《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》是長江航道局、葛洲壩集團第五工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是姚勇、代顯華﹐羅宏、李紅勇、李春軍、段寶德；該工法適用於山區河流流速小於4.0米/秒、水深小於20米的港口、航道工程的水下炸礁，也可使用於過江管道溝槽爆破開挖及給排水設施水下基坑爆破成型等工程的施工。
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》主要的工法特點是：採用錨纜定位法固定鑽爆船，確保鑽爆船能準確定位，靈活移動，安全可靠；水下鑽孔爆破施工；採用固定套管技術；採用PVC管對藥柱進行再包裝。
2009年10月19日，《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：山區河流水下鑽孔爆破施工工法
- 工法編號：GJEJGF204-2008
- 完成單位：長江航道局、葛洲壩集團第五工程有限公司
- 完成人：姚勇、代顯華﹐羅宏、李紅勇、李春軍、段寶德
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：2007-2008年度國家二級工法
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
水下鑽孔爆破是水下炸礁的主要施工方法。山區河流水流湍急，進行水下鑽孔爆破受惡劣流態等工況的影響，實施船舶定位、鑽孔、裝藥及網路連線均較為困難，且存在較大的施工和通航安全風險。採用該工法進行施工，解決了鑽爆船布纜定位、水下鑽孔、水下裝藥、移船爆破等施工環節的施工難點，是一種先進、實用的水下爆破施工方法。
在水下鑽孔爆破施工領域，長江航道局具有較高的技術水平和比較豐富的施工經驗，在長江、嘉陵江、雲南瀾滄江一中老緬泰上湄公河、貴州烏江、北盤江、紅水河等山區河流都進行過較大規模的水下鑽孔爆破，完成了許多水下炸礁工程，在鑽爆船舶定位、鑽孔、水下裝藥、爆破等方面，逐步形成了一套技術先進，高效、安全、環保的施工工法。
長江航道局、葛洲壩集團第五工程有限公司經總結，形成了《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》。
工法特點
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的特點有：
1.施工採用錨纜定位法固定鑽爆船，確保鑽爆船能準確定位，靈活移動，安全可靠。在非禁航施工條件下，通航一側橫纜採用錨鏈，靠錨鏈自重沉入江底，使得該水域能正常通航，較好地解決了施工與通航的矛盾。
2.水下鑽孔爆破施工工效高，炸藥消耗量小，炸藥單耗僅為水下裸露爆破的20%左右，爆破有害效應比裸爆或峒室爆破均小。
3.採用固定套管技術，定點測量孔位、孔深，保證了鑽孔的準確性。
4.採用PVC管對藥柱進行再包裝，保護藥柱在裝藥過程中不被破壞，確保了爆破的可靠性。
操作原理
適用範圍
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》適用於山區河流流速小於4.0米/秒、水深小於20米的港口、航道工程的水下炸礁，也可使用於過江管道溝槽爆破開挖及給排水設施水下基坑爆破成型等工程的施工。
技術理論
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的工藝原理是：
採用專業鑽爆船施工，利用船上的系纜、絞錨設施，主要在岸邊固定錨纜，使鑽爆船在流水中保持船位準確、穩定，然後將鑽機移動到設計的鑽孔孔位，下放鋼套管穿過水層及覆蓋層並加以穩固。在套管的保護下，進行鑽孔、裝藥、堵塞，最後連線爆破網路，移船爆破。
施工工藝
- 施工工藝流程
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的施工工藝流程如圖1所示。
