CN116481392A - 一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程爆破技术领域，本发明提供的一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，应用于某跨海大桥桥墩基础水下基坑的施工中，施工的础采用嵌入式钢沉井结构，本方法主要包括：S1、爆破区域划分；S2、区域一的水下常规爆破；S3、区域二的水下消聚能爆破；S4、清渣，进行断面测量验收四个步骤，本发明提出的“分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破”的开挖方案，可减小爆破对基底及中心留台岩石的损伤，保证基坑开挖轮廓的平整度，提高嵌入式沉井基坑成型的完整度。

Description

一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，具体而言，涉及一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法。

背景技术

水下钻孔爆破是应用较为广泛的一种爆破作业方式，广泛运用于港口工程建设、航道疏浚、水下建(构)筑物的拆除及清障等。

如今，跨海桥梁工程建设快速发展，水下桥墩基坑开挖工程量逐渐增多。传统的水下基坑开挖方式主要是通过围堰隔离排水后，利用专门的机械设备直接进行水下开挖作业，必要时还会涉及到爆破工作。此方法排水后的开挖技术简单，但施工总成本高，工期长；特别是对于深水条件下嵌入式沉井桥墩基坑的开挖施工，其围堰施工难度大，安全风险高。

目前，水下钻孔爆破方法多用于水下礁石开挖，无法满足深水基坑精细爆破开挖成型及基岩保护的要求，因此，为了弥补以上不足，急需本领域技术人员设计研发处一种新的钻孔爆破开挖方法来攻克深水环境下嵌入式沉井基坑的施工难题，以提高施工效率，减小基底爆破损伤，保证嵌入式沉井基坑开挖成型与基底保护。

发明内容

为弥补上述不足，本发明提供一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，以解决背景技术中所提出的相关技术问题。

本发明是这样实现的：

一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，包括嵌入式沉井基坑，所述嵌入式沉井基坑的中部为圆柱形的中心留台，其基底呈环形沟槽结构，基底的底板为沉井持力层，所述沟槽的外边坡向外侧倾斜；

本方法采取分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破，主要包括以下几个步骤：

S1、爆破区域划分，

根据岩层标高和区域分布，将基坑爆破开挖总体划分为区域一和区域二，区域一的爆破施工范围是从原海床基岩面一次爆破至中心留台标高或以下位置；区域二的爆破施工范围是从区域一爆破后的标高岩层爆破至基底标高岩层；

S2、区域一的水下常规爆破，

区域一爆破开挖前，先从原海床基岩面地形标高较低处开始打开爆破缺口形成拉槽沟，增加侧向自由面；钻爆开挖方向由拉槽沟逐步向前侧及两侧扩大推进，直至区域一圆形基坑爆破完成，区域一的爆破施工、清渣工作完成后，进行区域二的消聚能爆破开挖；

S3、区域二的水下消聚能爆破，

区域二内所有炮孔均采用孔底消聚能爆破方法，以保护基底底板，靠近中心留台外侧壁区域采用预裂爆破方法，沿中心留台轮廓线布设单排竖向预裂孔，采用不耦合装药结构，以减小中心留台外侧壁的爆破损伤，保证留台外轮廓面的平整度；

S4、清渣，进行断面测量验收。

进一步的，所述步骤S3中，区域二爆破前，先将区域一的拉槽沟加深至基底底板标高处，增加临空面，沿环向两侧依次爆破推进，直至基坑区域二爆破开挖完成。

进一步的，所述分层分区多次爆破的单次循环的操作方法，步骤如下：

步骤一、布孔：对水下爆破开挖区域基岩面进行定位测量，根据地形、岩石特性及钻机能力等因素，合理布设各区域的孔网参数，设计炮孔布置图，炮孔采用垂直式梅花形布孔形式；

步骤二、炸礁船抛锚定位：施工前，将基坑爆破区的施工坐标导入施工定位系统，炸礁船依据电脑显示进行定位。采用船艏艉方向和潮流方向一致的方式布置炸礁船，炸礁船前后各两个锚抛成交叉八字形，锚缆入海长度根据海床面抓锚能力适当调整，航道侧采用沉链式，船只移动靠绞缆完成；

步骤三、钻孔：钻孔采用全液压航道潜孔钻，钻头在导向管内旋转通过压缩空气做功进行冲击钻孔，待炸礁船定位后，钻机在轨道上移动至设计孔位，然后根据水流情况下放特制导向管，放至水底后钻机适当进行位置调整，从顶部使用重锤冲击，加强导向管下口与海床岩面嵌固，以减少孔口位置偏差；

步骤四、装药、堵塞、联网、起爆：每个炮孔钻完检验合格后提起钻杆，沿导向管将加工制作好的药柱及起爆体装入炮孔内，确定炸药装入炮孔内后提起导向管，待装药完成后，将数码电子雷管连接在起爆主线上，待船移至安全位置后，操作起爆器充电起爆；

