CN102809328B - 一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法，包括以下步骤：a、清挖覆盖层；b、水下钻爆（1）、爆破参数设计与计算；（2）、爆破前的布置，包括布孔、钻孔、成孔验收、装药、堵塞、联网和安全警戒；（3）、爆破以及爆破效果检查；所述爆破方法中的起爆器材是数码电子雷管；炮孔内设有至少两层药包，同排同层上的药包在同一水平面上，相邻排间药包层错开设置；起爆时采用排间从下向上，孔内从上往下的顺序。c、水下清碴本发明产生地震波、涌浪、冲击波及飞石影响均能降低至最低程度；同时，爆破能量无效消耗较小，爆碴较松散、均匀，能够满足内河小容量抓斗船清碴的要求。

Description

一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法

技术领域

本发明属于爆破的技术领域，尤其涉及一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法。

背景技术

水下爆破是指在水面下、水底土岩表面或水下岩层内部的爆破。目前，水下爆破通常采用的是微差电雷管和微差非电导爆管雷管，而微差电雷管存在系列少、质量差、段别误差大、延期时间不够等问题，无法满足近程存在保护建筑物的现场需求。微差非电导爆管雷管控制爆破的非电导爆管网路虽有效的解决了电雷管网路受场地周边电力环境和天气的影响，但大网路可靠性低，仍然不能解决近程爆破振动危害问题。目前的水下爆破通常采用的是传统延时雷管起爆，冲击波大，产生较大的涌浪，施工效率较低，扰民时间长，爆碴体积较大且分散，不利于清渣。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法，地震波、冲击波较小，爆碴体积均匀集中。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案: 一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法，包括以下步骤：

a、清挖覆盖层

抛设浮标标定航道边线桩，之后挖泥船进行移船定位，采用梅花形落斗方式进行水下清挖；

b、水下钻爆

（1）、爆破参数设计与计算，根据爆破对象确定孔网参数、布孔方式、钻孔深度、装药结构、堵塞长度、起爆网路、微差时间、起爆顺序、炸药单耗量、飞石距离验算和冲击波的安全距离计算；

（2）、爆破前的布置，包括布孔、钻孔、成孔验收、装药、堵塞、联网和安全警戒；

（3）、爆破以及爆破效果检查；

所述爆破方法中的起爆器材是数码电子雷管；炮孔内设有至少两层药包，同排同层上的药包在同一水平面上，相邻排间药包层错开设置；起爆时采用排间从下向上，孔内从上往下的顺序。

c、水下清碴

挖泥船在施工中采用锚缆控制平面位置，采用梅花形落斗方式进行水下清渣。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、爆破介面有一定深度的水体覆盖，地震波、冲击波及飞石影响均能降低至最低程度，满足爆破安全的要求；同时，爆破能量无效消耗较小，产生的涌浪较小，爆碴较松散、均匀，能够满足内河小容量抓斗船清碴的要求，保证了质量和工期的需要。2、爆破方法中的起爆器材是数码电子雷管，可精确地控制起爆时间，通过精确控制炸药能量释放，改变爆破作用机理，从而控制根底和爆渣大块率。

进一步地，所述水下钻爆采用“V”型顺序起爆，本发明中所提到的“V”型顺序起爆，即前后排孔同段相连，其起爆顺序似V字型，起爆时，先从爆区中部爆出一个V字形的空间，为后段炮孔的爆破创造自由面，然后两侧同段起爆。数码电子雷管的使用流程如下：①雷管注册，②设置雷管延期，③将雷管对号入孔，④网路连接，⑤网路测试，⑥进入起爆流程；所述起爆流程包括，雷管点名、雷管状态测试、充电、起爆；所述同层药包的孔间延期间隔为2ms，排间延期间隔为5ms，层间延期间隔25ms。数码电子雷管使用流程可规范地控制和管理雷管。数码电子雷管的使用流程为爆后的检查起到了很好的监控作用，孔间时间间隔、排间时间间隔以及层间时间间隔的设置，使得整个爆破呈从下向上的模式进行，减小了飞石距离和涌浪，很好的保护了周边的建筑物。

具体实施方式   

本实施例具体步骤如下：

某修船基地船坞围堰拆除及进坞航道疏浚、炸礁工程为某船舶修造有限公司30万吨级船坞（含10万吨级船坞）门口区围堰拆除及进坞航道疏浚、炸礁。疏浚、炸礁工程施工范围：30万吨级船坞坞门外疏浚设计标高为-10.3m（国家85高程基准，下同），10万吨级船坞门外疏浚设计标高为-8.5m，坞门外进坞航道开120°喇叭口。