圖1 施工工藝流程圖
- 操作要點
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的操作要點如下：
一、鑽爆船定位
鑽爆船採用5~6纜定位，主纜1~2根，船舷左右各2根橫纜。跨過主航道一側的橫纜改用錨鏈沉入江底，以便船舶通行。船舶定位錨纜如圖2示。
圖2 船舶定位錨纜布置圖
（一）錨纜設定
根據河床地質情況和岸形條件，選擇合適的錨纜固定方法，常採用在岸上設定系纜設施，特殊情況下在河道內水下拋錨。
（二）定位程式
鑽爆船在施工區上游系接好主纜後，在拖輪的協助下放出主纜並向下遊方向移動，直至到達施工區域的預定位置後，採用帶纜艇布設左右橫纜。
（三）鑽爆船船位確定
採用GPS或全站儀等測量儀器對船位進行測量，通過船上的絞纜設施校正船位。
（四）鑽爆船定位應注意以下幾點：
1.鑽爆船主要靠主纜承受水流的作用力，布設主纜應採用岸上設定系纜設施方式，主纜設定應穩固、安全，便於檢查。
2.應先布設船道的左右橫纜，再布設船艦的左右橫纜。
3.在非禁航河段施工時，通航一側的橫纜須採用錨鏈沉底，便於船舶通行，保證過往船舶及鑽爆船自身安全。
4.鑽爆船縱軸線應儘量與水流方向保持基本一致，以便於穩定船位、固定套管。
5.鑽爆船定位的鋼纜和錨鏈根據鑽爆船噸位不同，參照表1所列規格選取。
船舶噸位（噸） | 主纜（毫米） | 前橫纜（毫米） | 後橫纜（毫米） | 前錨鏈（毫米） | 後錨鏈（毫米） |
100 | 20 | 18 | l6 | 18 | l6 |
200 | 24 | 20 | 18 | 20 | 18 |
300 | 26 | 22 | 20 | 22 | 20 |
500 | 28 | 24 | 22 | 24 | 22 |
二、水下鑽孔
水下鑽孔採用潛孔鑽機進行，鑽具在套管的保護下進行鑽孔，可避免水流衝擊造成偏位和卡鑽，同時套管在裝藥時還起到導向作用。水下鑽孔施工工藝流程如圖2。
圖2 水下鑽孔施工工藝流程圖
施工中操作要點如下：
（一）鑽機就位
軌道式鑽機可直接移動鑽機，固定式鑽機採用調整船位，同時用測量儀器對鑽孔位置進行精確定位。
（二）安放套管
1.套管管腳長度約30~40厘米為宜，管腳切割成齒形，以增大套管與河床基岩的嵌合力，使套管在激流作用下不移位。管腳與套管主體採用螺紋連線，便於更換。套管必須下到基岩岩面，如遇有覆蓋層時，應先採用鑽具送風吹水清理覆蓋層或用挖泥船進行覆蓋層開挖。
2.套管需採用開孔的“花管”，便於壓縮空氣和鑽孔石渣排出。花管的位置宜在管腳上1.5米處設定。花管長度根據水深確定，以能滿足石渣排出為原則，一般在1.5~2.5米為宜。套管如圖3所示。
圖3 套管示意圖
3.套管應儘量保持豎直安放，套管上部與船舷以卡盤連線固定，套管底部迎水流方向採用提頭鋼纜牽引，抵抗水流作用力。提頭鋼纜上端固定在船箱絞錨機上，通過絞錨機鬆緊鋼纜來調整套管偏差。
4.套管管腳中心與設計孔位偏差應控制在設計孔距的10%以內。當水深在10米以上時，套管較長，孔位偏差控制難度增大，應增大設計孔距，確保鑽孔安全。
（三）鑽機鑽孔
鑽具在套管保護下進行鑽孔。開孔時，宜採用小風量旋轉衝擊，鑽孔過程中，邊提升鑽桿，邊送風吹水，以便鑽孔中的石渣排出孔外。鑽孔鑽至設計深度後，反覆多次提升和下落鑽桿，清洗鑽孔，以防碎石或淤砂堵孔。
三、裝藥堵塞
裝藥應在成孔後立即進行，水下爆破選用防水性能良好的乳化炸藥和金屬殼雷管，金屬雷管可使用電雷管和非電雷管。為減少地震效應和水下衝擊波，可採用微差起爆。
（一）測量孔深：採用塑膠裝藥桿順套管插入孔底，裝藥桿長度減去套管長度即為鑽孔深度。
（二）藥柱加工：採用壁厚0.2毫米的PVC管進行外包裝，以保護藥柱在裝藥過程中不被破壞，起爆體內設定兩發並聯雷管，確保能夠順利起爆。
（三）裝藥：當孔深小於4米時，使用1個起爆體起爆，孔深為4~8米時使用2個起爆體起爆，孔深大於8米時用3個起爆體起爆。將加工好的藥柱用裝藥桿順套管緩慢推入孔底，在推入過程中如遇卡藥現象，禁止強行推入，應向上適度提升藥柱後再向下推入直至孔底。
