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1、工程 设计 厦门海沧 7号码头基槽炸礁方案设计与优化 三航厦门分公司 陈通生伊左林 1 前 言 由于地质 的复杂性和深水重力式码头对 水深及地基承载力的要求 ，在福建地区的码 头施工中常采用水 下炸礁来进行基槽开挖 。 对于水下炸礁 的质量 不仅要求基槽的平面 位置、 断面尺寸、 基底标高等符合设计和规范 要求 ，还必须满足环保要求和后续清礁施工 对爆破后石块大小和松散程度的要求。由于 影响水下炸礁 的因素很多 ，实施 时应进行试 验段的典型施工 。并在过程中予以优化和改 进 ， 以确保水下炸礁施工的安 全、 环保 、 进度 和质量。 本文以厦门海沧 7号泊位工程为例 ， 建设中的 8号泊位码
2、 简介在花岗岩岩基条件下深水重力式码头基 槽试验段炸礁方案的设计与优化。 2工程 概况 厦门海沧 7号泊位工程位于厦门海沧规 划港 区。码头结构按第五代( 兼顾第六代) 集 装箱泊位设计 ， 可靠泊 l x l O S t 级船舶。泊位 总长度 3 2 5 m，为带卸荷板的沉箱重力式结 构。基槽炸礁设计底标 高一 1 7 3 m( 厦门理论 深度基准面 ) ， 底宽 1 4 m， 边坡 2 ： 1 ， 允许超宽 1 O m、 超深 0 5 m， 设计炸礁工程量( 包括停泊 水域) 约 7 0 0 0 0 m 。工程平面示意图见图 1 。 图 1 工程平面示意图 本工程施 工区周围环境复杂 ，
3、7号泊位 东侧紧邻在建的 4号 6号泊位 ， 西侧为在建 的 8号 、 9号泊位 ， 均有炸礁 、 潜水等水下作 业。 东北侧 2 5 0 m 处为金鼎石油码头 ， 油船进 出频繁，爆破点离码头趸船和储油罐最近距 离分别为 1 9 5 m、 3 1 0 m。北侧 距离 民房最近 7 1 6 m，在基槽东端北侧约 2 0 m 处还有一引 航灯塔 。 南侧 紧邻航道水域 ， 常有各类船舶过 往。 本工程周边施工项 目的炸礁 、 挖泥、 抛石 、 打夯、整平等工序正在交叉进行 ，工程船舶 多 对 7 号泊位 的炸礁施工影响较大。尤其 是 7号泊位施工 区处于 国家珍稀保护动物 中 华 白海豚的核心保
4、护区内，有关部门对爆破 作业的时间以及地震波 、冲击波和噪声等 的 一 4 3 控制有严格的规定和要求。 3 基槽炸礁爆破的试验性施工 根据现场施工条件 。基槽炸礁施工 自西 向东分 四段进行 ， 第一段 8 0 m 长基槽炸礁工 程量约 8 6 0 0 m3 ， 施工方案选择该段作为本工 程炸礁施工的试验段，以验证炸礁爆破设计 方案的合理性 ， 并予 以修正和优化 。 3 1 试验段炸礁爆破设计 3 1 1 孔网参数 最小抵抗线 ： 取 W- - 3 0 m多排炮孑 L 采用梅花型方式布置。 孔距 a： a - - ( 1 0 1 5 ) W= I 0 x 3 0 = 3 0 m 排距 6
5、： b= a 1 2 = 3 1 2 = 2 5 m 单孔装药量 Q： Q= q 0 b a Ho = 1 5 x 3 0 x 2 5 Ho = l 1 3 Ho ( 1 ) 式中： 口 。 一 单位炸药消耗量 ( k g m。 ) ， 强 、 中风 化岩石的炸药单耗取 = 1 5 k g m。 ， 乳化炸药 的爆力为 3 2 0 ml ， 炸药换算指数为 1 0 ； 凰 一 岩层厚度 。 根据炮孑 L 深度按上式计算理论装药量 ， 实际装药时按 6的倍数取最接近计算值的药 量装填 ， 偏差在+ 3 k g以内 ， 可根据一次起爆 的总药量灵活选取 。 钻头直径为 O 1 5 0 mm因此炮孔
