摘 要：本方案主要探讨如何保护一期工程中已建好建筑物，方案主要立足点是在进行水下炸礁施工时，根据施工现场的实际情况，利用预裂爆破原理，找出常规爆破区与控制爆破区及安全距离后，利用控制单孔药量的方法，对水下一般爆破进行控制，最终达到有效保护已有建筑物的效果。
关键词：安全距离 单孔药量 预裂爆破 水下控制爆破
1.工程概述
1.1 施工区域地理位置
以华能海门电厂中转煤码头港池及航道疏浚项目为例讲述水下控制爆破的一般工艺，本项目位于汕头市海门镇洪桐村，施工区域主要工艺为水下炸礁，其区域三面都有已建好的构（建）筑物，而且距离较近，离综合码头前沿线只有38m，离南防波堤只有28.2m，离煤码头为60m。
1.2 工程地质
1.2.1 综合地质情况说明
经钻孔揭露，场区内地层自上而下为：淤泥、淤泥混砂、粉细砂、粗砾砂、粉质粘土、中粗砂，局部孔中见有少量淤泥质土、粘土混砂或砂混粘土及泥炭土透镜体夹层；所见下伏基岩均为花岗岩，已遭受不同程度风化作用。根据现有勘察资料，本工程区域基岩面埋藏标高在-11.69～-29.55m之间，基岩起伏较大。
根据本工程一期施工区域施工经验可知，从-14.0m至-19.0m标高范围内，泥层中夹有大量孤石，而本工程设计底标高均穿越所示泥层，因此需要采取水下爆破施工工艺，方可以解决开挖问题。
式中Q—— 一次起爆的炸药量kg，微差起爆时取最大一段的装药量；
R——爆破点与被保护建（构）筑物的安全距离m；
V——允许爆破地震安全速度，根据不同的保护对象分别选取cm/s；
K——与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，按坚硬岩石和中等硬度岩石分界点取K=150， =1.5。
距离最近的保护对象南防波堤，R=28.2m，允许爆破地震速度V取5.0cm/s
2.2 利用预裂爆破原理，找出常规爆破区与控制爆破区
2.2.1预裂爆破的基本原理
沿开挖边界508米长布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓的爆破作业。
预裂爆破的优点：在保留区与主爆区之间提前形成预裂缝，阻断地震波；减小主爆区对保留区（码头、防波堤等构筑物）的振动影响。
2.2.2爆破施工设备选用
拟选用已在本工程一期工程服务的液压自升平台式炸礁船（该船型长32m、型宽26m、型深2.6m，吃水1.3m，排水量800t，4条液压升降支腿各长36m）； 该炸礁船中部有个长22m、宽10m的矩形钻井，形成220m3的工作面。
2.2.3钻爆参数选取
①常规爆破时炸礁船钻爆参数选取。
根据单孔用药量，采用井字形布置钻孔：
装药量Q值（公式2-2）的计算：
Q=q。×b×a×H。 （2-2）
式中：Q为炮孔装药量（kg）；
q。为水下爆破单位炸药消耗量（kg/m3），系经验值，根据本工程地质及水文条件并结合工程实践经验，q。取值2.2 kg/m3；
a为炮孔间距（m）；b为炮孔排距（m）；H。为设计开挖岩石厚度，包括计算超深值（m）。
根据上述公式，本方案所取数值如下：
孔距a ：取a=2.5m。
孔径d ：采用冲击回转钻进方法，球齿钎头外径105mm，孔径d=100～110mm。
排距b ：根据本爆破区的土质特点等，排距取b=2.5m。
超钻深度Δh：取1.5m。
药柱直径D ：本工程使用的药柱为塑料筒装防水型高效乳化炸药，药柱直径D=80mm。
根据难挖区域土质特性，本松动爆破单位用药量预计为1.1 kg/m3。
②采取预裂爆破工艺时钻爆参数的选定。
预裂爆破的经验公式都是在大量现场应用数据基础上结合理论归类推演出来的，有效地指导预裂爆破前的试验工作。对于具体的工程来说，影响爆破质量的因素较多，因此，本次控制爆破在选取爆破参数时，除参考已有经验数据外，还结合前期炸礁施工总结出的已有经验，并进行3次试验、调整。在预裂爆破装药量的计算中，我部采用了中科院院士爆破专家刘教授推荐的经验公式（2-3）：
