CN106288996B - 一种水下沟槽预裂爆破施工方法 - Google Patents

Abstract

一种水下沟槽预裂爆破施工方法，包括如下步骤：(1)施工前期准备，布孔布排；(2)测量定位；(3)在陆上模拟水下环境进行预裂试爆；(4)依次钻呈台阶状变化的竖直孔；(5)火工品检测及加工；(6)采用同炮孔进行耦合与不耦合混合装药技术进行装药；(7)按设计连接毫秒延期复式爆破网络；(8)起爆及盲炮检查。采用本发明在水下沟槽施工中进行水下大孔径炮孔预裂爆破，运用同炮孔进行耦合与不耦合混合装药技术，沟槽成型好，边坡完整，爆破有害效应可控。

Description

一种水下沟槽预裂爆破施工方法

技术领域

本发明涉及一种水下沟槽预裂爆破施工方法，适用于高技术服务业、高新技术改造传统产业中的水运工程中进行水下沟槽预裂爆破。

背景技术

目前，国内水运工程中的水下爆破施工由于施工平台与施工环境的特殊性，一般采用竖直钻孔的常规爆破施工。水下沟槽及其他施工对象的边坡运用竖直钻孔的常规爆破后，边坡破碎，超炸范围大，超挖石渣多，且爆破效应对周边保留岩体、构造物影响大。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下沟槽预裂钻孔爆破施工方法，避免施工过程中沟槽出现边坡破碎和超炸超挖过多现象，减少爆破效应对周边环境的影响，针对有放坡要求，且要求边坡完整的沟槽、边坡。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种水下沟槽预裂钻孔爆破施工方法，包括如下步骤：

(1)施工前期准备：根据沟槽或边坡尺寸、周边保留岩体性质、构筑物的距离及保护程度，在施工区域布设梅花形钻孔孔位，设计爆破网路，制定安全和环保应急预案，清理施工区域岩层上方覆盖层；

(2)测量定位：使用专用钻爆一体化炸礁船，选择使用GPS-RTK测量，参照《水运工程测量规范》，建立控制点网，通过架设基准站，在施工船舶上架设移动站，使用测量软件显示船型、钻机实时位置、设计钻孔位置；

(3)试爆：先在陆上选择地质近似区域模拟试爆，分析后确定水下试爆参数，水下试爆后，修正有关参数用于项目施工，试爆确定的主要参数有主爆孔、预裂孔、混合装药孔的孔距、排距、单孔装药量、最小抵抗线、装药结构、耦合系数等；

(4)钻孔布置原则：按一定的孔距、排距布置各类炮孔，设计坡顶线布置预裂孔，设计边坡线布置混合装药孔，设计坡底线布置主爆孔；

(5)钻孔顺序：根据钻机船的参数，钻机船从沟槽中心向坡顶线依次钻主爆孔、混合装药孔、预裂孔或从沟槽一边坡顶线向另一边顶线边依次钻预裂孔、混合装药孔、主爆孔、混合装药孔、预裂孔；

(6)钻孔：钻机船测量定位后，使用Φ100mm的大孔径潜孔钻机在设计孔位上进行垂直钻孔作业；

(7)钻孔深度：岩层厚度+超深，满足沟槽预裂爆破成型的边坡放坡及平整度要求；

(8)火工品检测：钻完孔后，进行装药作业前需对雷管和炸药质量及装药数量进行检测核对；

(9)装药：主爆孔按常规水下爆破正常连续或间隔耦合装药，使用较大段别的毫秒延期导爆管，最外侧边线附近为预裂孔，采取不耦合装药，下部药量削减以保护坡壁，预裂孔与主爆孔之间布设混合装药孔，孔距、排距分为b、a，沟槽边坡坡度α。混合装药孔下部不耦合装药，线装药密度、不耦合系数和药卷直径均等同预裂孔，混合装药孔的上部耦合装药，中间以沙石袋堵塞间隔开下部的不耦合炸药柱，耦合炸药柱装药量以其准备爆破作用的孔段孔深和选定的炸药单耗确定，耦合炸药柱装药结构选择连续或不连续装药；

(10)爆破网络连接：当钻好计划的孔数时，完成钻孔装药工作后，进行起爆网路连接，依据施工组织设计的起爆网络方案，使用适量的毫秒延期导爆管，按顺序将所有装药孔内的毫秒延期导爆管连接成复式起爆网路，并检查网络连接顺序和连接质量，经现场技术负责人检测认可后，等待使用电雷管起爆或起爆器引爆毫秒延期导爆管的方法起爆；

