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)

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