起爆网络采用非电起爆网络，每个起爆体内装两发并联的导爆雷管，孔外采用电雷管起爆。一次起爆炮孔数根据一次允许起爆最大药量和起爆能力大小而定，用交流电源起爆电雷管时，应保证流经每发电雷管的电流强度应不小于4.0A；用直流电源或起爆器起爆电雷管时，流经每发电雷管的电流强度应不小于2.5A。
起爆网络联接完成后，移船至安全范围外，按规定的安全距离警戒，并发出放炮信号，确认船舶、水中人员都在危险区以外后才能起爆。
2.5爆破工艺流程
施工采用水下钻孔爆破施工方法，具体施工工艺流程如下：炸礁船移船定位、钻孔、装药、网路联接、移船起爆。2.6 根据本工程的实际施工情况及最大单孔药量的控制，对施工区域进行划分
①预裂减震爆破区：沿开挖边界布置预裂孔；提前在起爆点与构筑物之间形成预裂缝，阻断起爆点爆破地震波传播路径；②单孔分段爆破区：距离南防波堤28.2-36m采用单孔爆破；③二孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线36-40m采用2孔为一段爆破；④三孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线40-50m采用3孔为一段爆破；⑤五孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线50-80m采用5孔为一段爆破；⑥常规爆破区：距离南防波堤及码头前沿线80m以上采用常规爆破。 2.7 主爆区控制爆破施工措施
2.7.2各施工区域控制爆破参数的确定
①单孔爆破区参数确定。每排为10个孔布设，每船位为12排布设，孔距a ：取a=1m。排距b ：根据本爆破区的岩石性质等，排距取b=1m。超钻深度Δh：取1.5m。按最大孔深10m，炸药单耗为2.2kg/ m3计算（下面所有取值一样，不再重复）；最大单响装药量计算公式（2-2）为：Q=q·a·b·H（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m=22kg）根据地震波公式安全距离28.2m可用最大药量24.92kg>22kg完全满足要求。
②二孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量；Q=q·a·b·H×2（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×2孔=44kg）根据地震波公式安全距离36m可用最大药量51.84kg>44kg完全满足要求。
③三孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量：Q=q·a·b·H×3（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×3孔=66kg）根据地震波公式安全距离40m可用最大药量71.11kg>66kg完全满足要求。
④五孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量：Q=q·a·b·H×5（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×5孔=110kg）根据地震波公式安全距离50m可用最大药量138.89kg>110kg完全满足要求。
⑤常规爆破区参数确定。每排为5个孔布设，每船位为9排布设；孔距a ：取a=2m。排距b ：根据本爆破区的岩石性质等，排距取b=2.5m。超钻深度Δh：取2.5m。按最大孔深10m，炸药单耗为2.2kg/m3计算；最大单响装药量计算公式（2-2）为：Q=q·a·b·H·最大单响孔数（即 2.2 kg/m3×2m×2.5m×10m×5孔=550kg）
根据地震波公式安全距离80m可用最大药量568.89kg>550kg完全满足要求。
施工前根据设计的钻爆参数在礁区边界范围线内做好布孔船位的文件图输入施工定位软件中，以便移船定位时对照。每个船位内的孔位呈井字形布置。钻孔时在礁区边线外附近探摸底质和水深，边线外有不达设计要求的礁石区域，应进行钻孔爆破。采用潜孔冲击钻钻孔，要求一次钻至设计孔底标高。
