（中鐵二十五局集團 第六工程有限公司，廣西 柳州 545007）

【摘 要】水的壓縮系數(shù)為0.5×10-4，僅為空氣的1/30 000～1/20 000，水的密度為空氣的780倍，黏滯系數(shù)為空氣的100倍。水的這些不同于空氣的物理力學(xué)性質(zhì)及水的流動性、波動性，使水下施工的難度要遠遠大于陸地上的施工，導(dǎo)致水下爆破在爆破器材的選用、爆破參數(shù)的選擇及爆破形成沖擊波、地震波具有許多不同于陸地爆破的特點。文章以柳江雙線特大橋工程為背景，介紹了水下控制爆破技術(shù)在柳江深水橋墩基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用及防止水下爆破危害的措施。實踐證明，該水下爆破設(shè)計合理、施工方便，可為類似工程提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】深水橋墩基礎(chǔ)；水下爆破技術(shù)；防水擊波工藝

【中圖分類號】U445 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）04-0039-04

1 工程與地質(zhì)水文概況

1.1 工程概況

柳江雙線特大橋位于湘桂線永州至柳州段的柳州境內(nèi)的柳江之上，為深水復(fù)雜特大橋，列XG-7標(biāo)及湘桂線控制性工程，該橋全長640.95 m。全橋過江共設(shè)置27#～32#六個水中墩，鉆孔樁柱樁基礎(chǔ)，樁徑2.0 m，樁長均為20～30 m；承臺采用雙壁鋼圍堰施工，爆破理論總方量為3 400 m3。施工水位標(biāo)高為78.50 m，枯水期平均水深在9 m左右，爆破深度在1.5～4.6 m，地形極為復(fù)雜，水下基礎(chǔ)施工難度極大。為將雙壁鋼圍堰下沉就位，需要對其河床基坑采用水下爆破法開挖清理。

1.2 地質(zhì)與水文情況

本文以地形極為復(fù)雜施工難度最大的29#墩施工實例，29#墩橋位覆蓋層為第四系更新統(tǒng)（Qp）和全新統(tǒng)（Qh），下覆各巖層 風(fēng)化程度很小，分別為白云巖和頁巖，強度為200～700 kPa，且埋置較淺，基巖呈傾斜面且凹凸不平。橋下游修建有紅花水電站，電站泄洪時水流較快，百年一遇的洪水（水位H1%=93.95 m）時其水流速可達到2.1 m/s，施工期間實測橋址處水流速為0.27 m/s。

2 水下爆破設(shè)計

2.1 工程特點和難點

柳江雙線特大橋河床地質(zhì)均為弱風(fēng)化白云巖或弱風(fēng)化頁巖節(jié)理不發(fā)育，29#墩橋位處水較深；設(shè)計圖紙顯示，墩位處水下地形極為復(fù)雜，基巖已侵入部分承臺及封底砼內(nèi)。但設(shè)計圖紙中無指導(dǎo)施工用的水下地形圖，經(jīng)施工單位加密精確測量后發(fā)現(xiàn)，鋼圍堰需置于裸露基巖上，基巖呈傾斜面且凹凸不平，基巖局部裸巖高出圍堰刃腳近2 m，超高裸巖平均高出圍堰刃腳2～3 m，且在墩位處有一個“V”形深溝，鋼圍堰下放及護筒定位施工難度極大，需采用水下爆破方式將高出承臺封底砼頂面標(biāo)高的巖體進行破碎，使鋼圍堰能順利下沉就位。

2.2 水下爆破設(shè)計要點

針對柳江雙線特大橋水下爆破的特點，確定以下爆破設(shè)計要點。

（1）根據(jù)現(xiàn)場情況及鉆孔直徑，綜合考慮鉆孔參數(shù)，繪制爆破漏斗疊加示意圖，找到科學(xué)合理的孔距、排距及超鉆深度。

（2）比照相關(guān)爆破理論推薦的計算方法，通過多次現(xiàn)場試驗調(diào)整取值，得出適合現(xiàn)場最佳單孔裝藥量，獲得最佳爆破效果。

（3）爆破用非電導(dǎo)爆管毫秒延時起爆網(wǎng)路。每個藥包裝兩發(fā)爆塑料導(dǎo)爆管，并采取復(fù)式微差爆破法分段爆破，以增大啟爆保險系數(shù)和小齊爆藥量，確保周圍建筑物不受損害。

