◎ 李尚 南寧市港航發(fā)展中心

1.引言

水下炸礁施工過(guò)程中，采用傳統(tǒng)的乳化炸藥實(shí)施水下爆破，對(duì)鄰近危房類、結(jié)構(gòu)安全要求較高的重要設(shè)施如橋梁、水生生物等造成較強(qiáng)沖擊波，導(dǎo)致極強(qiáng)沖擊波、脈動(dòng)水壓力和多途效應(yīng)構(gòu)成的聲場(chǎng)，這些方面極強(qiáng)的作用力都會(huì)對(duì)水生生物以及施工區(qū)域鄰近重要構(gòu)筑物造成一定程度的損傷，還會(huì)撕裂魚(yú)體內(nèi)的魚(yú)鰾、膽囊類空腔，使魚(yú)類內(nèi)臟遭受極大損傷，輕則導(dǎo)致魚(yú)類神經(jīng)麻痹從而喪失游泳能力，漂浮水面，重則喪命，。在當(dāng)下環(huán)保優(yōu)先的大背景下，尋找沖擊波盡可能小、施工效率和施工成本最優(yōu)的創(chuàng)新施工工藝方法，以確保施工作業(yè)及鄰近構(gòu)筑物和水生生物的共同安全，就成為了水下炸礁施工作業(yè)所面臨的主要核心命題。

2.現(xiàn)有水下礁石清除方式方法

2.1 水下爆破施工

利用炸礁船（又稱鉆孔爆破船）進(jìn)行水下鉆孔，然后在孔內(nèi)充填乳化炸藥，利用雷管爆破的施工方法。水上鉆孔船有普通式和自升式兩種，并根據(jù)工程量大小和功效需要有不同孔數(shù)（一般有4孔、6孔船，多的可以達(dá)到8孔以上）鉆孔船。為水下鉆孔炸礁船布設(shè)專門(mén)移動(dòng)的軌道，使得鉆機(jī)能在軌道上通過(guò)移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的方式，精準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)所需鉆孔的位置進(jìn)行鉆孔，以實(shí)現(xiàn)最少的移船鉆成最多孔效果。鉆孔具體方式方法視施工區(qū)域地質(zhì)情況而定，先進(jìn)行覆蓋層開(kāi)挖，至較薄后采用雙套管鉆進(jìn)方法鉆孔至設(shè)計(jì)要求深度，鉆完一孔后立即用堵眼管將鉆孔塞住，待所需孔鉆全部鉆完后，按照拔起堵眼管-沖洗鉆孔-孔內(nèi)放置炸藥筒-拔起內(nèi)、外套管-取出導(dǎo)線-聯(lián)爆破網(wǎng)路-連接主導(dǎo)線-船舶撤離-通電起爆的工序依次實(shí)施。這種爆破方法是經(jīng)過(guò)很多場(chǎng)合實(shí)踐出來(lái)的常規(guī)方法，是當(dāng)下主流的水下炸礁工藝方法，但沖擊波較強(qiáng)，對(duì)水下生物和鄰近重要構(gòu)筑物安全會(huì)造成不同程度的威脅。

2.2 水下控制爆破施工

控制爆破，是為了減少常規(guī)爆破帶來(lái)對(duì)周邊環(huán)境的影響，而通過(guò)一定的技術(shù)措施嚴(yán)格控制爆炸能量及沖擊波，使水下爆破產(chǎn)生的震動(dòng)、傾倒方向、飛石等可能產(chǎn)生的危害控制在規(guī)定限度內(nèi)的爆破方法。通俗的講，控制爆破就是工程爆破過(guò)程中通過(guò)采取減少藥量、控制爆破方向等技術(shù)手段加以控制的一種的底限度爆破方式。控制爆破有定向爆破、光面爆破、微差控制爆破、拋填爆破、弱松動(dòng)爆破等多種方式。