(11)起爆及盲炮检查：完成钻孔装药和爆破网络连接，起爆组检查完起爆网路后，做好起爆前的准备工作。钻机船拉响警戒笛，移到安全位置，同时安排好爆破前的安全警戒工作，水上警戒组和陆上警戒组分别在各周边警戒点进行警戒，振动监测组做好监测准备，确认安全无安全隐患后，起爆组再次联系各个组确认一切准备就绪后，移船放炮，起爆完成后，需检查判断是否有盲炮产生，若有盲炮产生，需由专人处理。

沿沟槽断面依次布设有预裂孔-混合装药孔-主爆孔-混合装药孔-预裂孔，沟槽平面布孔为矩形布孔。

所述预裂孔、混合装药孔和主爆孔的孔深从边线向沟槽中心方向由浅向深逐渐加深呈阶梯状。

试爆时选取与水下沟槽相同或类似地质的陆上区域进行，同时往孔内注水，以模拟水下环境使用相同的爆破器材及网络连接。

钻孔使用Φ100mm的大孔径潜孔钻机，炮孔均为竖直孔。

混合装药孔布置于沟槽放坡区域，孔深随放坡方向走向呈台阶状变化，混合装药孔内采用不耦合装药与耦合装药在同一个孔内的混合装药方法，孔下部使用与预裂孔内相同的不耦合装药，孔上部使用耦合连续或间隔装药，中间使用砂石填塞间隔。

接线放炮时，先爆沟槽两边的预裂孔及混合装药孔的下半部分不耦合炸药柱炸药，形成台阶状预裂缝，然后在满足主爆孔的单段最大药量和单孔最大药量要求的情况下，先起爆主爆孔药柱，破碎沟槽中心区域岩层，起掏槽作用，最后混合装药孔的耦合炸药柱起爆，破碎混合装药孔区域岩层。

所述预裂孔、不耦合炸药柱与耦合炸药柱及主爆孔之间爆破间隔大于等于75ms。

主要技术指标与爆破参数选择及计算：

1)使用有多钻机集成的大孔径钻机爆破一体船，沿沟槽施工对象顶部边线13布设有预裂孔11，顶部边线13与底部边线14之间布设混合装药孔10，沟槽中心布设主爆孔9，孔深呈台阶状递增。

2)钻孔直径为90mm或钻孔直径为115mm，预裂孔11与混合装药孔孔距为0.92m～1.38m，为孔径的8～12倍，钻孔深0.23m～0.69m，为孔径的2～6倍；主爆孔9孔距为2.2～3.0m，炮孔排距1.5～3.0m，钻孔深1.0～2.0m。

3)预裂孔11装药结构为全孔不耦合装药，不耦合药卷直径Φ35mm～Φ50mm，主爆孔9装药结构为连续或间隔耦合装药，耦合药卷直径Φ100mm，混合装药孔10下部不耦合装药，上部耦合装药，中间以砂石填塞间隔。

4)炸药单耗：耦合装药部分，软岩或风化岩q0＝1.72kg/m3,中等硬度岩石q0＝2.09kg/m3，坚硬岩石q0＝2.47kg/m3，由于水下爆破需考虑水作为“覆盖层”的影响，炸药单耗较陆上爆破高；不耦合装药部分，装药不耦合系数2～3，线装药密度Qx＝0.127(σp)0.50a0.84(d/2)0.24，其中σp为岩石极限抗压强度，a为炮孔间距，d为炮孔直径，Qx为线装药密度初值。

所述试爆是指试爆时进行预裂爆破，包括如下步骤：

(1)鉴于水下爆破的特殊性，为方便分辨爆破试验的结果，以检验调整爆破参数，试爆选择地质情况相同或相似的陆地进行，同时往孔内注水，以模拟水下环境。使用相同的爆破器材及网络连接。

(2)试爆布孔采用的预裂孔11和主爆孔9布置不同于陆上预裂爆破布孔布置方案，是在试爆区域边线附近上钻预裂孔11，模拟沟槽的开挖区域一侧钻主爆孔9。

(3)预裂爆破试爆工艺流程

试爆内容设计、审批→试爆设备、材料准备，安全检查→钻孔、检查→药条加工→装药→堵塞→炮孔检查→连接爆破网络→安全警戒→起爆→石渣拉运→试爆结果检查、分析→提供修正后的试爆设计→下一循环→最优爆破参数确定。

(4)爆破参数

预裂爆破试爆主要参数包括炸药及装药结构、不耦合系数、爆破间距、钻孔深度、起爆顺序、抵抗线以及岩石坚硬程度。爆破参数的选取，参照施工组织设计，并经试爆不断修正、检验。

