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黃埔炸礁工程

2013-12-13 責任編輯:朱亮亮

完成時間:19681972

工程地點:黃埔港大濠洲航道

完成單位:廣東省水利電力廳、廣州航道局、廣東省航道局、黃埔港航道處、鐵道部科學研究院、新豐江水庫鉆探大隊

項目主持人及參加人員:馬乃耀、馮叔瑜、林志祥、王中黔、呂  毅、楊杰昌、史雅語、顧毅成

撰稿人:王中黔

 

1   前言

廣東黃埔港是我國華南地區最大的外貿港口。航道自垃圾尾起至黃埔港碼頭東角,全長11555km,是海、河連接,水陸聯運的樞紐。但是,在20世紀70年代前,由于這條航道上,有大濠洲、蓮花山、內伶仃三處淺水地段,嚴重地限制航道的通過能力,影響了港口吞吐量和發展前景。特別是大濠洲航道上的“大石”——“二石”水域里,分布有,縱橫面積達28000m2的礁石,成了航道的咽喉地帶。據19531968年的不完全統計,黃埔航道曾發生海損事故135宗,每年平均9宗,在經濟上造成重大損失。

1968年,根據《黃埔航道整治工程規劃》,由廣東省水利電力廳負責該項工程,由廣州航道局等單位組織了專業水下爆破炸礁隊,并與鐵道部科學研究院合作,進行航道整治。19681972年,總計炸除長約2km的“大石”——“二石”水域中的礁石496m3,清挖礁石33m3,航道拓深至10m、拓寬80m。實際總費用62248萬元,為國家節省工程費用1000萬元,初步發揮了整治工程的效益。創造了一套水下深孔爆破水上作業全新的設計、施工工藝,并被譽為“黃埔水下爆破法”。

黃埔港水下爆破炸礁的主要經驗,歸納起來有以下幾個方面:

(1)在施工工藝上,建立了一套比較完整、合理的水上作業施工方法。

(2)在爆破技術上,應用了陸上定向爆破的原理,在水下開挖定向槽形成有利的臨空面,并為爆破后的石渣提供了存放場地,既保證了航道的暢通,又便于清挖。

(3)在工程實踐中,積累了大量的科學數據,分析研究了水下爆炸沖擊波、振動效應和水工構筑物在爆炸荷載作用下的動態響應。

 

2   施工方法和施工工藝

黃埔港河床基巖為紅砂巖,表層覆蓋有0115m的泥沙。水域的潮汐水位差最大為40m,最大流速為11ms,最大浪高達03m

施工方法和施工工藝的主要特點如下:

(1)除爆破作業外,其他所有施工作業均可在不封港斷航的條件下進行。

(2)徹底排除了水下作業。鉆孔、裝藥、連接爆破網路和起爆作業都在鉆船上進行。

(3)采用了活動的自動調節的雙套管,在動水流的情況下能順利、正確地鉆鑿炮孔。

(4)解決了炸藥密封防水和耐壓的問題,因而能廣泛采用2號巖石炸藥和電雷管。

(5)采用了一套嚴密合理的作業規章制度,四年多來從未發生過任何爆破傷亡事故。

21鉆孔爆破工作船

1(略)是黃埔炸礁工程施工中采用的兩條鉆孔爆破工作船,它們是利用載重220t的駁船改裝而成。船長31.0m、寬106m、吃水05m。布置有五臺XJ-100(XU-300)鉆機,間距固定為25m。鉆船上設有125kw發電機組、照明系統和起爆電站。

鉆船航行時,靠拖輪助航。進入施工場地后,采用“烏龜錨”固定船位。鉆孔移位或因躲避爆破在近距離移動和復位時,則靠船上錨機進行。鉆船定位采用六分儀,定位誤差最大不超過20cm

22鉆孔

為避免潮汐、動水流和淤泥流砂對鉆孔裝藥作業的影響,創造了活動的可自動調節的雙套管定位鉆孔法,如圖2所示。雙套管分內外兩部分,外套管直徑12.7mm,內套管為108mm,它們的長度根據當地的水深和水位變化的大小而定。

當鉆船進入施工場地錨定以后,外套管靠自重下沉到水底鉆孔位置的覆蓋層上,并用船舷固定盤和下甲板的固定環將其套住。把內套管插人外套管中并固定在上甲板的固定圈處。然后,鉆具靠自動調節的雙套管的導向,準確地通過覆蓋層鉆進巖石中。隨著潮汐的漲落,固定在船上的內套管可在外套管中伸縮自動適應水位的變化,使鉆孔作業避免潮汐、流態、波浪以及流沙淤孔等的影響。

23裝藥

采用2號巖石炸藥作主裝藥。長1.0m的炸藥筒內裝6kg 2號巖石炸藥。長05m的炸藥筒內裝35kg硝化甘油炸藥和三個并聯的電雷管,用作起爆筒。

采用直接裝藥方法,每鉆完一個孔取出鉆具后,隨即把存放在爆破作業船上的炸藥筒和起爆筒沿著雙套管裝入孔中。然后,把雙套管分別提升到框架上,當導線露出水面時,可在輔助工作平臺上將導線取出,并按一定的順序和位置捆扎到錨定在爆破工作船旁的接線桿上。