（4）嚴(yán)格控制爆破震動、沖擊波等有害效應(yīng)，保障周圍設(shè)施的安全。

（5）分層爆破，先爆破中間2排孔，再分層分區(qū)爆破。每層共分成4區(qū)，增大爆破效果。

2.3 爆破參數(shù)確定

（1）鉆孔直徑。采用GY-2A型潛孔鉆，垂直鉆孔成孔直徑為108 mm，藥卷直徑d=90 mm。

（2）孔間距。第1層、第2層均取孔間距a=1.8 m，排距b=0.9×1.8=1.62 m，取1.6 m。

（3）布孔方式：采用排列方式。

（4）鉆孔深度及鉆孔超深值。根據(jù)爆破巖石的性質(zhì)和爆破的深度，爆破深度第1層為4 m、第2層為3.5 m。鉆孔超深值分別為Δh1=μΗ=0.2×4=0.8；Δh2=μΗ=0.2×3.5=0.7 m。其中，μ為超鉆系數(shù)，一般取0.1～0.3，該處巖層較硬取0.2。

鉆孔超深值：即施工時的超鉆深度，為做到清渣后不留“殘坎”，超深必不可少，根據(jù)現(xiàn)場情況及鉆孔直徑、爆破裝藥量綜合考慮。爆破中超深形成的爆破漏斗對破裂巖石的影響如圖1所示。

2.4 裝藥量設(shè)計

2.4.1 炸藥單耗

炸藥單耗q按（1）計算：

q=q1+q2+q3+q4（1）

式中：q為巖石單位炸藥消耗量（kg/m3），q1=1.1 kg/m3，根據(jù)巖石硬度系數(shù)f=6，查表可知露天水下爆破取1.1 kg/m3；q2=0.01H0，H0為水深，第1層取9.0 m、第2層考慮剩余取14.0 m；q3=0.01H3，H3為覆蓋層厚度，第2層考慮剩余清渣取1.0 m；q4=0.03 H，H為孔深。第1層炸藥單耗q=1.1+0.01×9.0+0.01×0+0.03×4=1.31 kg/m3。第2層炸藥單耗q=1.1+0.01×14.0+0.01×1.0+0.03×3.5=1.355 kg/m3。

2.4.2 單孔裝藥量

單孔裝藥量Q按式（2）計算：

Q=k1qabH（2）

式中：k1為水下爆破藥量增大系數(shù)，一般為1.1～1.3，本文取1.3；q為巖石單位炸藥消耗量（kg/m3 ）；a為孔距，單位為m；b為排距，單位為m；H為開挖層厚度，單位為m。第1層單孔裝藥量Q=1.3×1.31×1.8×1.6×4=19.619 kg；第2層單孔裝藥量Q=1.3×1.355×1.8×1.6×3.5=17.756 kg。采用防水性良好的70#乳化炸藥，排列方式布孔。

2.5 爆破網(wǎng)路的設(shè)計

采取復(fù)式微差爆破法分段爆破，每個藥包裝兩發(fā)爆塑料導(dǎo)爆管，以增大啟爆保險系數(shù)和小齊爆藥量，確保周圍建筑物不受損害。采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路引爆，并用起爆電雷管作為擊發(fā)元件，導(dǎo)爆網(wǎng)路中采用不同段別的毫秒延期非電雷管實現(xiàn)微差爆破。啟爆網(wǎng)路為串并聯(lián)網(wǎng)路，爆破網(wǎng)絡(luò)示意如圖2所示。

微差間隔時間Δt可采用經(jīng)驗式（3）計算：

Δt=KpW（24-f ）（3）

式中：Δt——微差時間，單位為ms；f——巖石硬度系數(shù)；Kp——巖石裂隙系數(shù)，裂隙少Kp=0.5，裂隙中等Kp=0.75，裂隙發(fā)育Kp=0.9。