6、直径 d =1 5 0 1 5 5 mm 。 3 1 2 炸药及雷管 施 工用 炸药为防水性能较 好 的乳化炸 药 ，出厂 时药 柱 用 塑 料袋 包 装 ，直径 为 O 1 3 5 mm，药 柱长度 为 0 4 m，标定 质量为 6 k g 。在水 深大于 1 8 m 时最 大耐水 时间达 8 h。 起爆体 由两发 8号非电毫秒延期雷管并 联组成 ，通过约 3 0 m 的非电导爆 管联结 网 络 ， 用 8号铜壳电雷管作为击发元件起爆。 3 1 3 起爆网络 一 44一 受厦门环保部门关于厦门西海域水下施 工一次起爆总药量不得大于 2 0 0 k g的限制 。 施工时一般需一到两排 即起爆一
7、次 ，因此起 爆 网络采用较为简单的簇并联方式 ，即所有 孔 内非电雷管均通过导爆管并联 并将起爆 电雷管用电工胶布与导爆管束捆绑在一起 用 电雷管引爆导爆管 ，传爆至孔 内非电雷管 引爆炸药。每排 4个炮孔 ， 孔间微差起爆 ， 雷 管段别为 1 8段 ， 每段 2 5 5 0 k g ， 相邻段别延 期时间分别为 2 5 ms 。起爆 网络示意图见图 2 图 2 起爆 网络示意 图 3 2 试 验段 炸礁 效果 爆破后 由 8 m3 抓扬式挖泥船进场清礁 该船抓斗重近 3 o t 。但实际施工表明 爆破后 礁石块度较大 清挖困难 ， 工效低 ， 尤其是对 旁开泥驳正常抛卸影响较大 。清挖后
8、经水深 测量发现仍存在大面积的浅点 ，部分基槽底 标高达不到设计标高。 3 3炸礁对周边建筑物的影响 试验段炸礁施工时， 在储油罐和码头处进 行了地震波的监测 ， 测得的爆破地震波振动速 度范围为 0 3 1 1 4 2 c m s ，均小于 G B 6 7 2 2 8 6 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 ， 因此 港工技术与管理 2 0 0 8年第 2期 爆破不会对金鼎油码头及其油库造成危害 。 但爆破时周边 区域地面有较大的震感。 4 试验段炸礁效果的技术分析 试验段的施工后 分析了炸礁施工的效 果 不理 想原 因 。 4 1 爆 破器
9、 材 质量 问题 微差爆破的作用原理是将一次大药量爆 破 以一定 的间隔 时间分割成 多次小药量爆 破 ， 从而达到增加岩石 自由面、 形成应力波迭 加、岩石多次碰撞破碎和地震波相互干扰 的 综合作用 ，因此合理的微差爆破间隔时间是 实现上述 目的的关键。 试验段施工的炸礁施工是采用微差爆破 技术。其单段药量为 2 5 5 0 。根据 爆破安 全规程提供 的爆破震动安全允许距离和药 量的经验公式进行计算 ： ( 2 ) 一 爆破点与被保护建筑物的距离( m) ； Q一 一次起爆炸药量( ) ， 微差起爆时 取最大一段 的装药量 ； 一 爆破震动安全速度( c m s ) ； K、 一 与爆破点
10、地形 、 地质等条件有关 的系数 和衰减指数 。 对 中硬岩石取 1 8 0 ， a=1 6 5。 经计算 ， 码头趸船距 离 1 9 5 m， 爆破震动 速度在 0 2 8 5 c m s以内；储油罐距离 3 1 0 m， 爆破震动速度在 0 1 3 3 c m s以内。实际检测 震动数据为 0 3 1 1 4 2 c m s ， 比理论值大。 经分析 。产生较强地震波可能是雷管延 期时间精度不高所致。对本工程所采用 的毫 秒延期 雷管进行检查 ， l 4段别 的雷管其延 期时间最大误差达+ 1 5 ms ， 平均误差+ 1 0 ms ， 延期时间的精度较低。用这样的雷管进行微 差爆破 ，
11、相邻孔的爆破延期时间无法保证。 对 地震波的分隔作用不能完全体现 ，从而导致 各段炸药起爆时地震波峰值迭加 、爆破 区附 近震感较大的现象。 4 2 爆破参数取值偏差较大 在对试验段炸礁方案进行复核时 发现 该方案参数的取值是参照 了以前在施工条件 较为简单的航道区炸礁经验 。该方案特点是 大孔径、 大排距、 大药量 ， 在施工环境简单、 一 次起爆药量不受 限制 的情 况下进行群爆施 工， 爆破效果好 ， 速度快。 但 由于孔径较大 ， 且 连续装药于孔底 。实际形成集 中药包爆破的 效果 ， 导致顶层岩石破碎不均而产生大块 。 根据爆破漏斗理论可知 ， 当爆破指数 1 1 = ， 值从小于