24連接爆破網路和起爆

鉆孔、裝藥工序全部完成以后,在爆破工作船上利用浮在水面上的接線桿有序地連接爆破網路,鉆船撤退到爆破安全地點,封鎖上下游航道,發出爆破信號,進行爆破(見圖3)(略)。

 

3   水下爆破的技術設計

在航道咽喉地帶進行水下爆破時,如何控制爆破后巖塊的均勻性和堆積范圍,以便挖泥船清挖碎渣及防止航道堵塞至關重要。因此,根據工程的具體情況,采用三種爆破技術,分別取得了相應效果。

31水下定向拋擲爆破

定向爆破技術在我國陸上爆破的應用中,已經有了不少成功的工程實例。但是,把定向爆破原理具體應用到水下爆破的工程實踐中,黃埔水下爆破還是第一次。

“大石”——“二石”地處航道咽喉,水深只有66m,若用常規的水下鉆孔爆破法施工,爆后巖體被炸松膨脹,使航道變淺,影響船舶航行。

在“大石”——“二石”工程實踐中,首先在航道爆破區的邊沿選擇河床較深和比較開闊的有利地形,采用水下雙側拋擲爆破開挖一條適當寬度和深度的溝槽,作為航道區域內單側定向爆破拋擲堆積巖塊的聚渣坑,開創了有利的臨空面。雙側拋擲藥包的布置,主要根據地形條件、巖塊拋擲距離及炸藥能量分布原理等來確定。單側定向拋擲爆破藥包的最小抵抗線與梯段高度之比應在06左右。但是由于水層的影響j藥量通常要比陸上定向爆破增加40﹪左右。

32水下大面積鉆孔爆破

“大石”——“二石”水下爆破的孔網布置為:鉆孔間距25m,排距2025m,超鉆O515m。炮孔直徑為96mm,長度46m,單位耗藥量為04065kgm3。一次爆破就能達到要求的設計標高,不留巖埂,也無需進行二次破碎即可用挖泥船清渣。但在水深較大時,應適當增加藥量。在一般情況下,每天進行一次爆破,每次起爆5060孔,裝藥1t左右,最多時,一次起爆100200個孔,裝藥總量達到24t

33壓縮爆破

個別地段泥沙覆蓋僅為0102m厚或需要開挖的深度不到1m時,采用壓縮爆破(水下裸露藥包)法,也能取得良好的爆破效果。

 

4   安全防護技術

為避免水下爆破時沖擊波和地震波對周圍水中生物、船舶以及附近的水工建筑物和結構物產生不利的影響,使用了沖擊波、動應變和振動速度三種測量系統,進行了相應的監測,所得的成果作為水下爆破炸礁時確定爆破規模的依據。

這里重點介紹,在靠近船廠塢門前進行水下鉆孔爆破時,為確保塢門安全采用的低壓氣泡帷幕防護技術及其效果。

41氣炮帷幕防護技術

氣泡帷幕的設計原則是,應當盡可能地提高單位時間內氣泡在水中的密度。為達到這一目的,采取了以下幾種措施:

(1)提高壓縮空氣的壓力和流量;

(2)適當增加發射孔的數量和減小孔的直徑;

(3)改善氣泡發射裝置結構,使其能延長氣泡在水中停留的時間,形成較厚的帷幕以及氣泡群運動能猛烈地攪動水流。

42低壓氣泡帷幕發射系統的布設

低壓氣泡帷幕敷設在塢門前沿的水底。發射系統共分成兩組,每組由兩根發射管組成一矩形框架。每條發射管上鉆有許多不同角度的小孔,使流量為60m3min、具有2×1054×105Pa的壓縮空氣通過4200個氣孔發射到水中,形成渦流式的氣泡群。其詳細結構如表1所示,圖4(略)為氣泡發射后塢門前的水面現象。

43低壓氣泡帷幕的防護效果

在塢門前沿對低壓氣泡帷幕的效果進行了32次生產性試驗。塢門處水深78m,氣泡帷幕發射管沉在塢門前2m處的水底,沿塢門全長敷設。水下爆破的最近距離384m、最遠為232m,炸藥量最小4kg、最大為164kg

實測表明,采用低壓氣泡帷幕防護措施后,在爆炸荷載作用下塢門結構的振動和應力應變響應大幅度降低,只有在未采取這一措施前的110210

綜上所述,氣泡帷幕防護技術,在水下爆破作業中是一項有前景的新技術。因此,無論是在內河航道疏浚、沿海港口碼頭工程還是軍事上都可以用來保護水面船舶、水下潛艇、水下施工作業、沿岸水工建筑物和構筑物等在水下爆破時的安全。

摘自《中國典型爆破工程與技術》