合適的爆破時間間隔，有利于巖石的拋擲，同時避免了爆破引起地震波疊加，有利于減小震動效應(yīng)。微差爆破時間間隔一般為50～75 ms。具體操作方法為平行于航槽每一排孔4孔為一組，各組之間使用不同段別的導(dǎo)爆管雷管按順序分別由低段別到高段別進行連接，間隔時間取巖石振動周期（約50 ms）1/2的奇數(shù)倍，震動將會減弱。本工程微差間隔時間取△T=50 ms，使用導(dǎo)爆管雷管段別為1、3、5、7、9段，每次啟爆用5個段別。

3 水下爆破對地基、周圍建筑物的影響及控制

水下爆破產(chǎn)生的飛石由于受到水的阻力，飛散距離比陸上爆破要小得多。但是，爆破產(chǎn)生的水沖擊波卻比空氣沖擊波要強烈得多。炸藥爆炸釋放出來的能量轉(zhuǎn)化成地震波的百分?jǐn)?shù)在水中則達到20%左右。這表明在同等藥量情況下，水下爆破產(chǎn)生的地震波要比陸地爆破大得多，而且水底任一質(zhì)點的振動還會受到水沖擊波的影響。因此，水下爆破產(chǎn)生的破壞作用有時是水沖擊波和地震波共同引起的。水下爆破工點附近建筑物，特別是水中建筑物、生物及水面船舶都必須有一定安全距離，或采取可靠的防護措施。

3.1 爆破地震安全計算

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》中的要求，為確保主要類型建、構(gòu)筑物的爆破地震安全，允許齊爆用藥量按式（4）計算：

Q=R1/m（V/K）3/α（4）

式中：Q——齊爆藥量，單位為kg；R——藥包至建筑物距離，單位為m；V——安全振動速度，單位為cm/s；K、α——與爆破有關(guān)的地形、地質(zhì)系數(shù)；m——炸藥量指數(shù)，取1/3。

根據(jù)本工程實際情況，爆破點距離建筑物最近距離為R=130 m。按規(guī)范要求，安全振動速度V查表取V=1.0 m/s，K查表取K=150，a查表取a=1.5。

Q=

最大一段齊爆藥量可達97.00 kg。但除了齊爆藥量之外，還需考慮水擊波超壓峰值對周圍的圍堰和導(dǎo)向船造成傷害，再綜合取值。

3.2 水擊波超壓峰值計算

當(dāng)水下爆破時，爆炸沖擊波對水體的作用會形成水沖擊波，如果不進行控制，會對周圍的圍堰和導(dǎo)向船造成傷害。水下爆破產(chǎn)生的水擊波壓力大小與單段最大藥量和起爆點距需安全防護物的距離有關(guān)，這是影響其大小的2個內(nèi)部因素。由于起爆點與需防護物的距離有一定限制，所以無法通過增大距離來實現(xiàn)水擊波壓力降低，對水擊波壓力的控制變成對單段起爆藥量的控制。根據(jù)文獻[4]，采取庫爾公式（5）進行計算：

（5）

式中：Ps為水擊波壓力，單位為MPa；Q為單段最大藥量，單位為kg，本次爆破按72 kg計算；R為距爆破區(qū)的距離，單位為m。

根據(jù)式（5）計算出的不同距離的水擊波超壓峰值，得出水擊波壓力通過氣泡帷幕墻時被衰減，從而起到保護水下鋼圍堰和導(dǎo)向船的作用。氣泡帷幕對水擊波的降壓效果目前沒有理論數(shù)值，參考多個案例，氣泡帷幕可以將水擊波壓力降低40%～60%。本次爆破取保守值為40%。計算結(jié)果表明，只有滿足單段最大藥量72 kg和起爆距離1 m這2個條件時，水擊波超壓峰值才大于導(dǎo)向船體鋼板最低屈服點185 N/mm2，會對鋼圍堰和導(dǎo)向船造成影響；采取氣泡帷幕的措施后，水擊波超壓峰值在起爆距離為1 m時只有105.86 N/mm2，小于最低屈服點185 N/mm2；而當(dāng)起爆距離2 m以上時，水擊波超峰值由48.37 N/mm2逐漸降低，遠小于最低屈服點185 N/mm2，這時爆破產(chǎn)生的水擊波對于周邊的鋼圍堰和導(dǎo)向船是安全的。