其中围堰外疏浚、炸礁施工范围连接船坞围堰，最远距离为180m，总面积为14000m²，疏浚工程量约为18000m³，炸礁工程量约30000 m³，岩石平均厚度为2.1m。坞门口围堰上部为浆砌石，围堰基础为岩石，岩层整体较好，裂隙较少，为中风化岩，硬度比花岗岩稍低，爆破对围堰影响不大。

由于工程建设的需要，船坞外有围堰，围堰长321.5m，围堰段底部宽度为12.0～14.0m。围堰坝址距坞门外边线6.0m，其结构形式采用重力式。岩基段采用浆砌块石，顶宽约2.0m，高2.5m；软基段采用嵌岩桩，坝内采用满堂水泥拌搅桩，-0.10～+0.50m采用钢筋砼承台板，+0.50～+4.50m为浆砌块石。船坞建设施工结束后进行拆除围堰，其中坞门区拆除长度180m，-3.0m以上采用人工拆除，以下采用爆破拆除并开挖至设计标高，30万吨级船坞坞门外开挖至-10.3m，10万吨级船坞门外开挖至-8.5m，-3.0m以下拆除工程量约为13000 m³。

工程施工分两部分进行，第一期先行进行进坞航道疏浚、水下炸礁施工，本施工组织设计就进坞航道水下炸礁进行设计。

修船基地船坞所在地涨潮流向西北西，流速1节，落潮流向东南东，流速1.5节，最大流速为2.0节，涨潮流速和落潮流速均较小；波浪以风浪为主，涌浪少见，无浪和小浪日数多。其潮位特征为：

最高高潮位：4.66m，

平均高潮位：3.37m，

最低高潮位：-0.43m，

平均低潮位：0.90m，

平均潮差为：2.47m。

据地质资料，该岩石类别为强风化凝灰岩，颜色灰黄，风化程度由浅而深渐弱，碎裂或块（石）碎石镶嵌结构，组织结构大部份破坏，裂隙发育，节理裂隙面被铁锰质渲染，岩芯呈碎块状。岩石覆盖层为沙砾层。

施工条件分析

（1）、施工区域的水上交通便利，施工船舶、设备和施工材料可直接从水路进入施工现场。

（2）、施工区域东、南、西面均为海域，施工环境较好；西北面与在建码头距离约60米，而与北面在建船坞和围堰的距离较近，对爆破施工和爆破安全会造成一定的影响，爆破必须采取控制爆破，确保爆破对附近构筑物和周边环境不会造成安全危害，对已经建成和正在建设的船坞、码头、南护岸的结构、围堰以及对坞门的结构、表面质量和船坞底板、基础不会产生危害，尤其是爆破拆除围堰的施工，爆破施工必须采取有效的安全措施，确保船坞的安全。由此爆破施工安全成为该项目的重点和难点，爆破施工除了保证安全，还应考虑控制爆破大大增加了施工成本和工期。

（3）、因船坞正在建设中，围堰外施工必须保证围堰的安全，施工过程中注意与船坞施工单位及附近施工单位充分协调好。

（4）、炸礁施工范围的海床岩石地质节理、裂隙较为发育，不利于钻孔成孔，并容易降低爆破效果。

（5）、工程施工范围受潮汐的影响，不利于钻爆定位和装药联线；浅水区域的水下施工考虑乘潮施工，而采用陆上施工必须乘退潮时间进行。

（6）、施工期间7、8月为台风季节，施工过程中注意收集和掌握台风信息，并采取必要的防台风措施。

本工程的施工项目为进坞航道疏浚，进坞航道疏浚的施工工序有：清挖礁石覆盖层、钻孔爆破和水下清礁。

a、清挖覆盖层

在进行水下清挖覆盖层前，事先进行施工区域的水下地形测量，以计算确认工程量；水下地形测量采用GPS测量系统和测深仪配合测量，业主、监理现场监测。

平面控制测量：测量所采用的控制点及其坐标，必须为业主提供、监理复核过的准确的控制点。采用极坐标法测量放样，测量出施工范围边线桩，抛设浮标，挖泥船在设计的施工范围内按计划的分块进行施工，移位按一定顺序进行。在施工过程中，航道边线桩浮标必须经常性校核。