（1）孔位控制：①采用Trimble RTK测量定位，要求实际孔位与设计孔位偏差在0.2m范围之内；②水流较急或转潮时进行孔位复测。
（2） 孔深控制：①800t自升平台式炸礁船在上、起钻前都要报潮位，施工过程中潮位每变化0.1m或10分钟报一次；②孔深靠钻工下钻杆长度控制钻孔的深度；③钻孔完毕，助工用测深绳检查孔深，达不到设计要求继续钻到符合要求为止。
2.8.2药量控制
根据安全距离的计算，严格控制一次最大起爆药量。通过控制起爆药量在设计范围内，采取毫秒微差延期爆破，防止地震波及水下冲击波对周围建筑物的影响。
2.8.3起爆
起爆网络联接完成后，移船至安全范围外，按规定的安全距离警戒，并发出放炮信号，确认船舶、水中人员都在危险区以外后才能起爆。
3.安全保证措施
无论采取何种施工方案，均要做足安全保证措施，确保施工中的各方的安全。
3.1水中冲击波的安全距离
根据《爆破安全规程》规定：水下钻孔爆破时，产生的水中冲击波超压大小按公式（4-1）计算：ΔP=17×（Q1/3/R）1.56（4-1）
式中ΔP——水中冲击波产生的超压值，MPa；
Q——一次起爆炸药量，kg；
R——爆破点与保护对象的距离，m；
对施工铁船允许水中冲击波产生超压值ΔP≤0.6Mpa，其它船舶取4～5倍的安全系数，允许水中冲击波最大超压值取0.15Mpa，码头允许水中冲击波产生超压值很大，可以忽略不计。
关键词：安全距离 单孔药量 预裂爆破 水下控制爆破
1.工程概述
1.1 施工区域地理位置
以华能海门电厂中转煤码头港池及航道疏浚项目为例讲述水下控制爆破的一般工艺，本项目位于汕头市海门镇洪桐村，施工区域主要工艺为水下炸礁，其区域三面都有已建好的构（建）筑物，而且距离较近，离综合码头前沿线只有38m，离南防波堤只有28.2m，离煤码头为60m。
1.2 工程地质
1.2.1 综合地质情况说明
经钻孔揭露，场区内地层自上而下为：淤泥、淤泥混砂、粉细砂、粗砾砂、粉质粘土、中粗砂，局部孔中见有少量淤泥质土、粘土混砂或砂混粘土及泥炭土透镜体夹层；所见下伏基岩均为花岗岩，已遭受不同程度风化作用。根据现有勘察资料，本工程区域基岩面埋藏标高在-11.69～-29.55m之间，基岩起伏较大。
根据本工程一期施工区域施工经验可知，从-14.0m至-19.0m标高范围内，泥层中夹有大量孤石，而本工程设计底标高均穿越所示泥层，因此需要采取水下爆破施工工艺，方可以解决开挖问题。
式中Q—— 一次起爆的炸药量kg，微差起爆时取最大一段的装药量；
R——爆破点与被保护建（构）筑物的安全距离m；
V——允许爆破地震安全速度，根据不同的保护对象分别选取cm/s；
K——与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，按坚硬岩石和中等硬度岩石分界点取K=150， =1.5。
距离最近的保护对象南防波堤，R=28.2m，允许爆破地震速度V取5.0cm/s
2.2 利用预裂爆破原理，找出常规爆破区与控制爆破区
2.2.1预裂爆破的基本原理
沿开挖边界508米长布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓的爆破作业。
预裂爆破的优点：在保留区与主爆区之间提前形成预裂缝，阻断地震波；减小主爆区对保留区（码头、防波堤等构筑物）的振动影响。
2.2.2爆破施工设备选用
拟选用已在本工程一期工程服务的液压自升平台式炸礁船（该船型长32m、型宽26m、型深2.6m，吃水1.3m，排水量800t，4条液压升降支腿各长36m）； 该炸礁船中部有个长22m、宽10m的矩形钻井，形成220m3的工作面。
2.2.3钻爆参数选取
①常规爆破时炸礁船钻爆参数选取。
根据单孔用药量，采用井字形布置钻孔：
装药量Q值（公式2-2）的计算：
Q=q。×b×a×H。 （2-2）