2.3 水下鑿巖施工

水下鑿巖施工是一種利用鑿巖錘重量，在船用起重設(shè)備拉起狀態(tài)下迅速放下，沖擊破碎巖面的一種施工工藝。一般根據(jù)工程所在地施工環(huán)境狀況，如施工水域水深、地質(zhì)以及船舶條件等多方面因素，采用合適斗容的抓斗挖泥船，更換鑿巖需要重量的筆形鑿巖棒進(jìn)行鑿巖施工的工藝方法。

在進(jìn)行鑿巖施工前，為提高效率，需先將水下施工區(qū)域分成順序編號(hào)的20m方形網(wǎng)格，再依序?qū)γ總€(gè)區(qū)域用水下潛鉆設(shè)備按照0.5×0.5m（孔距×排距）密集鉆孔先行破壞巖石結(jié)構(gòu)，再按1.5米距離（鑿巖棒直徑的1.5～2倍）梅花形布點(diǎn)，按“鑿巖→清渣→鑿巖→清渣”進(jìn)行循環(huán)施工（用抓斗挖泥船對(duì)清渣環(huán)節(jié)進(jìn)行施工）。施工過(guò)程中，根據(jù)不同區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)鑿巖、清渣開(kāi)挖效果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)優(yōu)化鑿巖布點(diǎn)的參數(shù)，以進(jìn)一步提高工效，降低成本。

圖1 鉛筆型鑿巖棒示意圖

圖2 CO2氣體膨脹裂巖能量分布圖

3.一種新型水下炸礁施工工藝-水下CO2氣體膨脹裂巖施工

3.1 施工原理

在現(xiàn)行環(huán)保政策高壓態(tài)勢(shì)下，以及港口航道乃至橋梁工程施工會(huì)頻繁遇到生態(tài)敏感區(qū)的情況，針對(duì)水下炸礁工程，新近出現(xiàn)一種新型施工工藝：即水下CO2氣體膨脹裂巖施工工藝，其施工原理是結(jié)合前期勘探探明的地質(zhì)情況，清挖完覆蓋層后，在巖層的地方用液壓鑿巖機(jī)或潛孔鉆對(duì)巖石區(qū)首先進(jìn)行鉆孔，然后將致裂管設(shè)備放在需要膨脹、爆破的巖體內(nèi)進(jìn)行膨脹破碎，再用反鏟船進(jìn)行清礁。

3.2 施工工藝

結(jié)合裂巖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，水下CO2氣體膨脹裂巖施工具體工藝順序如下：（1）工藝參數(shù)確定：1公斤液態(tài)二氧化碳物理作功時(shí)可生成0.6立方體積的氣態(tài)二氧化碳，76管（2公斤）致裂管物理作功270MPA壓力，105管（5公斤）致裂管物理作功450MPA壓力；（2）充氣：致裂管中充裝液態(tài)CO2氣體；（3）鉆孔：用潛孔鉆或液壓鑿巖機(jī)鉆孔，打90MM（120MM）；（4）裝管：依據(jù)工程實(shí)際情況布孔、鉆孔后裝上致裂管；（5）封孔：裝完致裂管，需用復(fù)合材料進(jìn)行封孔（結(jié)合工程特殊性一些工地可能還需進(jìn)行特殊材料加以加固），以防起爆后飛管發(fā)生。（6）防護(hù)：考慮到水下炸礁施工是水下工程，必須采取以下防護(hù)：①將各致裂管用鋼絲聯(lián)接一起以加強(qiáng)互牽力；②將整個(gè)施工面前方清空船只，以防飛石；③致裂：設(shè)計(jì)合理的起爆距離及周邊設(shè)置警戒線，布上二氧化碳膨脹致裂施工警示牌后起爆。④致裂區(qū)域開(kāi)挖。

3.3 裂巖效果實(shí)驗(yàn)

3.3.1 雷管水中爆炸沖擊波測(cè)試

為測(cè)試一發(fā)數(shù)碼電子雷管在水中爆炸產(chǎn)生的水中沖擊波大小，測(cè)試時(shí)將雷管和傳感器設(shè)置在水面以下4.5m的位置，雷管距離傳感器分別為5m、10m、15m、20m、25m，其中測(cè)距5m時(shí)測(cè)得水擊波平均數(shù)值為0.644MPa，其他各測(cè)距測(cè)得雷管爆炸沖擊波的數(shù)值詳見(jiàn)表1。

