福建沿海水下钻爆工艺研究
赵凯
摘 要：我国东南沿海一带新建航道、航道改造升级工程增多，航道等级越来越高，规模也越来越大。无论是新建航道，还是航道拓宽加深，都将遇到水下炸礁工程。本文从施工部署、钻孔及装药等方面，对福建沿海一带的钻爆技术进行了初步探讨。
关键词：福建沿海地区 航道等级 水下钻爆
随着我国经济发展，福建沿海一带新建航道逐渐增多，不少原有航道因适应不了新形势发展的需要，也在不断进行拓宽、增深，提高原航道等级。因航道深度不断增加，因此在进港段不可避免的要遇到水下基岩突出部分，必须要用到水下钻爆技术将基岩进行爆破后开挖运走，来满足工程需要。
福建沿海炸礁的不同之处
首先是潮差相对较高。福建沿海区域属于半日潮，大部分港口为强潮海湾。以泉州湾石湖港为例，该区域为正规半日潮，当地最高潮位为7.86m，最低潮位为0.19m，最大潮差达7.67m，多年平均高潮位为5.96m。如此高的潮差给施工带来较多困难，比如说涨落潮时流速增大，高潮时水深变深等。
第二是受干扰因素较多。福建沿海位于我国东南，每年6～9月台风较多，10月份以后，逐渐进入季风季节。该区域季风为强东北风，风力最高可达10级以上。季风季节时，海面上涌浪较大，浪高可达3m以上。
第三是地质条件复杂。近年来的航道工程多是在原航道上进行升级，拓宽、加深以提高航道等级。这样的话，钻爆施工会遇到以前施工造成的破碎带，水底基岩已经不是一个完整的整体，给钻孔带来困难。并且某些地方存在着基岩断层现象，也是给钻孔工作带来不利影响。
自然条件的恶劣是无法改造的，我们在施工中只能用改进工艺、改进工具的方法，来适应它，以达到我们的目的。
合理规划施工顺序的重要性
一个工程，往往分为好几个施工区或炸礁区。在钻爆开工之前，一定要仔细研究设计图纸、地勘报告、历年潮位表、当地气象水文资料等，多走访当地港口部门、有经验的渔民，准确了解到该地区的潮位规律、台风季风规律、海面波浪规律等，对整体钻爆的施工部署有极大的帮助。原则上，要把风浪条件最为不利的区域放在施工条件最好的时段来进行施工；把风浪条件较好的区域放在施工条件不好的时段来进行。这样才能保证整体施工效率，确保施工进度，否则到了台风季风季节，风浪条件变得恶劣，整个现场将无法施工，面临停工的困境。
以泉州湾深水航道工程为例，该工程共有15块礁石需要钻爆炸除。该地区季风为东北风，在施工部署的时候，便充分考虑施工区附近的小坠岛，在季风季节有一定的防风阻浪效果（见下图），因此在施工布置的时候，将3#、6#、7#、9#礁作为最不利位置，将8#和10#作为最有利位置，总体进行平行施工。风浪条件最好的时段，施工3#、6#、7#、9#礁，风浪条件不好时施工8#、10#礁。
需要注意的是，施工部署定下的施工顺序只是一个大的原则上的范畴，在施工中，往往会因为一些具体的原因作出调整，调整时也应把握住有利施工的原则，尽量做到全面考虑。
施工工艺的改进
施工工艺不是一成不变的，不同地区往往采取不同的工艺，这取决于每个工程的实际情况、地理环境、气象水文因素等多方面综合原因。为适应福建沿海地区的水下钻爆工程，需要满足以下条件。
1、钻孔工艺
为适应高潮差下钻孔需要，必须采用双层钻孔平台，一般多是采用高钻架加单套管的钻孔工艺。钻爆平台的设计要注意，要能在涨落潮水位变化的时候（一般潮差涨落速度为0.01～0.015m/min），适应潮位进行钻孔。
因福建沿海地区花岗岩分布较广，非常坚硬，钻机应选用液压高风压钻机以提高钻孔速度。高风压钻机速度在0.2～0.125m/min左右，一个6米深的钻孔需要钻30～48分钟左右，考虑到准备时间、装药时间及其他等待时间，一个钻孔完成的时间大概在80分钟左右，此段时间的潮差最大可达1.2m，在施工中则需要随时关注水位情况，保证孔底标高。
由于沿海区域的无遮挡海面上，大部分时间波高都在1.0m～1.5m以上，钻孔时钻爆船的定位至关重要，如定位不稳则易出现危险情况，轻则钻杆被拉弯、钻头丢失，重则出现险情。泉州湾深水航道施工时，高潮时水位最深达20m，就是说钻杆和钢套管的长度都超过了20m，遇有紧急情况时，要想将钻杆和钢套管全部取出的时间较长。经过研究改造，可采取在钻机顶部增加液压牵引机的方式，加大套管及钻杆的牵引力；同时可以在平台中增强钢套管的保护装置，以抵抗波浪的冲击。