本发明的突出效果在于：

采用本发明在水下沟槽施工中进行水下大孔径炮孔预裂爆破，能够避免施工过程中沟槽出现边坡破碎和超炸超挖过多现象，减少爆破效应对周边环境的影响。

运用同炮孔进行耦合与不耦合混合装药技术，沟槽成型好，边坡完整，爆破不良影响少。

附图说明

图1是本发明水下沟槽横断面布孔装药示例图。

图2是本发明水下沟槽横平面布孔示例图。

图中标记为：水平面1、岩面2、设计边坡断面轮廓线3、不耦合炸药柱4、耦合炸药柱5、毫秒延期导爆管6，中间堵塞砂石7、顶部堵塞砂石8、主爆孔9、混合装药孔10、预裂孔11、爆后理论断面轮廓线12、设计顶部边线13、设计底部边线14。

具体实施方式

本具体实例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：

本发明所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，包括如下步骤：

(1)测量定位，选择使用GPS-RTK测量，参照《水运工程测量规范》，建立控制点网，通过在岸边架设电台基准站，在施工船舶上架设移动站，使用中海达海洋测量软件显示船型、船位，以电子罗经确定船向。测量误差必须满足《水运工程测量规范》的规定。钻爆船钻孔定位时采用实时动态(RTK)定位模式，确保定位精度，以保证沟槽水下炸礁的尺寸和位置的正确，确保施工质量。实时动态(RTK)精度要求：水平±10mm+1ppm RMS，垂直±20mm+1ppmRMS，初始化可靠性：典型值>99.9％。炸礁船确定航向用电子罗经，其结构简单，性能可靠，精度可达0.5度。

(2)试爆

1)试爆目的：验证爆破孔孔径、孔距、排距和爆破单耗参数；验证预裂孔11孔径、间距、线装药密度以及爆后预裂面平整度；通过爆破试验分析爆破震动对建基面的影响；通过爆破试验分析爆破对周围岩体及可能存在的保护物的影响。

2)试爆要求：试爆参数目前主要采用经验数据确定，较常用的是瑞典兰格福尔斯和美国卡里瓦托的经验数据。根据现场建筑物、环境、现有设备情况，和施工组织设计的预裂爆破参数，进行小范围试爆。鉴于水下爆破的特殊性，为方便分辨爆破试验的结果，以检验调整爆破参数，试爆选择地质情况相同或相似的陆地进行，同时往孔内注水，以模拟水下环境。

3)试爆流程：试爆内容设计、审批→试爆设备、材料准备，安全检查→钻孔、检查→药条加工→装药→堵塞→炮孔检查→连接爆破网络→安全警戒→起爆→石渣拉运→试爆结果检查、分析→提供修正后的试爆设计→下一循环→最优爆破参数确定。

4)试爆参数：预裂爆破试爆参数主要包括炸药及装药结构、不耦合系数、爆破间距、钻孔深度、起爆顺序、抵抗线、岩石坚硬程度等因素。参数选取根据《爆破安全规程》和《水运工程技术规范》及相关施工组织设计确定。

(3)钻孔

1)布孔：水下爆破的钻孔为垂直孔，不同于陆上可钻倾斜孔，为满足沟槽预裂爆破成型的边坡放坡及平整度要求，根据不同的沟槽尺寸、边坡坡度α、岩石硬度等参数，从设计理论底部边线14附近开始至顶部边线13的区域内布设几排孔，包括预裂孔11与混合装药孔10，且孔深从沟槽中心向边线方向由深向浅逐渐递减，预裂孔11、混合装药孔10之间排距a，孔距c，主爆孔9排距b、孔距2.5m。

2)钻孔：经测量定位后，移船到施工布孔空位上，进行钻孔作业，采用水下潜孔爆破的施工方法，使用100型中风压潜孔钻机，钻孔孔径115mm。在水下钻孔爆破中，由于爆破体被沙、石或泥覆盖，水下地形地貌无法详尽掌握，每一个钻孔点的地形地貌各不相同，从钻孔到成孔再到装药的一系列工序，都要通过套管来完成，套管内径稍大于钻杆直径，100型钻机配备套管直径149mm，管壁厚10mm。施工中利用钻机钻头的冲击和切削作用，及套管对钻机的固定、保护，对炮孔的隔离保护作用，完成炮孔的钻进工作。

