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“曙星1”沉船水下爆破解體工程

2016-11-17 責任編輯:崔瑋娜

劉少帥  李介明  程榮明  李連送  劉少鋒

(上海消防技術工程有限公司,上海,200080)

摘要:結合以往施工經驗對沉船進行水下爆破解體,是目前處理水下沉船、清障疏航的常用方法。通過沉船爆破打撈實例,介紹了具有切割效應的條形藥包和具有撕裂作用的集中藥包在沉船爆破解體中的布設方法、藥量計算、網路設計、鋪設以及新型火工品的應用,對同類工程有一定借鑒價值。

關鍵詞:沉船;水下爆破;打撈

1沉船概況

1.1沉沒時間、原因、位置

2013年1月12日傍晚,寧波曙星海運有限公司所屬的“曙星1”輪,滿載約15794t鋼材在長江口1號錨區(北緯31°15.9′,東經122°30.1′,長江口雞骨礁東北約8.5海里處水域)錨泊時,不慎被“永星7”輪碰撞,致使“曙星1”輪破損進水沉沒。

1.2沉船主尺度

沉船為艉機型雜貨船,共有四個貨艙,船長149.48m,船寬21.00m,型深11.20m。

1.3沉船狀況

根據海圖和探摸資料,沉舶所處位置水深21m,發現沉船為正沉,平陷于泥中,下陷深度6.5~7.0m,兩舷甲板至泥面約4m。沉船四周水深21m左右,甲板處水深約17m。

1.4沉船海況

沉船位于長江口水域,該海域海面寬闊,風浪大,水較深、流速快,最快流速可達4節,流向為順時針方向旋轉的回轉流。可供潛水員水下作業的慢流時間少,水下能見度為零。時值寒冬臘月季節,強冷空氣和寒潮頻頻南下,該海區經常刮7級以上強風,浪高2~3m,對施工作業帶來較大影響。一旦有大風,施工船舶就需避風,可供潛水員水下作業的慢流時間少,有效工作較少,安全隱患多,風險大。沉船位于長江口A警戒區水域北側,該水域是長江口通航的重要命脈,南北向航行船舶眾多,沉船嚴重影響水域正常的航行安全。

2清航打撈方案綜述

沉船位于航道附近,嚴重影響航行船舶的安全.由于沉船破損,扭曲厲害,決定采用解體清航打撈方法。在爆破解體前首先采用電吸盤吸撈方式將船內的貨物打撈出水;為了減少該區域爆破后油污染,我們采用從國外進口的專用抽油設備進行水下抽油,將沉船內剩油盡量抽空,然后對沉船進行水下爆破解體,最后用專用大抓斗清除船體和貨物殘骸;驗收時應達到泥面上無礙航物,恢復原海圖水深的要求。

3爆破方案設計

3.1總體爆破方案設計

根據沉船海域的條件,爆破方案為采用接觸式爆破切割、爆破撕裂和爆破擠壓相關作業的原理,在沉船上合理布設炸藥,對沉船進行爆破解體并使解體后的殘骸定向運動,使沉船鋼板相對集中,符合抓撈要求,防止殘骸飛散。爆破前在沉船四周沿泥線設置一圈鋼絲繩,在機艙處開一個邊長為2m的正方形洞。

3.2條形藥包的藥量計算、加工與布設

水下爆破作業要求炸藥的防水性能好。根據以往的工程實踐,主體炸藥選用江蘇溧陽礦山化工材料廠生產的EL系列袋裝乳化炸藥,該廠生產的乳化炸藥爆轟感度高,爆炸性能好,爆炸后有毒氣體產生量少,抗水性能強,使用安全。山東銀光科技有限公司生產的起爆具(黑索金起爆藥柱500g/塊)作為起爆藥,選用西安慶華生產的毫秒電雷管作起爆元件。藥量根據擺放位置的不同用多種顏色加以區分(見表1),計算按經驗公式:

Q=KS

 1116144251.jpg

式中Q——條形藥包藥量,kg;

 K——單位斷面積耗藥量,對鋼材K為0.025~0.04kg/cm2

  S——切割處斷面積,cm2

(1)火工品保管:本工程火工品自上海打撈局浮筒基地碼頭裝船,炸藥分別裝入2個集裝箱中,每個集裝箱約14t,其余的用編織袋吊至甲板。電雷管本身有木制儲存箱,上船后放置在專門的小儲物箱里。自上船后每天安排專人值班看守,未出現隱患。

(2)炸藥加工:本工程炸藥首次采用袋裝,方便了搬運和儲存。同時由于增加了藥包長度也增強了藥條的牢固性,在整個吊裝過程未出現破裂。藥條綁扎用12號鋼絲繩,采用鐵絲和鉛絲穿插。彩條布采用上海出產的加重型(4×35)和浙江出產的加重型(3×50),雖價格相同,但實際操作中上海產彩條布質量明顯高于浙江產彩條布。藥條外綁扎繩子采用4號旗蠟繩。本工程按安放位置的不同,總共加工藥條41根,詳細規格附后。

(3)雷管加工:上船后在會議室進行雷管電阻測試,采用絕緣材料吸污棉鋪在辦公桌上。雷管電阻在1.6~2.5Ω之間。根據工程需要選取電阻為1.8~2.1Ω之間的雷管100發,在本工程中使用,另選取10發雷管做防水試驗。選材結束后對雷管管體和端口進行防水處理。