2、装药连线工艺
成孔后，药包顺着套管往孔里装的时候，如果遇到潮流冲击，套管稍有偏移，柔软的药包便无法入孔。可以采取以下办法解决：
选用优质、具有良好强度和韧性的PVC管，药包按照计算长度加工好以后装进PVC管内做成一个整体，前端做成楔状，这样可以大大减小装药的时间和难度，提高装药成功率；同时也可以保证药柱的整体性，增强爆破效果。
一般来说，钻孔装药一定数量后再进行移船放炮，一次爆破最大药量是根据经验公式及修正系数得到的。每钻完一个孔并检验合格后，就要将炸药装进孔内，同时将导爆线集中收并，最后再连线进行爆破。随着钻爆船不断移位、钻孔，导爆线也不断的放长，不能受力，否则将导致导爆线或导爆管受损拒爆。为保护导爆线，应用强度较高的尼龙绳将导爆线保护起来，无论是水流冲力还是人工的拉力，都作用在尼龙绳上，导爆线始终处于不受力状态。福建沿海地区涨落潮时形成的流速通常达到2～3m/s，必须要做好保护措施，防止水流的强大冲击力拉断或拉伤导爆线。随着钻孔不断增加，导爆管数量、长度也不断增加，潮流过大时，可以将已装药的导爆线集中包扎好，系上浮标放入水中，浮标用尼龙绳套紧后，预留足够长度系在钻爆船上。钻爆过程中应随时将连接浮标的尼龙绳收紧或放松。
钻爆过程中，在施工区域两端均应设置警戒船，以防止有渔船或其他小型船舶突然闯入施工区，挂断炮线引起事故。
3、不良地质影响
一般来说，原始礁石因未经施工扰动，在进行钻孔时最为有利。实际施工中，经常遇到较破碎的岩层，或者工程本身就是在原航道基础上进行加深、拓宽施工，礁石在原航道建设时已经被钻爆过，整体性较差，这种情况下钻孔就变得比较困难。钻孔时经常会遇到卡钻现象，或是一个钻孔完成，钻杆一提出就出现塌孔现象，钻孔被破碎的岩石填满，无法装药。
针对这种情况，一般来说首先要探清水下基岩的大致情况，才能制定出相应对策：①首先应进行一次全面水下测量，然后用抓斗挖泥船进行一次全面开挖，将面层上的碎石或是松动岩石清挖干净。清挖时如果遇到明显松动却无法开挖的松动岩石要在图中标记，另作处理。清挖后再进行一次水下测量，将两次测量图纸进行对比，根据清挖中的记录分析破碎带分布情况。②钻孔前，应抽出一定的时间，用钻爆船上的钻机将整个礁石探摸一遍（为节约时间，可不放钢套管），确定整个区域的岩石完整情况，记录下破碎层大致的深度，判断可以成孔的深度。③根据探摸情况，进行布孔设计，尽量避开破碎区域；实际施工中，如无法成孔，可以将钻孔位置进行左右稍微偏移（50cm左右），并做好记录。④改进钢套管及钻杆的连接方式。一般钻爆时，钢套管末端停留在基岩表面，钻头持续钻进成孔，如遇到破碎层影响，钻头提出时，钻孔往往又被填满；可以通过改进钢套管的末端尺寸及形状，使之随着钻杆一起深入孔内，相当于为钻孔增加一个钢护筒，有效阻止塌孔现象。此种方法钻孔时间相对要增加一半左右，但能解决无法成孔现象。⑤如某区域卡钻现象特别严重，可以选用偏心钻头进行钻孔。偏心钻头施工效率相对低一点，成孔时间约比普通钻头多出一半左右，但能大幅度提高成孔率。⑥如遇到大型松动孤石，无法开挖也无法钻爆时，可利用挖泥船开挖时的坐标记录，找到其精确位置，有条件的话用潜水员将加工好的药包放到孤石底部，进行裸爆处理，效果最佳；如不能用潜水员下水，用其他办法将药包放到孤石四周（比如挖泥船的抓斗）进行裸爆，此种方法必须经过论证，采取必要措施来满足安全的前提下才可进行。
结语
海上钻爆施工与内河相比，施工条件要恶劣得多，所遇到的情况也更为复杂。本文只是列举出部分在实际施工中遇到的问题及常用解决办法，在实际施工中，往往会遇到更多各种各样的难题，需要根据实际情况，进行分析研究，确定出最佳的施工方法来解决难题。
参考文献：
[1] GB672286，爆破安全规程，
[2] 杨文渊.工程爆破常用数据手册.人民交通出版社.2002.
[3] 交通运输部.水运工程质量检验标准.人民交通出版社.2008
（作者单位：长江重庆航道工程局）