高程控制测量：设计高程利用即时水位高程控制，施工过程中设立施工水尺，由此确定水下开挖的浚深：

浚深 = 即时水位高程 — 设计开挖高程 + 施工富裕水深

通过对施工水尺的观测，及时掌握水位情况，尤其是水位变幅较快的涨、退潮时间；施工期间每日的8时、16时（或针对当地涨、退潮时间）对水尺进行观测记录。水尺的零点高程应经常检查校核，防止水位的误读，影响施工的准确性。

抛设浮标标定航道边线桩后，挖泥船进行移船定位。因为受潮汐的影响，挖泥船必须平行于潮流方向作业。在施工水域抛设挖泥船主锚缆及八字锚缆，主锚缆用以控制挖泥船上、下移位，八字锚缆（或横锚缆）控制挖泥船左、右移位。通过收、放锚缆，使挖泥船移至需要的施工位置。

水下清挖覆盖层施工的关键是浚深控制作业。水下开挖深度据落斗深度测定，挖泥船施工时边开挖边探测挖后水深，挖掘机司机根据检测结果调整移位落尺、落斗深度，采用梅花形落斗方式，使挖泥船开挖不出现大面积遗漏和不产生大的超深直至开挖效果达到以下要求：（1）开挖达到设计深度要求而不产生大的超深；（2）在设计开挖深度以内，不出现覆盖层遗漏。

挖泥船必须平行于潮流方向作业，清挖出来的废方，用泥驳装运，卸于指定的抛卸区。

水下清挖覆盖层施工进行第一次大面积的清挖后，立即组织人员进行测量检测，对检测出的覆盖层遗漏处，抛设浮标标定并进行补清挖，直到将覆盖层清挖完成为止。

水下清挖覆盖层施工完毕后，项目经理部向总监办申请验收，经现场监理工程师检验合格，并进行施工区域清挖覆盖层后的水下地形测量，为覆盖层和炸礁的工程量提供依据，方可进行炸礁施工。

b、水下钻爆

钻孔爆破采用潜孔钻机船施工，钻孔孔位采用测站测量仪器直接测定，利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。在孔位上量测水深，由施工水位高程和设计河底高程计算岩层的厚度，确定钻孔深度。

水下钻孔爆破按由深水到浅水的顺序进行，且一次钻爆到设计深度，避免分层爆破。钻孔形式采用垂直钻孔，布孔方式采用三角形或矩形。

根据现有施工船舶的性能及施工经验，确定以下参数：

    钻孔孔距：a=2.0m

    钻孔排距：b=2.0 m

    钻孔直径：D=100mm

    药卷直径：d=90mm

    钻孔超深：c=1.5m，硬岩取较大值，软岩取较小值，

              首排炮孔比其后排炮孔深0.2m。

3.4.5.1  孔装药量计算

施工前首先计算每个炮孔的装药量，按计算出的每孔装药量装填炸药。 炮孔单孔装药量计算：

首排炮孔的单孔装药量：

      Q = 0.9×q₀×a×b×H₀

与首排炮孔同时起爆的后排炮孔单孔装药量：H₀

      Q = q₀×a×b×H₀

式中：Q——单孔装药量（kg）

      q₀——水下爆破单位炸药消耗量（kg/m³），按《水运工程爆破技术规范》（JTJ 286－90）选用，见表3-1，对于中等硬度岩石：q₀=2.09；。

    a、b——钻孔的孔距、排距

    H₀——设计开挖的岩层厚度（m），即为爆破岩层厚度，

取最大值H0 = 5.1m；

则：   Q = q₀×a×b×H₀

= 2.09×2.0×2.0×5.1

= 42.6（Kg） 

         取单孔装药量为42.0（Kg）。

岩石类别	水下钻孔爆破	水下裸露爆破
			软岩石和风化岩	1.72	15.17
中等硬度岩石	2.09	30.34
			坚硬岩石	2.47	44.94

表3-1   水下爆破单位炸药消耗量q₀ (kg/m³)

注：表列q₀值系2#岩石硝铵炸药综合单位消耗量的平均值，采用其他炸药应进行换算。

以上水下钻孔爆破参数，应结合施工水深、开挖深度、清碴设备及岩石的性质等综合分析确定。对于坚硬岩石，孔、排距取最小值，反之取最大值。对于岩石节理、裂隙、风化发育者，孔、排距取大值，反之取小值。对于施工水深大、开挖深度大、需要爆破的坡度小的情况，单位耗药量取大值，且在施工过程中，根据清碴的效果和清出石碴块体大小分析，及时调整爆破参数，以获得较高的爆破效果，提高钻爆和清碴效果。

