灌注，所以，水下爆破清基成为水中墩施工成功与否的第一道关键工序。

1、工程概况

1.1　水文地质资料:黎南复线邕宁邕江特大桥需水下爆破进行桥墩基础河床清平施工的是18#~20#共三个墩径；桥位所在河段为内河Ⅲ极航道，施工水位在62.00米左右，最大水深为20米，流速在1m/s左右，河床岩石裸露，岩石属中等坚硬岩石。

1.2  工程特点：本工程要求在保证附近建筑物及通航安全的条件下，做到超宽、超深；在看不见，摸不着的深水下确保平整度，由于水流急、河水深，要达到这些预期效果，难度很大，因此必须做到精心设计，科学施工。

2、爆破设计

2.1钻孔形式：采用垂直钻孔。

2.2布孔方式：采用排列方式。

2.3爆破参数确定：

炮孔直径：Ｄ＝９０mm

钻孔超深：Ｃ＝１.５m

炮孔间距：a＝２.０m

炮孔排距：b＝２.０m

药卷直径：d＝７５mm

钻孔深度Ｈ按各墩地形计算确定。

2.4单孔装药量

单孔装药量按下式计算：

Ｑ＝qbaＨ

式中：Ｑ—单孔装药量　kg；

q—水下爆破单位炸药消耗量，取q＝２.0kg/m3。

2.5爆破器材的选择及爆破网路的设计

炸药采用防水性良好的乳化炸药，用非电导爆管起爆网路引爆，并用起爆电雷管作为击发元件。导爆网路中采用不同段别的毫秒延期非电雷管实现微差爆破，起爆间隔时间取t=20～40ms，起爆网路采用并串联网路以排为单位分次序，爆破网路基本形式如下图：

                                               

2.６　 爆破安全

2.６.1 爆破地震安全

根据《水运工程爆破技术规范》要求，为确保主要类型建、构筑物的爆破地震安全，允许齐爆用药量按下式计算：

         Q=R1/m（V/K）α

式中：Q——齐爆药量kg ；

      R——药包至建筑物距离m；

      V——安全振动速度（cm/s）；

      K、α——与爆破有关的地形、地质系数；

     m——炸药量指数（取1/3）。

爆破点距离建筑物最近距离为R=150m，按规范要求，安全振动速度V查表取V=1.0m/s，K查表取K=150，a查表取a=1.5，

则：  Q=1501/(1/3)×(1/150)1/(1.5×1/3)=150.00kg

根据本工程实际情况，取最大一段齐爆药量为150.00kg。

2.6.2　水中冲击波

水中冲击波的安全距离规定为：

对于人员的安全距离确定为：游泳者700m，潜水者900m，因此爆破时要在上下游各900m范围内巡查，设置警戒区域（对水中人员）。

对于船舶的安全距离确定为：木船为150m，铁船为100m，因此，爆破时所有施工船舶后退距爆破点150m范围以外，设置警戒区域（对水中船舶）。

2.6.3　飞石对人员的安全距离

根据有关规定及有关经验，安全距离取100米，按此安全距离设置警戒区域（对岸上人员），飞石可控制在50米范围内。

3、爆破施工

3.1　施工方案

以一艘120t船舶为爆破施工钻孔船，配置5台LQ-100型船用潜孔钻机，单套管直径为φ130毫米，成孔φ90毫米，进行水下钻孔爆破，用1.0至1.5立方米的挖泥船和40立方米的泥驳船进行清碴和运卸，局部凸出点使用少量裸露爆破进行整平。

3.2　 施工工艺

3.2.1 水下爆破工艺流程，如图：

                                   

                                   

                                    进

                                    行

                                    下    进    

                                    排    行    

                                    钻    下          

                                    孔    一

                                          墩       

                                          位

                                          钻         

                                          爆

                                                   

                                                     

3.2.2　钻孔船（钻机）定位

采用目前较为先进的全站仪进行定位。钻机在钻孔船上固定位置，并在钻孔船顶上设置固定的两个棱镜，先测定两棱镜与钻机的相对位置，全站仪设在岸上，通过对两棱镜位置的控制来确定钻机位置，对位后即抛锚锚定钻机船，这样能精确定位。