表1 數(shù)碼電子雷管測(cè)試記錄表

根據(jù)CO2水下鉆孔爆破、爆破監(jiān)測(cè)及爆后清渣效果分析，可知CO2水下鉆孔爆破技術(shù)從理論到施工工藝實(shí)踐是可行的，炮群正上方2m左右監(jiān)測(cè)到的水中沖擊波為0.01MPa，滿足自然狀態(tài)下高度敏感魚(yú)類對(duì)水中沖擊波的允許標(biāo)準(zhǔn)0.01MPa，投魚(yú)試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)有傷亡現(xiàn)象；距離炮群10～20 m位置監(jiān)測(cè)到地震波振速為0.106-0.168cm/s，滿足相應(yīng)頻率最小爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)0.2～0.3cm/s；對(duì)于不同硬度的巖石，選擇合適的爆破參數(shù)，爆后的爆渣塊度大小能滿足開(kāi)挖要求，可一次開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高無(wú)需補(bǔ)炸。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)人體在距離炮群20m的水面浮排上基本感受不到爆破產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊，僅是一股氣流向上涌起的水浪而已，設(shè)置在炮群上方及旁邊近距離的試驗(yàn)魚(yú)在爆破后和爆破前沒(méi)發(fā)現(xiàn)有什么變化。

3.3.2 CO2氣爆與電子雷管爆炸測(cè)試比較

將一根充裝5kg的CO2爆破筒和一發(fā)數(shù)碼電子雷管放在水中裸爆進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比水中沖擊波數(shù)值，一根CO2爆破筒爆炸產(chǎn)生的水中沖擊波比一發(fā)雷管爆炸產(chǎn)生的沖擊波還要小，具體對(duì)比情況詳見(jiàn)表2。

表2 CO2爆破筒和雷管爆炸沖擊波對(duì)比表

3.3.3 地震波振動(dòng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共爆破4 次，共測(cè)得4個(gè)振動(dòng)數(shù)值，爆破振動(dòng)振動(dòng)數(shù)值很微弱，各點(diǎn)最大振速詳見(jiàn)表3。

表3 爆破振動(dòng)記錄表

3.3.4 CO2氣爆與乳化炸藥爆破測(cè)試比較

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，CO2氣爆破巖最近10m距離產(chǎn)生的振速完全滿足爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)范圍，振速比小藥量乳化炸藥爆破產(chǎn)生的振速小得多，因測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還很少，若施工采用CO2氣爆新工藝，在施工前還必須進(jìn)行多次試爆測(cè)試，確定安全后才能采用，CO2氣爆與乳化炸藥爆破測(cè)試數(shù)值對(duì)比如表4所示。

表4 CO2氣爆與乳化炸藥爆破振速對(duì)比

3.3.5 魚(yú)類測(cè)試記錄

試驗(yàn)選擇草魚(yú)、鯉魚(yú)、塘角魚(yú)及鱸魚(yú)進(jìn)行測(cè)試，共投放了6籠試驗(yàn)魚(yú)，每籠魚(yú)有4個(gè)品種各10條，試驗(yàn)魚(yú)在爆破后未發(fā)現(xiàn)死傷情況，也未發(fā)現(xiàn)有神經(jīng)異常、昏迷現(xiàn)象，爆破后與爆破前沒(méi)有區(qū)別。

4.結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)表明，水下CO2氣體膨脹裂巖施工較之傳統(tǒng)的水下乳化炸礁施工，具有爆破振動(dòng)振動(dòng)數(shù)值微弱、水中沖擊波小、振速小等明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)水生生物的影響幾乎沒(méi)有不良影響，且較之鑿巖施工工藝，具有工效高、成本低的效果，是一種值得進(jìn)一步深入研究和實(shí)踐應(yīng)用的新型水下炸礁施工工藝。