单孔装药量验算

以上计算，岩层厚度H₀ = 5.1m，钻孔超深c = 1.5m，炸药药卷直径为90mm，标定重量为每节3kg，长度0.4m。

孔装药长度：（42.0 / 3 ）× 0.4 = 5.6 m

孔装药长度（5.6 m）为孔深（6.6 m）的85%，满足孔装药量的要求。

3.4.5.3  安全用药量计算

（1）爆区允许用药量

根据公式：

 Q = (R a V/K)1/ma

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)，取值见表3-2“主要类型建筑物

地面质点的安全振动速度”；参见《爆破安全规程》（GB6722-2003）。

K、a----与爆破点地形、地质有关的系数，取值见表3-3 

             “有关的系数K和衰减指数a值”，对于中等坚硬

岩石，K=150，a=1.8；

      m ---- 炸药量指数，取1/3。

表3-2   主要类型建筑物地面质点的安全振动速度

岩石类别	K	a
			坚硬岩石	50~150	1.3~1.5
中等坚硬岩石	150~250	1.5~1.8
			软岩石	250~350	1.8~2.0

表3-3   有关的系数K和衰减指数a值

（2）需保护建筑物的安全参数

需要保护的建筑物与爆破区域的实际距离、建筑物的安全振动速度等数据如表3-4“需保护建筑物的安全参数表”：

建 筑 物	与爆破区域的最近距离（m）	安全振动速度(cm/s)
			船坞（北面）	50	4.5
围堰（北面）	30	2.8
			新建码头（西北面）	60	4.5
油库（北面）	450	0.5

表3-4  需保护建筑物的安全参数表

（3）安全用药量计算

根据表3-4所列，因船坞和码头的安全振动速度比围堰的大，距离比围堰的小，安全用药量计算取围堰和 油库为对象进行计算。

A、爆破对围堰的安全用药量：

Q = (R a V/K)1/ma

       = 35.5 （Kg）

B、爆破对油库的安全用药量：

Q = (R a V/K)1/ma

       = 6778.0 （Kg）

（4）爆破区域不同距离允许齐爆药量

通过以上的计算，安全用药量最小的为对围堰的安全齐爆药量，以下为爆破点与围堰的不同距离的安全齐爆药量，如表3-5“不同距离爆破对建筑物的安全齐爆药量”：

距离R(m)	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
											药量Q(kg)	35.5	84	164	283	450	672	957	1313	1748	2269

表3-5   不同距离爆破对建筑物的安全齐爆药量

（5）爆破区域不同距离装药量设计

对于不同的爆破距离，齐爆药量不能大于表3-5所列安全齐爆药量。根据以上的单孔装药量的计算，距离围堰30m~40m范围的计算最大单孔装药量（42Kg）大于安全齐爆药量（40Kg），该区域的水下爆破设计为减弱抛掷爆破，爆破作用指数为0.8，单孔装药量为：42×0.8=33.6（Kg），取33kg。爆破区域不同距离装药量设计如表3-6“不同距离装药量设计”：

距离R(m)	30～40	40～50	50～60	60～70	70～80	80～100	100以上
								安全齐爆药量Q(kg)	35.5	84	164	283	450	672	1313
齐爆孔数	1	1	3	6	6	6	6
								最大齐爆药量Q(kg)	33	42	126	252	252	252	252
总起爆孔数	12	12	24	42	42	42	42
								总起爆排数	2	2	4	7	7	7	7
最大总装药量(kg)	396	504	1008	1512	1512	1512	1512
								孔内装药形式	间隔	连续	连续	连续	连续	连续	连续

表3-6   不同距离装药量设计

水下爆破为保险起见，起爆药包装2发并联导爆管雷管。炮孔装药长度小于3.0m 时，装1个起爆药包，位置在距孔底1/3至2/3处，炮孔装药长度大于3.0m 时，应增加起爆药包，其位置应均匀配置。对于减弱抛掷爆破，为使爆破能量均衡，装药形式采用间隔装药方法，其他采用连续装药方式。水下炮孔采用粒径小于10mm的细砂堵塞，药包采用竹片夹制，实现连续和间隔装药。