3.2.3　钻孔

在钻孔前，首先抛锚把船定稳，然后借助船上的动力设备把船体四角的立柱沉入水底，支撑船体，使之稳定，以确保钻孔时船体不摇晃，确保钻孔准确。施钻前，先下套筒，钻机穿过套筒往下钻进。

3.2.4　装药

为便于操作，采用的药卷是定做的特制药卷，用塑料袋装，直径φ75mm，每卷长400mm，重2kg。装药时，每三卷用竹片捆绑为一节，通过套筒往下装药，药卷进孔后，潜水员下水堵塞。塑料导爆管也是定做的，其长度在60～80米，引爆雷管设于药卷中部，每孔两发雷管。

3.2.5　网路连接与起爆

由于有水冲力，以及钻孔船移位后导爆管连接接头会落入水中，所以网路连接接头都用胶布捆紧，不得松散。最后用一个电雷管引爆。

4、爆破效果

4.1　清碴后墩位水底地形测量

为了保证准确度，清碴后，用套筒和钢尺测量水深，再计算墩位基面标高，以避免测深仪本身误差造成的测深不准，根据测深资料，在平均水深±0.2米范围内的点占的比例从18#~20#墩分别为：95%、91%和68%，是占绝大多数的，也就是说爆破清碴后的墩位平整度达到很高的标准。

4.2　工期

施工队伍三班作业，整个水下爆破从2000年10月23日进场开始钻孔至2000年12月8日最后完工，总工期仅47天。

4.3　效益

由于施工队伍精心组织，科学施工，水下爆破含清碴其成本仅为：243.2元/立方米，创造了较好的效益。

4.4　安全

爆破施工中，施工单位严格执行《爆破安全规程》的要求，又由于水较深，基本上无飞石飞出，所以整个水下爆破过程无任何安全事故发生。

5、关于炸药单耗q值的取值分析

目前爆破理论所推荐的q值计算方法有多种，现简要摘取几种如下：

A方法：考虑水深影响，按q=k（1.45+0.45e-0.33H0/W）取值。式中：k——岩石的单位炸药消耗量（kg/m3）；

  H0——水深（m）；

      W——最小抵抗线（m）。

B方法（瑞典方法）：q=q1+q2+q3+q4

式中：q1—基本装药量，为q1=2k+2k×10%；

      q2—爆区上方水压增量，为q2=0.01H0；

      q3—爆区上方覆盖层增量，本爆破区无覆盖层，不考虑；

      q4—岩石膨胀增量，为q4=0.03h，h为梯段高度。

C方法：q=0.45+0.05H

      H—爆破台阶高度。

在上述三种办法中，结合本次爆破工程，取值：

      k=0.45kg/m3            W=2.0m

      H0=16m                 H=3.0m   

   则按上述三种方法分别计算得q值如下：

方    法	方法A	方法B	方法C
q值	0.67kg/m3	1.24 kg/m3	0.60 kg/m3

由上述结果可见，在理论上q值按不同方法计算得的结果相差太大，而按以往工程实例结果：国内工程取q值一般在0.4～0.57 kg/m3之间，在最近的工程实例中也有达到1.57 kg/m3国外取q值一般在1.10～1.85 kg/m3之间，可见在实际的工程施工中q值也是相差很大的。在这种情况下，本次爆破施工按《水运工程爆破技术规范》TJT280-90的推荐取q=2.0 kg/m3。完工后，统计炸药单耗指标为1.81kg/m3。

在施工中，为调整q值，现场做了8次爆碴粒径测量，每次随机选10块爆碴，测量结果如下：

粒径(cm)	0～5	5～10	10～20	20～30	30～40	40～50	50～60	60～70
粒数	24	20	14	6	6	4	3	3

由上表可得，在72.5%的爆碴粒径在20cm以内，便于清碴，也能确保安全，所以q值取偏大值能取得较好的爆破效果。