4 水下爆破施工工藝

4.1 炮眼潛孔鉆鉆孔作業(yè)

本工程水下爆破的另一個最關(guān)鍵環(huán)節(jié)是在湍急的江水中精確布孔、鉆孔、成孔，以確保炸藥、雷管等爆破器材能順利入孔就位，而這沒有施工經(jīng)驗和方法可供借鑒。本工程施工中采用內(nèi)外雙層導(dǎo)管配合潛孔鉆成孔的方法來解決這一難題。雙層導(dǎo)管法就是在每個鉆孔的孔位下2根導(dǎo)管，外管為1根外徑為186 mm的鋼管，此鋼管起阻水作用和在135 mm臺階孔時起導(dǎo)向作用；內(nèi)層導(dǎo)管采用外徑為127 mm的鋼管，此鋼管內(nèi)置于臺階孔內(nèi)主要是精確定位爆眼孔的導(dǎo)向孔，在此鋼管中利用潛孔鉆鉆直徑為108 mm的炮眼孔，目的是裝直徑為90 mm的炸藥卷。采用雙層導(dǎo)管的目的：一是便于在裝炸藥時順利找到已成的炮眼孔，二是保護已成孔不被江中的河沙所填埋。雙層導(dǎo)管法是在江中基巖鉆孔進行水下爆破的較好成孔方法。具體操作方法：利用2艘100 t船舶設(shè)作爆破施工鉆孔平臺，鉆機可以在施工鉆孔船舷外爆破鉆孔平臺導(dǎo)軌上靈活移動及準(zhǔn)確對孔位。利用外層鋼管鉆直徑為135 mm的臺階孔，臺階孔深約50 cm，在臺階孔內(nèi)下放內(nèi)層直徑為127 mm的鋼管并鉆直徑為108 mm的孔，孔深比設(shè)計封底砼標(biāo)高低100 cm。爆破施工鉆孔平臺如圖3所示。

4.2 水下裝藥工藝

逐孔編號，鉆孔，確定孔深后，按單孔藥量法計算該孔藥量，將乳化炸藥按量分配。選9OPVC管，沿孔壁置人l根可伸出到水面上的鋼筋，裝入乳化炸藥50 cm，裝入起爆體（起爆體內(nèi)置2發(fā)雷管），再裝藥至分配重量，并將導(dǎo)爆管與鋼筋綁在一起牽出水面。要求PVC管內(nèi)炸藥用木棍裝密實，PVC管底密封牢固，管內(nèi)鋼筋在管口處與PVC管（PVC管兩端提前鉆小孔各4個）綁扎牢固，裝藥后將上、下孔口用堵漏靈密封。原則上，裝藥高度不超過內(nèi)套管下緣。

4.3 防水擊波工藝

采用氣泡帷幕防水擊波工藝。氣泡帷幕的原理是利用壓縮氣體從氣泡帷幕管的小孔中噴出，并在水中形成一排連續(xù)上升的帷幕狀氣泡空氣墻，當(dāng)爆破形成的水擊波通過該氣泡帷幕墻時，由于氣體的可壓縮性質(zhì)，沖擊波的動能轉(zhuǎn)化為受壓縮氣泡的內(nèi)能，內(nèi)能通過氣泡的膨脹過程釋放出來。這樣水擊波壓力通過氣泡帷幕墻時被衰減，從而起到保護水下鋼圍堰和導(dǎo)向船的作用。具體施工是在鋼圍堰內(nèi)側(cè)下緣布置氣幕管道，用50水管按間距a=10 cm鉆孔φ2～φ3的小孔將其按圍堰內(nèi)輪廓連接為一矩形環(huán)狀，同時接一對φ50輸氣管至圍堰頂面，四角及中間每隔3 m焊上懸吊掛鉤，將其置入圍堰內(nèi)側(cè)刃角處，掛鉤固定在圍堰頂部。爆破前將空壓機風(fēng)管接至圍堰頂部2個氣幕管道的入口，供氣后，即形成保護氣幕。