式中：Q为炮孔装药量（kg）；
q。为水下爆破单位炸药消耗量（kg/m3），系经验值，根据本工程地质及水文条件并结合工程实践经验，q。取值2.2 kg/m3；
a为炮孔间距（m）；b为炮孔排距（m）；H。为设计开挖岩石厚度，包括计算超深值（m）。
根据上述公式，本方案所取数值如下：
孔距a ：取a=2.5m。
孔径d ：采用冲击回转钻进方法，球齿钎头外径105mm，孔径d=100～110mm。
排距b ：根据本爆破区的土质特点等，排距取b=2.5m。
超钻深度Δh：取1.5m。
药柱直径D ：本工程使用的药柱为塑料筒装防水型高效乳化炸药，药柱直径D=80mm。
根据难挖区域土质特性，本松动爆破单位用药量预计为1.1 kg/m3。
②采取预裂爆破工艺时钻爆参数的选定。
预裂爆破的经验公式都是在大量现场应用数据基础上结合理论归类推演出来的，有效地指导预裂爆破前的试验工作。对于具体的工程来说，影响爆破质量的因素较多，因此，本次控制爆破在选取爆破参数时，除参考已有经验数据外，还结合前期炸礁施工总结出的已有经验，并进行3次试验、调整。在预裂爆破装药量的计算中，我部采用了中科院院士爆破专家刘教授推荐的经验公式（2-3）：
起爆网络采用非电起爆网络，每个起爆体内装两发并联的导爆雷管，孔外采用电雷管起爆。一次起爆炮孔数根据一次允许起爆最大药量和起爆能力大小而定，用交流电源起爆电雷管时，应保证流经每发电雷管的电流强度应不小于4.0A；用直流电源或起爆器起爆电雷管时，流经每发电雷管的电流强度应不小于2.5A。
起爆网络联接完成后，移船至安全范围外，按规定的安全距离警戒，并发出放炮信号，确认船舶、水中人员都在危险区以外后才能起爆。
2.5爆破工艺流程
施工采用水下钻孔爆破施工方法，具体施工工艺流程如下：炸礁船移船定位、钻孔、装药、网路联接、移船起爆。2.6 根据本工程的实际施工情况及最大单孔药量的控制，对施工区域进行划分
①预裂减震爆破区：沿开挖边界布置预裂孔；提前在起爆点与构筑物之间形成预裂缝，阻断起爆点爆破地震波传播路径；②单孔分段爆破区：距离南防波堤28.2-36m采用单孔爆破；③二孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线36-40m采用2孔为一段爆破；④三孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线40-50m采用3孔为一段爆破；⑤五孔分段爆破区：距离南防波堤及码头前沿线50-80m采用5孔为一段爆破；⑥常规爆破区：距离南防波堤及码头前沿线80m以上采用常规爆破。 2.7 主爆区控制爆破施工措施
2.7.2各施工区域控制爆破参数的确定
①单孔爆破区参数确定。每排为10个孔布设，每船位为12排布设，孔距a ：取a=1m。排距b ：根据本爆破区的岩石性质等，排距取b=1m。超钻深度Δh：取1.5m。按最大孔深10m，炸药单耗为2.2kg/ m3计算（下面所有取值一样，不再重复）；最大单响装药量计算公式（2-2）为：Q=q·a·b·H（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m=22kg）根据地震波公式安全距离28.2m可用最大药量24.92kg>22kg完全满足要求。
②二孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量；Q=q·a·b·H×2（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×2孔=44kg）根据地震波公式安全距离36m可用最大药量51.84kg>44kg完全满足要求。
③三孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量：Q=q·a·b·H×3（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×3孔=66kg）根据地震波公式安全距离40m可用最大药量71.11kg>66kg完全满足要求。
