浅析航道开挖工程中的爆破技术

　　摘要：本文针对具体实例，分析了在航道开挖中的爆破技术，供大家参考。
　　关键词：岛礁工程；航道开挖；水下聚能爆破；聚能弹
　　针对岛礁施工中航道开挖工程特点，实践表明，水下聚能爆破具有现场施工工艺简单，无需大型设备，爆破点灵活，一次爆破的范围大，航道成型见效快等特点。在航道开挖施工中，常常要进行水下岩石、礁石、障碍物的爆破清除，有效的措施就是钻孔爆破或裸露爆破。然而，水下钻孔爆破的作业环境比较复杂，其作业难度大、风险高、技术要求高。当水深较大，不易在水中钻孔，或钻孔作业机械不易到达施工现场时，采用裸露爆破是行之有效的措施。
　　1工程背景及施工方案
　　1.1概况
　　根据工程建设需要，拟开挖某渔业及交通工程深水航道，设计开挖深度-7.9m，地质为坚硬的珊瑚礁岩，岩性基本为硬而脆，普氏系数f=4～6，必须先进行破碎，挖泥船才能顺利开挖。由于施工环境特殊，风大浪高，施工难度大，无法进行钻孔爆破，因此采用了聚能弹水下裸露爆破技术进行礁岩破碎。
　　1.2总体施工方案
　　借鉴以往工程的成功经验，充分考虑本次航道宽而深的特点，采用多次水下聚能穿透，浅埋大药包联合作用微差挤压爆破开挖的技术方案。通过合理选定微差爆破技术参数，如期保质保量完成该航道的开挖任务。具体为：
　　1.2.1在航道开挖范围的水下礁石表面布置聚能穿透弹，利用其聚能穿透裂缝和在聚能弹间形成贯穿裂缝，将整体礁石破碎成块体，并在礁石表面形成一定数目的爆破漏斗。
　　1.2.2在聚能穿透的区域，布置挤压药包，将聚能穿透破碎后互相镶嵌的礁石大块进一步破碎，以满足清运的要求。
　　1.2.3整体上，沿航道开挖深度分4次穿透爆破破碎即可满足航道成形之目的，爆破深度2～2.5m。药包采用矩形平面布置。采用这种分次穿透爆破破碎的方法，铲斗挖泥船进行礁石清理，最终安全、快捷、高效地完成水下航道开挖任务。
　　2聚能爆破的设计
　　2.1概念与原理
　　将药包直接放置在岩石表面的爆破方法称为裸露爆破，常用于孤石破碎、水下清障、水下炸礁等工程。水下爆破炸礁工程中，为了克服裸露爆破炸药能量利用率低的不足，利用爆轰产物运动的方向具有与表面垂直或大体垂直这一基本规律将药包制成特殊形状（如半球形空穴、锥形空穴等），爆炸时，靠空穴闭合产生冲击、高压、碰撞、高密度、高速运动的气体流或金属流，使爆轰产物积聚，能量密度提高，充分发挥炸药爆炸的聚能特性，以提高裸露爆破的破岩石能力。通常将这种特殊形状的药包称作聚能弹，采用聚能弹穿透破碎岩石的爆破称作聚能爆破。
　　2.2聚能弹的主要参数
　　2.2.1炸药
　　炸药的爆炸威力对聚能装药的爆破破碎效果有很大的影响。影响穿透和破碎威力的主要因素是爆压。随着爆压的增加，穿透深度和破碎容积都增加。爆速高的炸药爆压也高。因此，应保证一定的装药密度；同时，由于爆速与炸药的组成和配比有关，组分的爆速愈高，配比越大，混合炸药的爆速就愈高，应选择合适的炸药组分及其配比，以保证稳定的较高爆轰速度。聚能弹炸药采用特制乳化炸药，爆速6500m/s以上，炸药密度1.25～1.30g/cm3，单个药包重量控制在8～20kg范围内，并在工厂内将聚能弹装填完毕。水下爆破破碎岩体，药包位于需要爆破岩体的上方，考虑实际水下爆破施工的操作便利，采用圆柱形。聚能穴处于药包与岩石接触的界面位置，使聚能流射至需要爆破的岩石。
　　2.2.2聚能罩材质、厚度和形状
　　聚能罩的作用是把炸药的爆炸能转化为罩体材料的射流动能，从而提高其穿透和切割能力。聚能罩的材料必须满足可压缩性小、密度高，塑性和延展性好，在形成射流过程中不汽化的要求。采用不同材质的聚能罩的穿孔效果不一样，通常采用生铁、钢、铝等普通金属材料，厚度一般为1～3mm。
　　聚能罩的剖面形状有圆锥形、半球形、半椭圆形、抛物线形、双曲线形和喇叭形等多种形状，常用的有圆锥形和半球形聚能罩。聚能罩对聚能药包的聚能效果有很大的影响。铝材加工比较方便，且成本低，此次采用硬铝作为聚能罩材料。聚能罩的厚度为2.0mm。