（四）炮孔堵塞：採用合適級配的細小卵石或碎石進行炮孔堵塞，堵塞長度控制在0.5~0.8米。堵塞物從套管口進入鑽孔，倒入時輕輕抖動炮線，防止堵塞物卡在套管內。
（五）提升套管：確認堵塞完成後，用卷揚機提起套管。套管提升時向套管內送人炮線，應做到“慢提快送”，即套管提升應緩慢進行，炮線送入套管速度應稍快。待套管腳提露水面後撈起炮線。
四、網路連線
爆破網路主要採用電爆網路與導爆管網路兩種。電爆網路可採用並串、並串並等連線方式，導爆管和導爆網路可採用簇連，必要時可採用複式網路。根據施工條件無論採用何種爆破網路，均需注意以下操作要點。
（一）爆破網路連線線應綑紮在直徑6~10毫米的尼龍繩上，綑紮時網路連線線呈松馳狀態，使尼龍繩承受拉力。
（二）爆破線路接頭必須連線可靠，先用絕緣膠帶包裹一層後，再用防水膠帶包裹
（三）托線浮筒設定：在激流河段施工時，當每炮次鑽孔超過⒉排應設定托線浮筒。托線浮筒設定在爆破區上遊方向20~50米左右，托線浮筒採用拋錨方式固定。
（四）網路檢查
1.電爆網路在連線前應檢測每個起爆體的電阻值，連線時自藥柱開始依次向主線順序進行，網路的實測總電阻值與計算值的偏差不得超過5%，若發現電阻值異常應提起藥柱，排除故障後再裝入。
2.導爆管網路中導爆管不得拉細、打結，導爆管在水下和炮孔內不得有接頭。導爆管與連線塊的連線，應符合出廠說明書規定。
五、移船起爆
（一）通常情況下採用上移結合橫移的方法將鑽爆船移出爆破區域。安全距離應符合爆破設計的要求。移船時應防止船、纜損壞爆破線路。
（二）起爆前所有船用機械應停止運轉。
（三）確認在爆破安全範圍內無船舶和人員，發出聲響和視覺信號後，即可起爆。
材料設備
《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的設備材料要求如下：
1.水下炸礁施工所需主要材料為乳化炸藥和金屬殼雷管，無需特別說明。
2.船機設備見表2。
序號 | 設備名稱 | 規格型號 | 單位 | 數量 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 鑽爆船 | 300噸 | 艘 | 1 | 鑽孔爆破作業平台 |
2 | 拖輪 | 300~500千瓦 | 艘 | 1 | 船舶定位 |
3 | 帶纜艇 | 88千瓦 | 艘 | 1 | 船舶定位 |
4 | 操舟艇 | 30千瓦 | 艘 | 1 | 船舶定位 |
5 | 潛孔鑽機 | 中風壓 | 台 | 2 | 水下鑽孔 |
6 | 空壓機 | 20立方米 | 台 | 1 | 水下鑽孔 |
質量控制
施工企業採用《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》施工時，應採取的質量控制要求如下：
一、質量控制措施
（一）嚴格控制鑽孔的孔距和排距，孔位誤差控制在10%以內。在每一排鑽孔開始和結束時應分別校核船位，發現有偏差應及時糾正。
（二）保證鑽孔深度，應做到經常校核水尺，並隨時觀讀水位；交接班時覆核套管和鑽具長度；保證足夠的超鑽深度。
（三）保證爆破質量，應做到交接班時覆核裝藥桿長度﹔裝藥時認真測量孔深；控制合理的堵塞長度，堵塞前後進行測量。
（四）避免盲炮，起爆前認真檢測爆破網路，禁止將有問題的炮孔聯入網路，做好起爆前移船的協調工作，防止移船過程中損傷爆破網路。
（五）對炸藥和雷管進行認真檢測，檢測方法見表3。
主要材料 | 檢測方法 | 描述 |
|---|---|---|
乳化炸藥 | 入水浸泡試驗 | 將適量乳化炸藥用反水袋包裝後沉入河水中浸泡，浸泡時間和浸泡深度應接 近施工實際條件。浸泡後觀察其密度和形態變化，並在平坦沙地進行傳爆和殉爆試驗，測量爆破形成的漏斗直徑和深度，以判斷乳化炸藥防水質量 |
雷管 | 入水浸泡試驗 | 一般和炸藥浸泡試驗同時進行，可與炸藥浸泡時間和深度等同。浸泡前取不 同段別的雷管各一發串聯，撈出水後做引爆試驗，能成功引爆的為合格 |
二、主要質量通病及其預防
主要質量通病及其預防措施見表4。
工序 | 質量通病 | 產生的原因 | 預防措施 |