3)炮孔质量检查：完成钻孔后，进行炮孔孔底标高和成孔质量检查。炮孔底标高和成孔质量检查利用定长竹竿，将用定长竹竿捅入待检查炮孔内，检查留长标高，竹竿长度-留长段距水面标高＝实际钻孔深度，对比实际钻孔深度和计算钻孔深度，要求误差20cm以内，同时检查竹竿深入炮孔时的顺畅程度，判断孔内残渣的遗留对装药是否可能造成不良影响，如残渣过多，影响装药，需重新洗孔。

(4)装药

1)火工品检测：火工品采购后，加工成起爆体前，应对雷管进行检测。测量各个雷管和电爆网路的电阻值需要专用工具——爆破电桥或电雷管测试仪，保证雷管和电爆网路的质量正常。对乳化炸药进行质量和重量抽查。

2)火工品加工：完成火工品的检测后，进行火工品的加工，药包分为预裂孔11药包和主爆孔9药包。预裂孔11装药的径向不耦合系数常使用的或药条分拆成若干直径较小的小药卷，或成品药卷。将药卷分散间隔绑扎两片竹片上，以相应段别的塑料毫秒延期导爆管6连接。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底岩石的夹制作用较大，装药段可分为3段，即底部减弱，相对于正常情况下的底部加强装药，中部、顶部正常段，底部加强时药包约为线装药密度的2～5倍，且长度为装药段全产的20％，正常段为装药全长的50％，减弱段宜为装药段全长的30％。主爆孔9药包按正常水下钻孔控制爆破耦合药柱加工成长直药柱。

3)装药：水下沟槽预裂控制爆破施工的装药分为预裂孔11装药和主爆孔9装药，预裂孔11进行不耦合装药，且不耦合系数为2～3。主爆孔9按照正常的水下钻孔爆破尽可能耦合装药，100型钻机钻孔直径115mm，装药药卷直径取90～100mm；预裂孔11装药的直径根据完整药卷直径结合不耦合系数计算得到。根据施工组织设计确定的装药量，结合实地试爆，确定预裂孔11的线装药密度。水下沟槽预裂控制爆破施工装药分为连续装药和间隔装药两种，对于沟槽开挖深度较大的中深孔爆破，采用间隔装药；开挖深度较浅的浅孔爆破，采用连续装药结构。水下钻孔爆破要求钻完一孔，完成一孔的装药。使用炸礁船钻孔施工，每次能够钻孔6～10孔，每完成一个船位的施工后，需检查已装药总药量和单段最大药量，避免超过控制爆破设计单段最大药量和一次起爆总药量。单孔需装药药量超过计算的单段最大药量时，利用分段装药，进行孔内微差，孔内药条与药条之间用堵塞物分开，使用粗砂装袋堵塞，上部药条为小段别药条，下部药条为大段别药条。

(5)连接起爆网络及检查

爆破网络连接：当钻好计划的孔数时，完成钻孔装药工作后，进行起爆网路连接，依据施工组织设计的起爆网络方案，使用适量的毫秒延期导爆管6，按顺序将所有装药孔内的毫秒延期导爆管6连接成复式起爆网路，并检查网络连接顺序和连接质量。经现场技术负责人检测认可后，等待使用电雷管起爆或起爆器引爆毫秒延期导爆管6的方法起爆。

(6)起爆及盲炮检查

完成钻孔装药和爆破网络连接，起爆组检查完起爆网路后，做好起爆前的准备工作。钻机船拉响警戒笛，移到安全位置，同时安排好爆破前的安全警戒工作，水上警戒组、陆上警戒组分别在各周边警戒点进行警戒，振动监测组做好监测准备，确认安全无安全隐患后，起爆组再次联系各个组确认一切准备就绪后，移船放炮。

起爆完成后，需检查判断是否有盲炮产生。观察起爆区域起爆声响、水花数量、区域及水花翻滚情况，结合回收、打捞起来的爆破网络残余毫秒延期导爆管6判断是否盲炮。如有盲炮出现，放炮5分钟后，方可由专人进入盲炮区域进行处理。

发现盲炮时，应封锁盲炮区域周边水域，无关人员及设备撤至安全区域，由爆破员、专业爆破技术人员进入盲炮区域处理。

爆破结束后，形成如图1所示的爆后理论断面轮廓线12，断面呈台阶状。

Claims (7)

1.一种水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)施工前期准备：根据沟槽或边坡尺寸、周边保留岩体性质、构筑物的距离及保护程度，在施工区域布设梅花形钻孔孔位，设计爆破网路，制定安全和环保应急预案，清理施工区域岩层上方覆盖层；