　　与圆锥形相比，半球形聚能罩穿孔的孔径比较大，在破碎岩石时，其破碎范围会稍大，对于破碎中等强度的介质，使用半球形聚能罩效果较好，且铝质半球形加工比较方便，因此选择半球形聚能罩（见图1）。
　　图1聚能罩零件图
　　
　　2.2.3药包约束（外壳）
　　药包约束（外壳）在没有隔板的情况下，增强药包的径向约束，对提高聚能装药爆破效果非常有利，有利于爆炸能量的充分利用。径向约束必须考虑如下因素：控制药包结构的密度必须接近1.5，以利于药包水中就位；加工方便；必要的强度和刚度。目前采用较多的外壳材料有钢、铝、铁板、混凝土、竹筒、PVC管等。本工程中采用了混凝土制圆筒配重，并作为药包的径向约束。为了尽可能降低带有配重后的聚能药包的重心，设计将配重高度略低于药面高度。
　　2.2.4隔板
　　隔板的作用是改变爆轰波的传播路线，从而控制爆轰波到达聚能罩的时间。因而在一定条件下，隔板能提高聚能装药的穿透作用。同时，隔板的作用大小与药包外壳有一定关系，研究和试验发现在有外壳约束的条件下，增加隔板有时起不到增强爆破穿孔效果的作用。
　　2.3不同规格聚能弹设计
　　针对此项工程的特点和要求，对聚能弹的装药、材质、工艺等基本参数作进一步研究，考虑爆区距离周围建筑物远近的不同，设计出8kg、12kg、16kg和20kg四种规格的聚能弹（见表1）。其中爆区距离在500m以内，选择8kg或12kg，距离500～1000m时选择12kg或16kg，距离在1000m以外的选择20kg。
　　
　　
　　表1聚能药包参数表
　　
　　3聚能爆破施工方法
　　3.1施工工艺
　　现场主要施工工艺为：现场爆破试验→测量定位→水下布药→连线→引爆、聚能穿透→检查→局部挤压破碎→清挖。
　　3.1.1现场爆破试验
　　爆破试验是提高聚能爆破效果的重要环节，通过爆破试验，测定单药包爆破漏斗尺寸，合理选定布药参数，控制爆破规模。如20kg聚能弹爆破漏斗深度为2～2.2m，直径为2～2.5m，则爆破破碎深度按2m考虑，布药排距为2.0m，间距为2.5m。
　　3.1.2水下布药、连线由潜水作业人员进行水下布药和连线，并检查药包与礁岩的接触，确保药包位置准确，接触良好。群药包在沿开挖礁石长度和宽度方向的布置，视现场需要爆破礁石的实际情况和施工作业的方便进行调整。对于可能出现的局部礁石突体，可以采用单个药包或数个药包进行爆破。根据现场试验结果，聚能弹采用梅花型交错布置。
　　3.1.3起爆网络
　　为确保水下所有装药的安全准确，采用电雷管—导爆索起爆—导爆管雷管起爆网路，即：将引爆聚能弹的非电雷管脚线绑扎到导爆索上形成起爆网络，再将电雷管绑扎到导爆索的一端，用高能起爆器起爆，采用簇连方式引爆药包。
　　在工程中使用GHD-1型非电毫秒导爆管防水雷管，其脚线长度可根据需要特制加工，4～5m可以满足工程需要。该产品性能可靠，在浸水试验中，水深20m，浸水8h性能不变，在不采取任何措施的情况下，海水中浸泡8h仍能完全可靠地起爆所用的乳化炸药。
　　3.2爆破效果描述
　　按方案进行施工后，每层爆破都基本达到预期深度，礁石破碎效果可以满足挖泥船开挖，经过4层布药爆破和分层清礁后，航道成型规整，达到设计要求。
　　4结语
　　4.1现场施工工艺简单，无需大型设备，爆破点灵活，一次爆破的范围大，航道成型见效快，克服了远洋岛礁水下炸礁的难题，工程质量和工期有可靠的保障，达到了预期的效
　　果。
　　4.2聚能弹设计采用炸药的品种类型、聚能罩的材质、尺寸等参数是水下聚能爆破的关键技术。本工程采用的特制乳化炸药及铝质聚能罩可以满足工程要求。
　　参考文献：
　　[1]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2003.
　　[2]张风元.深水聚能装药爆破挖基技术[J].爆破，1994（2）：54-56.
　　[3]何广沂.聚能爆破[J].爆炸与冲击，1982（3）：27-35.

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