12、 l到大于 1时 ，由松动爆破经 标准抛掷爆破变为加强抛掷爆破 本工程按 n = l 进行设计 ， 为标准抛掷爆破 。 岩体沿抵抗 线方向获得的水平推力逐渐增大。抛掷效果 越明显。 爆破时若排距过大， 则增大 了单排起 爆时的最小抵抗线 ( ) 长度 ， 减小了抛掷作 用 ， 岩石不能充分破碎和松散 ， 给清礁施工造 成困难。 4 3 地质条件复杂 地质勘察结果表明 ，该地 区的地质条件 较为复杂 ，沿基槽轴线方 向岩土层起伏变化 较大 ，且个别地质钻孔残积土层夹有强风化 岩硬块， 局部强风化岩下有残积土软弱夹层。 自上而下基本可分为 5个土层单元 ，即淤泥 质土混砂 、 中砂 、 残 积土、
13、 强风化 岩和中风化 岩。 根据设计图纸要求 ， 强风化岩面以上土层 为挖泥 ， 强风化岩面 以下部分为炸礁。 残积土 层夹杂石英颗粒 ， 厚度 0 8 6 0 m 不等 ， 平均 标贯击数 N为 2 1 1 击 ， 残积土局部地 区下卧 全风化岩层 ， 平均标贯击数 3 6 2击 具有较 高强度 ，挖泥船开挖 比较 困难 。实际施工时 8 m3 抓 斗挖泥船只能挖除残积 土表层 约 l 2 m， 往下很难清除。因工期紧迫 ， 施工 中没有 继续挖泥而直接进行炸礁 因此在岩层表面 尚有较厚的残积土需炸除，但施工时仅按风 化岩层 中的炮孔深度来计算装药量，没有考 虑残积土覆盖层 和水压影响 ，因
14、此实际装药 量偏小， 导致爆破不充分而出现大块礁石 在 4 5 Q = 品 ： 中 式 清礁时无法清除而形成较大面积的浅点。 4 4 施工工艺不合理 钻爆船采用套管护孔、钻杆钻进 的施工 工艺 ， 装填炸药后直接就提取套管， 没有进行 人工填塞 ，而是利用岩石表面的覆盖层回落 钻孔以及水压 自然填塞 ，这在早期采用回转 式钻孔法 成孔 时是有效 的。实际施工采用 Y Q1 5 0型潜孔钻机 ， 冲击一 回转式钻孔法 ， 钻 机配备两台 2 2 4 k W、排气压力 1 2 MP a的空 压机带动钻杆前端的冲击体冲击岩石。随着 钻杆的上下运动 。高压气流和水流会将孔口 附近的泥沙覆盖层冲起并随水
15、流带走 在孔 口形成一漏斗 ， 装药后提起护孔套管 ， 自然回 落进孔内的泥沙极少 ， 实际起不到填塞作用 ， 爆破能量得不到充分利用 ， 爆破效果较差。 5 炸礁设计方案的修正和优化 根据上述分析 ，对后期爆破施工方案进 行了调整 。主要采取 以下 的爆破效果控制措 施 。 5 1 调整延期间隔时间 为减小爆破地震效应 ，后期爆破采用了 质量信誉较好的厂家生产 的雷管 ，其延期时 间精度较高 ， 并在应用前进行抽样检测。 同时 增大孔间延期时间，相邻孔雷管延期时间调 整为 5 0 ms 以保证微差削波效果 。 5 2 调整孔 网参数 在后期爆破设计时，着重解决爆破后礁 石的块度较大和底标高不够的问题 ，因此对 爆破孔网参数作如下调整 ： ( 1 )减小炮孔和药柱直径。后期施工更 换为配备 Y Q1 0 0钻机的钻爆船 ， 使炮孔直径 d = 1 0 0 l l 0 mm 同时向厂家定制加工成型的 药柱 。 药柱直径为 O 1 0 0 mm。 通过减小炮孔直 径 ， 使相同质量的药柱长度增加 ， 在孔内分布 更加均匀。 ( 2 )增加超钻深度 ， 由原来 的 h= 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。 4 6 ( 3 )减小炮孔排距。为加强微差爆破的 水平抛掷作用