(2)测量定位：使用专用钻爆一体化炸礁船，选择使用GPS-RTK测量，参照《水运工程测量规范》，建立控制点网，通过架设基准站，在施工船舶上架设移动站，使用测量软件显示船型、钻机实时位置、设计钻孔位置；

(3)试爆：先在陆上选择地质近似区域模拟试爆，分析后确定水下试爆参数，水下试爆后，修正有关参数用于项目施工，试爆确定的主要参数有主爆孔、预裂孔、混合装药孔的孔距、排距、单孔装药量、最小抵抗线、装药结构、耦合系数；

(4)钻孔布置原则：按一定的孔距、排距布置各类炮孔，设计坡顶线布置预裂孔，设计边坡线布置混合装药孔，设计坡底线布置主爆孔；

(5)钻孔顺序：根据钻机船的参数，钻机船从沟槽中心向坡顶线依次钻主爆孔、混合装药孔、预裂孔或从沟槽一边坡顶线向另一边顶线边依次钻预裂孔、混合装药孔、主爆孔、混合装药孔、预裂孔；

(6)钻孔：钻机船测量定位后，使用Φ100mm的大孔径潜孔钻机在设计孔位上进行垂直钻孔作业；

(7)钻孔深度：岩层厚度+超深，满足沟槽预裂爆破成型的边坡放坡及平整度要求；

(8)火工品检测：钻完孔后，进行装药作业前需对雷管和炸药质量及装药数量进行检测核对；

(9)装药：主爆孔按常规水下爆破正常连续或间隔耦合装药，最外侧边线附近为预裂孔，采取不耦合装药，下部药量削减以保护坡壁，预裂孔与主爆孔之间布设混合装药孔，孔距、排距分为b、a，沟槽边坡坡度α，混合装药孔下部不耦合装药，线装药密度、不耦合系数和药卷直径均等同预裂孔，混合装药孔的上部耦合装药，中间以沙石袋堵塞间隔开下部的不耦合炸药柱，耦合炸药柱装药量以其准备爆破作用的孔段孔深和选定的炸药单耗确定，耦合炸药柱装药结构选择连续或不连续装药；

(10)爆破网络连接：当钻好计划的孔数时，完成钻孔装药工作后，进行起爆网路连接，依据施工组织设计的起爆网络方案，使用适量的毫秒延期导爆管，按顺序将所有装药孔内的毫秒延期导爆管连接成复式起爆网路，并检查网络连接顺序和连接质量，经现场技术负责人检测认可后，等待使用电雷管起爆或起爆器引爆毫秒延期导爆管的方法起爆；

(11)起爆及盲炮检查：完成钻孔装药和爆破网络连接，起爆组检查完起爆网路后，做好起爆前的准备工作，钻机船拉响警戒笛，移到安全位置，同时安排好爆破前的安全警戒工作，水上警戒组和陆上警戒组分别在各周边警戒点进行警戒，振动监测组做好监测准备，确认安全无安全隐患后，起爆组再次联系各个组确认一切准备就绪后，移船放炮，起爆完成后，需检查判断是否有盲炮产生，若有盲炮产生，需由专人处理。

2.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，沿沟槽断面依次布设有预裂孔-混合装药孔-主爆孔-混合装药孔-预裂孔，沟槽平面布孔为矩形布孔。

3.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，所述预裂孔、混合装药孔和主爆孔的孔深从边线向沟槽中心方向由浅向深逐渐加深呈阶梯状。

4.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，试爆时选取与水下沟槽相同或类似地质的陆上区域进行，同时往孔内注水，以模拟水下环境使用相同的爆破器材及网络连接。

5.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，混合装药孔布置于沟槽放坡区域，孔深随放坡方向走向呈台阶状变化，混合装药孔内采用不耦合装药与耦合装药在同一个孔内的混合装药方法，孔下部使用与预裂孔内相同的不耦合装药，孔上部使用耦合连续或间隔装药，中间使用砂石填塞间隔。

6.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，接线放炮时，先爆沟槽两边的预裂孔及混合装药孔的下半部分不耦合炸药柱炸药，形成台阶状预裂缝，然后在满足主爆孔的单段最大药量和单孔最大药量要求的情况下，先起爆主爆孔药柱，破碎沟槽中心区域岩层，起掏槽作用，最后混合装药孔的耦合炸药柱起爆，破碎混合装药孔区域岩层。

7.根据权利要求1所述的水下沟槽预裂爆破施工方法，其特征在于，所述预裂孔、不耦合炸药柱与耦合炸药柱及主爆孔之间爆破间隔大于等于75ms。