步骤五、清渣，进行断面测量验收。

进一步的，所述步骤二中，海岸侧使用海军锚固定，航道侧使用重力锚进行系泊，缆绳出绳角度与船中心线呈一定锐角夹角设置。

进一步的，所述步骤四中，炮孔的堵塞长度不小于零点八米，堵塞材料包括粗砂和粒径不大于二十毫米的碎石。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出的“分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破”的开挖方案，可减小爆破对基底及中心留台岩石的损伤，保证基坑开挖轮廓的平整度，提高嵌入式沉井基坑成型的完整度。

(2)本发明经济效益高，相对于传统的围堰隔离排水开挖法，本发明无需围堰更加安全高效，可大大缩短工期，节约施工成本，且可适用于深水作业，其适用方位更广。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的开挖方法流程示意图；

图2为本发明的整体立面分区示意图；

图3为区域一开挖顺序示意图；

图4为区域二开挖顺序示意图；

图5为炸礁船抛锚定位示意图；

图6为单次爆破开挖循环作业流程图。

附图标记说明：1、嵌入式沉井基坑；2、中心留台；3、区域一；4、原海床基岩面；5、区域二；6、拉槽沟；7、炸礁船；8、海军锚；9、重力锚。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

具体如图1-6所示，提供了一种深水嵌入式沉井基坑1钻孔爆破开挖方法，应用于某跨海大桥桥墩基础水下基坑的施工中，施工的础采用嵌入式钢沉井结构，该深水嵌入式沉井基坑1(略称：基坑)的平面为圆环形，其基底的环形沟槽外径为62m，设计底标高-33m(海平面标高为0m)，沟槽外边坡坡度比为1：0.75；

其中部的中心留台2高8m，直径30m，外表面轮廓为直坡，中心留台2的台顶标高-25m，基底设计平整度为±30cm，基坑-33m标高的基底底板为沉井的持力层，因此需保证底板岩层有一定的承载强度，故采用本方法提出的深水嵌入式沉井基坑1钻孔爆破开挖方法进行开挖施工。

具体如图1所示，本方法采取“分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破”的总体施工方案，主要包括：(1)、爆破区域划分；(2)、区域一3的爆破施工；(3)、区域二5的消聚能爆破；(4)、清渣，进行断面测量验收四个步骤，分区段爆破完成后进行交叉平行区段清渣；

(1)、爆破区域划分：

根据岩层标高和区域分布，将基坑爆破开挖总体划分为两个区域：

区域一3，其爆破范围是从原海床基岩面4一次爆破至-29m标高或中心留台2的-25m标高处，开挖深度约4.0～13.0m；

区域二5，其爆破范围是从-29m标高岩层爆破至-33m标高岩层，开挖深度为4m；

(2)、区域一3的水下常规爆破：

区域一3爆破开挖前，先从原海床基岩面4地形标高较低处开始打开爆破缺口，形成6m宽的拉槽沟6，以增加侧向自由面；钻爆开挖方向由拉槽沟6逐步向前侧及两侧扩大推进，直至区域一3的圆形或圆环形基坑爆破完成，待区域一3爆破、清渣工作完成后，可进行区域二5的消聚能爆破开挖；

(3)、区域二5的水下消聚能爆破：

该区域所有炮孔均采用孔底消聚能爆破技术，以保护基底底板，靠近中心留台2外侧壁的爆破区域均采用预裂爆破技术，沿中心留台2轮廓线布设单排竖向预裂孔，采用不耦合装药结构，以减小中心留台2外侧壁的爆破损伤，保证中心留台2外轮廓面的平整度。

为了增加临空面，区域二5爆破前，先将区域一3的拉槽沟6加深至-33m底标高处，沿环向两侧依次爆破推进，直至基坑的区域二5爆破开挖完成。

具体如图5所示，采用上述的“分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破”的总体施工方案的单次循环作业步骤如下：

1、布孔：

对水下爆破开挖区域基岩面进行定位测量，根据地形、岩石特性及钻机能力等因素，合理布设各区域的孔网参数，设计炮孔布置图，炮孔采用垂直式梅花形布孔形式；

2、炸礁船7抛锚定位：

施工前，将基坑爆区的施工坐标导入中海达施工定位系统，炸礁船7依据电脑显示进行定位，采用船艏、艉方向和潮流方向一致的方式布置炸礁船7，炸礁船7前后各两个锚抛成交叉八字形，海岸侧使用两个3吨的海军锚8固定，航道侧使用两个40吨的重力锚9进行系泊，锚缆入海长度均为150m，缆绳出绳角度与船中心线呈45°，锚缆入海长度根据海床面抓锚能力可进行适当的调整，航道侧采用沉链式，船只移动靠绞缆完成；