4.4 網(wǎng)路連接與起爆作業(yè)

由于有水沖力，以及鉆孔船移位后導(dǎo)爆管連接接頭會落入水中，所以網(wǎng)路連接接頭都用膠布捆緊，不得松散。最后用一個電雷管引爆。起爆作業(yè)步驟：起爆器性能檢查，電池更換，起爆實驗；電雷管專用檢查，電橋準(zhǔn)備與起爆電阻阻值檢查；起爆導(dǎo)線采用線芯2.5 mm銅芯導(dǎo)線，檢查導(dǎo)線的導(dǎo)通情況及長度，長度應(yīng)滿足起爆警戒要求；進入起爆準(zhǔn)備，起爆器或起爆電源的鑰匙由連接雷管的操作人員保管。

4.5 盲炮處理

如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)盲炮應(yīng)及時處理，處理過程中應(yīng)遵循以下原則。

（1）因啟爆網(wǎng)路絕緣不好或連接錯誤造成的盲炮，可重新連網(wǎng)啟爆。

（2）因填塞長度小于炸藥的爆炸距離或全部用水填塞而造成的盲炮，可另裝入啟爆藥包誘爆。

（3）可在盲炮附近投入裸露藥包誘爆。

（4）遇有難于處理而又危及航行船舶安全的盲炮，應(yīng)延長警戒時間，繼續(xù)處理。

4.6 清渣

巖石爆破完畢后，進行清除巖渣，清渣用1.5 m3。水上抓斗船開挖，巖渣抓到泥駁中運到指定位置傾倒，抓斗清不完的少量巖渣可由潛水員下水清理?；娱_挖完畢后，采用HD-27型水中測深儀（帶GPS定位功能）進行坑底測量，可準(zhǔn)確測出基坑底面高程，簡潔而又方便。

5 爆破效果

柳江雙線特大橋29#實際爆破時，單段最大藥量≤70 kg，起爆距離≥2 m。爆破后檢驗，礁石破碎度達到設(shè)計要求；靠近岸邊的導(dǎo)向船底板發(fā)生輕微鼓泡變形，但對導(dǎo)向船的安全沒有任何影響。說明采取的毫秒微差爆破技術(shù)、壓縮空氣氣泡帷幕等防護技術(shù)措施是有效的，確保了鋼圍堰和船只的安全。經(jīng)過4次深水爆破循環(huán)，最終在2個月零15天的時間內(nèi)超過預(yù)定工期15天完成了全部施工任務(wù)。經(jīng)過驗收，爆破后河床面大面平整度為0.1 m，個別爆破漏斗深不大于0.6 m，為雙壁鋼圍堰平穩(wěn)就位及成功澆筑鋼圍堰水下封底混凝土創(chuàng)造了非常好的條件。

6 結(jié)語

通過在鋼圍堰內(nèi)進行深水水下爆破，成功地解決了柳江雙線特大橋工程雙壁鋼圍堰的順利下沉的技術(shù)難題。施工實踐證明，采用在鋼圍堰內(nèi)進行水下控制爆破施工技術(shù)爆破水下基巖是完全可行的，為特殊條件下鋼圍堰順利下沉就位積累了寶貴的施工經(jīng)驗，確保柳江雙線特大橋水中基礎(chǔ)水下爆破在3個月內(nèi)完成，可為類似基礎(chǔ)工程的實施起到一定的借鑒作用。

參 考 文 獻

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊：橋涵[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]JTJO 41—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]何廣沂.工程爆破新技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2000.

[4]劉殿中.工程爆破實用手冊[M].第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[5]GB 6722—2003，爆破安全規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]

【作者簡介】蔣向陽，男，廣西柳州人，本科，中鐵二十五局集團第六工程有限公司副總經(jīng)理，從事土木工程工作。