|---|---|---|---|
鑽爆船定位 | 孔排距過大導致爆破效果差 | 1.定位誤差大 | 嚴格控制孔排距，使孔位誤差在10%以內 |
2．鑽爆船在鑽孔過程中走錨移位 | 及時校核船位，在每一排鑽孔開始和結束分別校 核，發現船位偏差及時糾正 | ||
鑽孔 | 孔深不夠或過深 | 1.水位測量不準確 | 對水尺進行校核，並隨時觀讀水位 |
2.套管或鑽具長度不準確 | 覆核套管和鑽具長度 | ||
裝藥 | 裝藥不到位 | 1.裝藥桿長度不準確 | 覆核裝藥桿長度 |
2.孔深測量誤差大 | 裝藥前仔細測量孔深 | ||
堵塞 | 堵塞長度過多或過少 | 1.裝藥桿長度不準確或未 測量堵塞長度 | 堵塞前後測量炮孔堵塞長度 |
2.藥柱長度計算錯誤 | 認真計算藥柱長度 | ||
爆破 | 單孔盲炮或瞎炮 | 炮線斷路或短路 | 移船前對爆破網路的連線要認真檢查，發現問題及時糾正 |
區域盲炮或瞎炮 | 爆破網路損壞 | 起爆前的移船過程中，船員和爆破員應做好協調工作，防止爆破網路損壞 |
安全措施
施工企業採用《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
一、船舶安全措施
（一）該工藝系水上作業，應嚴格遵守水上作業的相關規定及《水運工程爆破技術規範》的相關要求。
（二）在施工區域設定專用標誌，警示過往船舶進入施工河段後，應集中注意力，有序通過。
（三）根據作業面鋼纜和沉鏈的配置，在危險部位設定警示標誌，防止行船誤入危險區域。
（四）定期檢查施工船舶的性能，保持其完好性，做到不帶病操作。
（五）每隔2~3d應對錨纜及系泊設施進行定期檢查，發現異常應立即採取加固或更換處理措施。
（六）岸上錨纜如通過道路、碼頭，應設警戒標誌。絞纜時注意瞭望和派專人警戒，防止纜繩擺動傷人。纜繩在易被岩石磨損處，應綑紮布條、麻袋或墊撐木料防護。
二、爆破安全措施
（一）爆炸物品運輸、儲存、使用嚴格按《民用爆炸物品安全管理條例》、《水運工程爆破技術規範》的有關規定執行。
（二）船舶定位及爆破時應採取臨時禁航安全措施，禁航時段同海事部門協商制訂。
（三）爆破前必須確定爆破警戒範圍，並設立明確的警戒信號和標識。水下爆破安全距離參照國家標準《爆破安全規程》GB6722有關規定確定。
（四）爆破後應進行必要的安全檢查和盲炮處理，如對單孔盲炮採用在其周圍1米範圍內補鑽炮孔（GPS可精確定位），區域盲炮採用水下裸爆進行引爆，確認無安全隱患後方可解除爆破警戒。
（五）爆破影響範圍內有重要設施時應進行爆破試驗和監測。
（六）根據被保護對象的抗振能力計算一次起爆藥量等爆破參數，必要時進行地震波和水下衝擊波監測，並根據監測結果調整爆破參數，或採取預裂爆破、打減振孔、挖減振溝等措施衰減地震波。
環保措施
施工企業採用《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》施工時，應採取的環保措施是：
2.嚴禁施工船舶向江中隨意傾倒廢油、污水、生活垃圾、酸鹼液及其他有毒廢液；禁止在水體中清洗裝過油類或其他有毒污染物的容器。
3.對施工現場周圍的水域按其自然狀態進行保護。工程交工撤場前，應對臨時設施進行拆除，場地清理乾淨，恢復良好的環境。
4.水下爆破前採用驅魚措施驅散施工區周圍的魚群，以減小水中衝擊波對魚類的影響。
5.炸藥類型宜選用環保、有害效應小的產品。
效益分析
長江航道局、葛洲壩集團第五工程有限公司採用《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》施工的效益有：
1.中國西部多為山區河流，山區河流密集的礁石險灘，嚴重阻礙了航運事業的發展，採用水下鑽孔爆破手段進行山區航道整治，為船舶創造安全、暢通的通航環境，社會效益顯著。
2.水下鑽孔爆破相對於採用其他方法（如裸露爆破）進行水下炸礁，具有炸藥消耗量少，施工工效高，工程質量好等優勢。
3.該工法施工爆破有害效應小，對周遍環境影響小，有利於環境保護。