3、钻孔：

钻孔采用全液压航道潜孔钻，钻头在导向管内旋转通过压缩空气做功进行冲击钻孔。待炸礁船7定位后，钻机在轨道上移动至设计孔位，然后根据水流情况下放特制导向管，放至水底后钻机适当进行位置调整，从顶部使用重锤冲击，加强导向管下口与海床岩面嵌固，以减少孔口位置偏差；

4、装药、堵塞、联网、起爆：

每个炮孔钻完检验合格后提起钻杆，沿导向管将加工制作好的药柱及起爆体装入炮孔内，确定炸药装入炮孔内后提起导向管；

炮孔的堵塞长度不小于0.8m，且堵塞材料以粗砂和粒径不大于20mm的碎石为主，待装药完成后，将数码电子雷管连接在起爆主线上，待炸礁船7移至安全位置后，操作起爆器充电起爆；

5、清渣，进行断面测量验收。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (5)

1.一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，其特征在于，包括嵌入式沉井基坑，所述嵌入式沉井基坑的中部为圆柱形的中心留台，其基底呈环形沟槽结构，基底的底板为沉井持力层，所述沟槽的外边坡向外侧倾斜；

本方法采取分层分区多次爆破，基底消聚能控制爆破，主要包括以下几个步骤：

S1、爆破区域划分，

根据岩层标高和区域分布，将基坑爆破开挖总体划分为区域一和区域二，区域一的爆破施工范围是从原海床基岩面一次爆破至中心留台标高或以下位置；区域二的爆破施工范围是从区域一爆破后的标高岩层爆破至基底标高岩层；

S2、区域一的水下常规爆破，

区域一爆破开挖前，先从原海床基岩面地形标高较低处开始打开爆破缺口形成拉槽沟，增加侧向自由面；钻爆开挖方向由拉槽沟逐步向前侧及两侧扩大推进，直至区域一圆形基坑爆破完成，区域一的爆破施工、清渣工作完成后，进行区域二的消聚能爆破开挖；

S3、区域二的水下消聚能爆破，

区域二内所有炮孔均采用孔底消聚能爆破方法，以保护基底底板，靠近中心留台外侧壁区域采用预裂爆破方法，沿中心留台轮廓线布设单排竖向预裂孔，采用不耦合装药结构，以减小中心留台外侧壁的爆破损伤，保证留台外轮廓面的平整度；

S4、清渣，进行断面测量验收。

2.根据权利要求1所述的一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，其特征在于，所述步骤S3中，区域二爆破前，先将区域一的拉槽沟加深至基底底板标高处，增加临空面，沿环向两侧依次爆破推进，直至基坑区域二爆破开挖完成。

3.根据权利要求1所述的一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，其特征在于，所述分层分区多次爆破的单次循环的操作方法，步骤如下：

步骤一、布孔：对水下爆破开挖区域基岩面进行定位测量，根据地形、岩石特性及钻机能力等因素，合理布设各区域的孔网参数，设计炮孔布置图，炮孔采用垂直式梅花形布孔形式；

步骤二、炸礁船抛锚定位：施工前，将基坑爆破区的施工坐标导入施工定位系统，炸礁船依据电脑显示进行定位。采用船艏艉方向和潮流方向一致的方式布置炸礁船，炸礁船前后各两个锚抛成交叉八字形，锚缆入海长度根据海床面抓锚能力适当调整，航道侧采用沉链式，船只移动靠绞缆完成；

步骤三、钻孔：钻孔采用全液压航道潜孔钻，钻头在导向管内旋转通过压缩空气做功进行冲击钻孔，待炸礁船定位后，钻机在轨道上移动至设计孔位，然后根据水流情况下放特制导向管，放至水底后钻机适当进行位置调整，从顶部使用重锤冲击，加强导向管下口与海床岩面嵌固，以减少孔口位置偏差；

步骤四、装药、堵塞、联网、起爆：每个炮孔钻完检验合格后提起钻杆，沿导向管将加工制作好的药柱及起爆体装入炮孔内，确定炸药装入炮孔内后提起导向管，待装药完成后，将数码电子雷管连接在起爆主线上，待船移至安全位置后，操作起爆器充电起爆；

步骤五、清渣，进行断面测量验收。

4.根据权利要求3所述的一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，其特征在于，所述步骤二中，海岸侧使用两个海军锚固定，航道侧使用两个重力锚进行系泊，缆绳出绳角度与船中心线呈一定锐角夹角设置。

5.根据权利要求3所述的一种深水嵌入式沉井基坑钻孔爆破开挖方法，其特征在于，所述步骤四中，炮孔的堵塞长度不小于零点八米，堵塞材料包括粗砂和粒径不大于二十毫米的碎石。