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深水急流條件下的水下炸礁實例

2014-02-13 責任編輯:朱亮亮

完成時間:19831984

工程地點:長江三峽云陽縣城下游1km

完成單位:長江重慶航道工程局、重慶大學

項目主持人及參加人員:彭光瑞、史光華、辜昭映、吳炳海

撰稿人:劉書倫

 

1   概述

雞扒子滑坡位于長江三峽云陽老縣城下游10km,是寶塔老滑坡的復活,其主要原因是:19827月,該地區連降暴雨,46小時降雨331mm。在暴雨作用下,老滑體的后緣產生崩塌,崩塌的17m3土石,堵塞了主排水溝,導致大量地表水沿后緣裂縫注入滑體,引起大規模滑坡,滑坡體的面積0.774km3。滑體的后緣寬300m,前緣緊臨長江,沿長江岸線長700m,滑體縱長1400m,總體積1500m3,其中有230m3土石推人長江,直抵對岸。推人長江的土石中,以碎裂巖體為主,泥土很少,在洪水位以下堆積有180m3。該長江河段,在天然狀態下河道順直,洪水河寬450m,枯水河寬120130m,流速15ms,枯水時航道水深3040m。滑坡體推人長江后,將大部分河床過水面積堵塞,其中枯水位過水面積堵塞80%~85%,中水位以下堵塞58%,洪水位以下堵塞24%,在河道中形成三道寬潛壩,厚度達2030m。由于過水面積大部分被堵塞,因此產生急流泡漩,成為特大急流險灘,隨水位下降,流速比降急劇增大,當時預測當水位降到中枯水位時,流速可能達到810ms,長江面臨斷航險情。

 

2   水下炸礁

21水下裸露爆破

211施工條件

滑坡體推人江中,河道中形成三道寬潛壩,施工區域流速45ms、個別地方為6ms,河床底質為大塊碎裂巖體。因此,首先采用裸露爆破方法,炸除挑流突嘴,拓寬應急航道。

212定位船、投藥包船

在上述急流條件下,船舶無法航行,首先要解決炸藥包投放和定位的問題。研究發現,長江上游使用的抓斗挖泥船,船舶穩定性好,有大功率絞錨纜機械,可用來作為定位船。從安全考慮,租用一艘30t木船作為投藥船。

213藥包投放方法

在定位船上配置兩條主鋼絲纜繩,分別固定在兩岸巖石上,用船首錨機,將定位船自一側移到江中,泊于爆炸區上游200m。投藥木船隨定位船一起移到江中,將投藥船的主

纜繩系于定位船的船尾錨機上,通過錨機松放主纜繩,將投藥船逐漸下移到爆炸位置。對準導標調整船位后,將藥包拋人水中,藥包主繩保持松弛狀態,藥包在水流作用下貼在巖石上,然后指揮定位船,將木船絞回到定位船近旁,當確認藥包沒有半漂浮或漂浮后指揮起爆。

214藥包重量和間距

裸露爆破的單藥包重量,主要根據以下幾個因素確定:

(1)被炸巖體性質和需要一次破碎厚度。

(2)藥包頂部水深。

(3)周圍環境。

(4)水流條件,本工程爆炸巖石為碎裂巖體,塊度很大,一般達幾十立方米,藥包頂部水深大于5m,流速45ms,水流紊亂,在這種條件下,單藥包重量宜采用2025kg。考慮到河床不平坦,采用串聯群藥包,藥包間距1012m,排距20m,一炮4個藥包連接,總重100kg左右。

215  藥包墜石重量

在急流中,墜石重量十分重要,經過試驗,不同種類的炸藥包采用的墜石藥包重量比如下:乳化炸藥包為4,硝銨炸藥包為540%硝化甘油炸藥包為3

216爆破材料

由于在急流中投放藥包十分困難,所以采用的乳化炸藥、硝化甘油炸藥和硝銨炸藥及優質銅電雷管,都需經過深水(20m)浸泡試驗。主繩采用22mm2白棕繩,主導線采用224mm2銅質單芯線。

217起爆方法

大部分采用干電池起爆。干電池起爆器放在定位船上,由專人看守,由投藥船指揮起爆。

218遙控起爆

為了避免急流把藥包主纜沖斷,造成瞎炮,曾研制成功超聲遙控起爆器。但經試用一段時間后,發現設置在水中藥包上游附近的水聽器容易被炸毀,成本較高,此外在水流紊亂水域,由于超聲波衰減和畸變,因此使用上受到一些限制,僅部分采用,沒有全面推廣。