4.水下鑽孔爆破採用鑽爆船施工，定位完成後鑽爆船自身不需要動力，可節約燃油消耗，降低成本。
5.航道整治工程屬公益性基礎設施建設，該工法在航道整治工程中使用，為山區航道急、彎、窄、淺等河段整治提供了技術支持，有利於促進水下爆破工程技術的進步，在眾多項目的套用中具有廣泛的經濟效益。
套用實例
長江航道局、葛洲壩集團第五工程有限公司採用《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》的套用實例如下：
套用工程名稱：長江上游蓮石灘航道整治工程
1.工程概況
蓮石灘位於長江宜昌上游836.0千米，為一枯水淺險灘，灘長約2千米。該灘枯水期航槽較窄，不能會船，為單向通航控制河段。該河段被江中關刀磧卵石磧壩分為左右兩漢，左漢為枯水通航主槽，但航槽中明暗礁石較多，有大蓮花石、二蓮花石、三蓮花石等，與關刀磧對峙，縮窄了航槽，有效航寬不足50米。而且該灘枯水流速、比降較大，平均流速在3米/秒左右，比降約1‰，局部最大流速達3.8米/秒以上，局部最大比降達到2‰，流態惡劣，對安全航行構成了嚴重危害。該灘按照Ⅲ級航道標準建設，航道尺度為2.7米×50米×560米（航深×航寬×彎曲半徑）。整治方案是採用水下鑽孔爆破，炸除二蓮花石和三蓮花石，疏浚關刀磧航槽內淺區，以滿足航道寬度和通航水深要求。
2.施工情況
該炸礁工程為非禁航施工，由長江重慶航道工程局專業鑽爆船“鑽探3號”完成，用588千瓦拖輪“航濤”和20千瓦操舟艇為輔助船舶。“鑽探3號”為非自航船舶，是水下鑽孔爆破的工程實施船舶，“航濤”作為“鑽探3號”定位的拖帶船舶，操舟艇用於系接岸纜。
船舶定位採用6纜法，即2根主纜4根橫纜。2根主纜分別系接在岸坡預先設定好的“地牛”上，然後拖輪拖帶“鑽探3號”緩緩下移至施工區系接橫纜，系纜順序為：右舷前橫纜→左舷前橫纜（過江錨鏈）→右舷尾橫纜→左舷尾橫纜（過江錨鏈）。右舷首尾橫纜都系接在岸邊“地牛”上，左舷的首尾錨鏈設系接在關刀磧的地牛上，錨鏈能在自重的作用下沉入江底，保證了在激流工況下鑽爆船定位穩妥，能靈活移動，同時確保了主航槽船舶正常通航。
施工時，首先將炸礁區進行分區，將“鑽探3號”上安置的2台軌道式潛孔鑽機通過GPS控制移動到預設孔位上。在孔位上安置146鋼質套管，利用套管底部提頭纜和鑽機上的夾管器穩定套管，並進行傾斜度校正。鑽機鑽具沿套管下至岩面進行鑽孔，在接近孔底時，反覆提升鑽具和送風進仃沈扎。鑽孔完成後量測孔深，達到要求後裝藥。按預設一次爆破的區域鑽孔和裝藥全部完成後，聯結爆破網路，移船起爆。
該灘施工在枯水期水位較低的時候進行，考慮局部位置存在水深不能滿足施工船舶的最小吃水，以及定位布纜和通航等方面的要求，將炸礁區分為南、北兩區，按先南區後北區、南區從上到下，北區從下到上的炸礁施工順序，保證了施工和通航順利進行。
該工程於2005年10月21日開工，2006年3月15日完工。完成水下炸礁和清渣總工程量27133立方米。
3．工程監測與效果評價
在施工過程中，重點對鑽孔深度、孔位偏差及爆破效果進行了監測，完工後，對設計炸礁區底高程進行監測。
孔深檢測採用專用標桿量測，設計孔深為炸礁底高程下1.5米，監測結果最大超鑽深度0.18米，最小欠鑽深度0.1米，滿足爆破設計要求。
該工程設計孔距和排距均為2米，採用GPS對成孔位置進行檢測，最大偏差0.16米，孔位偏差均控制在孔距10%內。
爆破效果檢測主要通過挖泥船清挖石渣的難易程度進行判定。清渣施工的實際情況表明，岩石破碎較為均勻，破碎岩面均達到設計底高程以下。
該炸礁工程完成後，經過長航監理公司組織長江重慶航運工程勘察設計院進行竣工測量和整治效果觀測，炸礁區全部達到設計河底高程，灘段航寬、航深均達到設計航道尺度標準。並且流態得到改善，水流順直，解決了蓮石灘的礙航問題，整治效果顯著。
榮譽表彰
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《山區河流水下鑽孔爆破施工工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。