④五孔为一段爆破区参数确定。根据公式，算出最大单响用药量：Q=q·a·b·H×5（即2.2 kg/ m3×1m×1m×10m×5孔=110kg）根据地震波公式安全距离50m可用最大药量138.89kg>110kg完全满足要求。
⑤常规爆破区参数确定。每排为5个孔布设，每船位为9排布设；孔距a ：取a=2m。排距b ：根据本爆破区的岩石性质等，排距取b=2.5m。超钻深度Δh：取2.5m。按最大孔深10m，炸药单耗为2.2kg/m3计算；最大单响装药量计算公式（2-2）为：Q=q·a·b·H·最大单响孔数（即 2.2 kg/m3×2m×2.5m×10m×5孔=550kg）
根据地震波公式安全距离80m可用最大药量568.89kg>550kg完全满足要求。
施工前根据设计的钻爆参数在礁区边界范围线内做好布孔船位的文件图输入施工定位软件中，以便移船定位时对照。每个船位内的孔位呈井字形布置。钻孔时在礁区边线外附近探摸底质和水深，边线外有不达设计要求的礁石区域，应进行钻孔爆破。采用潜孔冲击钻钻孔，要求一次钻至设计孔底标高。
（1）孔位控制：①采用Trimble RTK测量定位，要求实际孔位与设计孔位偏差在0.2m范围之内；②水流较急或转潮时进行孔位复测。
（2） 孔深控制：①800t自升平台式炸礁船在上、起钻前都要报潮位，施工过程中潮位每变化0.1m或10分钟报一次；②孔深靠钻工下钻杆长度控制钻孔的深度；③钻孔完毕，助工用测深绳检查孔深，达不到设计要求继续钻到符合要求为止。
2.8.2药量控制
根据安全距离的计算，严格控制一次最大起爆药量。通过控制起爆药量在设计范围内，采取毫秒微差延期爆破，防止地震波及水下冲击波对周围建筑物的影响。
2.8.3起爆
起爆网络联接完成后，移船至安全范围外，按规定的安全距离警戒，并发出放炮信号，确认船舶、水中人员都在危险区以外后才能起爆。
3.安全保证措施
无论采取何种施工方案，均要做足安全保证措施，确保施工中的各方的安全。
3.1水中冲击波的安全距离
根据《爆破安全规程》规定：水下钻孔爆破时，产生的水中冲击波超压大小按公式（4-1）计算：ΔP=17×（Q1/3/R）1.56（4-1）
式中ΔP——水中冲击波产生的超压值，MPa；
Q——一次起爆炸药量，kg；
R——爆破点与保护对象的距离，m；
对施工铁船允许水中冲击波产生超压值ΔP≤0.6Mpa，其它船舶取4～5倍的安全系数，允许水中冲击波最大超压值取0.15Mpa，码头允许水中冲击波产生超压值很大，可以忽略不计。
根据《水运工程爆破技术规范》，水下钻孔爆破水中冲击波对水中人员和施工船舶的安全距离按上表确定。由于在控制爆破区最大的单响药量为66kg小于木船的安全距离100m的最大装药量112kg，所以在控制爆破区安全警戒范围定为100m，在距爆破点100m内的所有的船均应避让。由于最大的单响药量110kg产生的冲击波对于重力式码头的影响非常小，可以不予考虑。
根据《水运工程爆破技术规范》，当水深大于6米时无需考虑飞石的影响。本工程的水深最少为14米，因此不用考虑飞石的影响。
3.2盲炮处理（本文暂不作讨论）
虽然，在控制爆破施工过工中，通过计算得出来的施工方案的理论值，在实践过程中出现较大差异，但是秉着为施工单位取得是最大的经济效益的原则，同时确保施工安全及对已建成的构筑物的安全，通过不断的对施工方案的调整，最终实现了既达到了施工的要求，同时又为施工企业争取了最大的利益的双赢目标。
根据《水运工程爆破技术规范》，当水深大于6米时无需考虑飞石的影响。本工程的水深最少为14米，因此不用考虑飞石的影响。
3.2盲炮处理（本文暂不作讨论）
虽然，在控制爆破施工过工中，通过计算得出来的施工方案的理论值，在实践过程中出现较大差异，但是秉着为施工单位取得是最大的经济效益的原则，同时确保施工安全及对已建成的构筑物的安全，通过不断的对施工方案的调整，最终实现了既达到了施工的要求，同时又为施工企业争取了最大的利益的双赢目标。