所述爆破方法中的起爆器材是数码电子雷管；炮孔内设有至少两层药包，同排同层上的药包在同一水平面上，相邻排间药包层错开设置；起爆时采用排间从下向上，孔内从上往下的顺序。所述水下钻爆采用“V”型顺序起爆。

本发明中所提到的“V”型顺序起爆，即前后排孔同段相连，其起爆顺序似V字型，起爆时，先从爆区中部爆出一个V字形的空间，为后段炮孔的爆破创造自由面，然后两侧同段起爆。数码电子雷管的使用流程如下：①雷管注册，②设置雷管延期，③将雷管对号入孔，④网路连接，⑤网路测试，⑥进入起爆流程；所述起爆流程包括，雷管点名、雷管状态测试、充电、起爆；所述同层药包的孔间延期间隔为2ms，排间延期间隔为5ms，层间延期间隔25ms。数码电子雷管使用流程可规范地控制和管理雷管。数码电子雷管的使用流程为爆后的检查起到了很好的监控作用，孔间时间间隔、排间时间间隔以及层间时间间隔的设置，使得整个爆破呈从下向上的模式进行，减小了飞石距离和涌浪，很好的保护了周边的建筑物。

爆破后，爆破员必须按规定认真检查爆区有无盲炮，发现盲炮应立即报告并及时处理。不能及时处理的盲炮，在附近设立明显标志，并采取相应的安全措施。电力起爆发生盲炮时，立即切断电源，及时将爆破网路短路。水下钻孔爆破发生盲炮可采取如下处理措施：

（1）、因爆破网络而引起的盲炮，经检查和处理后，重新联线起爆。

（2）、在盲炮附近投放裸露药包诱爆。

处理盲炮时，作好安全和警戒工作，无关人员不得进入现场。盲炮处理后，仔细检查爆堆，如有残余的爆破器材立即收集销毁，具体处理的情况，由处理人员填写记录。

c、水下清碴

水下清碴和水下覆盖层开挖施工方法相同，其关键是挖泥船的移船定位和浚深控制作业。因为受潮汐的影响，挖泥船必须平行于潮流方向作业。挖泥船在施工中采用锚缆控制平面位置，在施工水域挖泥船抛设主锚缆及八字锚缆，主锚缆用以控制船体前、后移位，八字锚缆（或横锚缆）控制船体左、右移位，锚位必须设浮标标志。水下开挖深度据落斗深度测定，挖泥船施工时边开挖边探测挖后水深，挖掘机司机根据检测结果调整移位落尺、落斗深度，采用梅花形落斗方式，使挖泥船开挖不出现大面积遗漏和不产生大的超深，直至开挖效果达到以下要求：不出现大面积遗漏；不产生较大的超深。

清挖出来的石碴等废方，用泥驳装运，卸于指定的抛卸区。

水下清碴由清碴施工班组施工，在施工过程中清碴班组和钻爆班组必须相互协调配合，钻爆施工达到一定的数量后，立即安排清碴施工；清碴班组及时向钻爆班组反映清碴的效果，钻爆班组根据清碴的效果和清出石碴块体大小分析，及时调整爆破参数，以获得较高的爆破效果，提高钻爆和清碴效果。钻爆施工和清碴施工在施工地段上隔开一定的距离，避免施工干扰。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (1)

1.一种水下石方数码电子雷管精确控制爆破方法，其特征在于包括以下步骤：

a、清挖覆盖层

抛设浮标标定航道边线桩，之后挖泥船进行移船定位，采用梅花形落斗方式进行水下清挖；

b、水下钻爆

（1）、爆破参数设计与计算，根据爆破对象确定孔网参数、布孔方式、钻孔深度、装药结构、堵塞长度、起爆网路、微差时间、起爆顺序、炸药单耗量、飞石距离验算和冲击波的安全距离计算；

（2）、爆破前的布置，包括布孔、钻孔、成孔验收、装药、堵塞、联网和安全警戒；

（3）、爆破以及爆破效果检查；

所述爆破方法中的起爆器材是数码电子雷管；炮孔内设有至少两层药包，同排同层上的药包在同一水平面上，相邻排间药包层错开设置；起爆时采用排间从下向上，孔内从上往下的顺序，所述水下钻爆采用“V”型顺序起爆，同层药包的孔间延期间隔为2ms，排间延期间隔为5ms，层间延期间隔25ms;

c、水下清碴

挖泥船在施工中采用锚缆控制平面位置，采用梅花形落斗方式进行水下清渣。