(4)起爆塊加工:將2發雷管并聯后放置在起爆具內,利用電線打結將起爆具固定,避免雷管腳線受力。按照安裝位置和區域加工并編號、分組。

(5)炸藥安裝:安裝順序為機艙一后泥線一艙內橫向一垂直瓜藥一船艏,利用4個潮水約16個小時總共安放4l條藥。

(6)起爆塊安放:起爆塊安放在大力號進行,大力號騎在沉船上自機艙向船艏后退式安裝。總共安裝起爆塊46個,其中300m線12個,其余150m線共34個。

(7)網路連接:網路連接采用并串并的形式,起爆網路總電阻計算如下。

1)150m起爆支線電阻3.2Ω共34根、300m起爆支線6.4Ω共12根、主線9Ω。

2)兩發雷管并聯后電阻為0.9Ω。

3)總網路分兩組并聯,每組150m線17根、300m線6根,每組電阻為(3.2+0.9)×17+(6.4+0.9)×6=113.5Ω。兩組并聯后電阻約為71Ω。

網路連接完畢后經導通測試,實際電阻與計算電阻相差不到2Ω。

(8)爆破:15時小艇入水,16時30分放線到位。17時大力號撤離至安全區域,17時10分爆破成功。

4爆破安全判據 

4.1水中爆破沖擊波效應的評估

目前,國內外在進行水下工程爆破時,對于沖擊波通常仍習慣于采用庫爾公式計算沖擊波壓力峰值,并以此來判斷船舶水下工程爆破對附近航行船舶的破壞和對人體、魚類的傷害程度。

海上爆破作業一般都在茫茫大海中實施,同陸地上爆破作業相比較不存在飛石和噪聲危害,主要考慮因素是爆破產生的水中沖擊波對施工船舶及航行船舶的影響,水中爆破沖擊波效應按水中裸露藥包爆炸所激起的水中沖擊波效應進行考慮(見表2)。根據庫爾公式進行計算(式中Q為TNT當量值)。

 1116144252.jpg

式中Pm——水中沖擊波最大峰值壓強,kg/cm2

    R——離爆破中心的距離,m;

    Q——最大一段齊爆藥量,kg。

 1116144254.jpg

一般認為,船舶的距離應保證船舶受沖擊波壓力小于50kg/cm2。根據我們的實踐,為了保證船上設備的安全,保證船上機器的正常運轉,建議工程船舶承受的沖擊波壓力限值Pm在20kg/cm2。以下,航運船舶限值在10kg/cm2以下。航行船舶水中沖擊波安全距離為1500m。

4.2地震波效應

按經驗公式計算:v=94(Q1/3/R)0.84

式中v——振動速度,cm/s;

 R——爆心距離,m;

 Q——一次爆破藥量,kg。

通過計算,與起爆點距離不同處的地震波見表3:

 1116144253.jpg

根據《爆破安全規程》規定,建筑物的地面質點安全振動速度為:土窯洞、毛石房屋v=1.Ocm/s;一般磚房,非抗震大型砌塊建筑物v=2~3cm/s;鋼筋混凝土框架房屋v=5cm/s。

爆破點四周5000m內無重要建筑和構筑物,因此不會傷及建構物。

5起爆安全措施

依據《爆破安全規程》綜合考慮工程地點的海況及環境,決定將起爆操縱點安放在小艇上進行。

6爆破總結

(1)炸藥:本次使用炸藥為90型每包長50cm的炸藥,炸藥規格的改變大大提高了本工程藥條牢固性,在整個吊裝過程中未發現以前的不均勻、斷裂現象。

(2)雷管:本次使用的電雷管本身具有防靜電、雜感電流功能,大大提高了工程安全。  另外本次使用的雷管鎖口處用橡膠代替了原來的塑料,大大提高了雷管本身的防水性能。在經72h浸泡后均能完全起爆,在實驗過程中發現本次使用的雷管起爆后管體全爆,未發現以前出現的中間炸開等現象。

(3)起爆具:本次使用的起爆具在放雷管的孔內做了一個橡膠塞,雷管插入后橡膠塞正好卡住管體,若想取出只能繼續往下填從下口取出。此裝置的應用保證了雷管不會從起爆具脫出。

(4)本次爆破工程由于前期準備充分,總共11天就結束了爆破施工。其中影響工期的主要就是藥條加工時間,本工程共32t炸藥,共綁扎40h。安放炸藥前后16h,安放起爆具至起爆共11h。

(5)2013年3月8日下午17時10分,隨著一聲“起爆”令下,地處長江口錨地北側的海面上,頓時爆發出一聲沉悶的巨響,一股60m左右高的水柱,伴隨濃濃的青煙和飛濺的浪花從海底沖天而起。至此,沉沒在水下51天、對長江口安全通航構成重大威脅的“曙星1”輪沉船終于安全實施爆破作業,在經過了檢測、抽油、撈貨等作業后,為清除埋伏在長江口的“地雷”,確保航道的安全、暢通完成了關鍵的作業。

參考文獻

[1]劉殿中,楊仕春.工程爆破實用手冊[M].北京:冶金工業出版社,2003.

[2]劉少帥,繆玉田,貢書生.“海峰”輪沉船水下爆破解體打撈[C]//中國爆破新技術Ⅱ,北京:冶金工業出版社,2008.

摘自《中國爆破新進展》