水下裸露爆破歷時3個多月,炸除礁石約26m3,改善了水流流態,拓寬了航道,配合絞灘,可保持航道暢通。

22水下鉆孔爆破

221施工條件

鉆孔爆破和裸露爆破的施工條件略有不同,鉆孔爆破是從岸邊往江中推進,而裸露爆破是自江中往岸邊推進。鉆孔爆破適用于水深38m、流速305ms的水域,河床均為大塊碎裂巖石。

222鉆孔工作船

根據該灘的具體情況,設計建造了一艘300t級的鉆孔工作船,船體穩性較好,中間設置鉆孔工作平臺,平臺上安裝有鉆機走行的軌道。船首和船尾安裝大功率錨纜絞機,船體的裝藥作業區域采取絕緣措施,以滿足喪船上裝藥的要求。

223鉆機

在深水急流中鉆孔,一般鉆機不能使用。與河北宣化風動機械廠合作,在原潛孔鉆機的基礎上,研制出新型CQ-150潛孔鉆機,并將4臺鉆機安裝在鉆孔工作船上,實踐表明,這種鉆機具有抗急流能力。

224鉆孔直徑和超鉆深度

因考慮急流鉆孔中需用雙套管,所以鉆孔直徑取10011Omm。為了盡量減少二次鉆爆和清點工作量,鉆孔超深適當加大,取△h=1618m

225  鉆孔布置

鉆孔的孔距和排距與最小抵抗線長度、清渣挖泥船抓斗斗容等有關,通過實踐和調整,實際采用的孔距和排距如表1所示。

226裝藥量計算

由于該灘地形條件、水流條件復雜,難以精確計算各孔炸藥量,因此采用體積法計算,即按單孔負擔的破碎體積乘以單位耗藥量計算。若采用乳化炸藥,每立方米用藥量取16716kg,后排裝藥量增加15%。

227鉆孔工藝

(1)先將鉆孔船定好位,并將四邊纜繩絞緊固定,然后調整鉆機位置到準確的設計鉆孔位置。

(2)先用ф150mm套管接上鉆機,將套管下到河底并進行開孔,然后把套管固定在船上。

(3)下ф130ram的護孔管,將護孔管接上沖擊器進行鉆進,把130mm護孔管嵌入巖石中。

(4)用ф100mm沖擊器接上鉆桿進行鉆孔。

(5)鉆孔完后用風沖洗,然后裝藥。

(6)全船的鉆孔完成后,在船上完成裝藥和導線連接。

(7)用船上的錨機,絞纜上移200m即可起爆。

 

3   爆破地震和水沖波監測

31爆破地震觀測

委托長江科學院和西南水科所進行爆破地震強度觀測,在滑體上沿長江和垂直長江方向分別布置幾條測線。由于滑體的地形、地質條件變化較大,規律性不強,實測表明,不同方向布置的測線,其爆破振動衰減規律不同;距爆源同等距離的不同測線點,振動速度相差較大。選擇附近需要保護的磷肥廠進行重點監測,其結果如下:

(1)磷肥廠硫酸塔塔基,距爆源水平距離356m,高差60m,鉆孔裝藥總量882kg,瞬發雷管一次起爆,實測地面振勃速度為068cms

(2)磷肥廠下游廠房,距爆繇水平距離460m,高差60m,鉆孔裝藥總量1200kg,一次起爆測點地面振動速度為045cms

經過與以往實測資料的對比分析,確定磷肥廠主要建筑物地面振速不超過08cms。按照已測試成果確定,鉆孔爆破一次最大藥量不超過1200kg,裸露爆破最大藥量不超過400kg

32水中沖擊波測量

長江航道一處與長江科學院聯合測試組,對水下鉆孔爆破和水下裸露爆破的水沖波進行了測量,以后又對裸露爆破進行了對比測量,部分成果如下:

(1)一次起爆藥量200kg(裸露)。距爆源16m處的峰值壓力,三次平均為13.0MPa

(2)一次起爆藥量200kg(裸露)。距爆源55m處的峰值壓力,三次平均為069MPa

 

4   技術創新

本工程的技術難點是:在深水急流條件下如何把裸露炸藥包放置在需炸的位置,如何用鉆機進行鉆孔,如何對爆破塊石進行挖取,需要研制一套新的工作船、新的設備和采用新的施工方法。通過工程實踐,在這方面有以下技術創新:

(1)在流速5ms、水深410m條件下,進行水下裸露爆破和水下鉆孔爆破,并完成11m3水下炸礁任務,具有突破性進展。

(2)在航道工程中,首次成功研制并采用了水下超聲波起爆技術。

(3)研制建造能在深水急流中挖取爆破塊石的挖泥船,該船在急流中穩性好,并便于拖帶。該船具有獨特的4m3重型抓斗,其功效遠高于同類的4m38m3抓斗。2003年該船曾在長江三峽樞紐圍堰清渣中發揮了重要作用。

摘自《中國典型爆破工程與技術》