关于福州港三都澳港区漳湾作业区10#泊位工程码头基槽炸礁碍航影响的评估

赵 敬

(厦门海洋职业技术学院，厦门 361022)

1 工程概况

本工程处于宁德三都澳内西北部，与漳湾作业区9#泊位相邻。码头泊位等级为4 万吨级，水工结构按照靠泊5 万吨级散货船进行设计，预留有滚装船靠泊功能。 装卸货物以钢材、石材、化肥、机电等为主，年吞吐量设计为145 万t。 陆域形成总面积约9.47 万m2。

2 工程平面布置

2.1 工程总平面布置

本工程10# 泊位水工主体为重力式沉箱结构， 呈满堂式布置（图1)。本工程毗邻已建的漳湾作业区9# 泊位，码头前沿走向为111.3°～291.3°。码头为满堂式布置，前沿线布置在9# 泊位东侧延长线上，总长234 m。 码头面高程为9.1 m(当地理论最低潮面，下同)，码头平台长200 m，宽30 m。 10# 泊位码头东侧端部布置一个系缆墩，通过钢便桥与码头平台之间进行联系。 系缆墩平面尺度为10 m×10 m，钢便桥平面尺度为24 m×2 m。

图1 本工程10# 泊位总平图

陆域由前后方堆场组成， 形成总面积约9.47 万m2。前方堆场与码头前沿作业平台相连，南侧为新建驳岸，西侧与9# 泊位相邻，面积约1.91 万m2；后方堆场东侧、北侧为新建护岸，西侧与9# 泊位相邻，面积约7.56 万m2；陆域面高程为+9.01 m。

2.2 工程水域平面布置

本工程10# 泊位码头前沿停泊水域宽度为65 m，设计底高程-13.7 m，满足5 万t 及船舶靠泊要求。本工程回旋水域为椭圆形布置，与8#、9# 泊位共用，长短轴分别为669 m、446 m，设计底高程为-10.0 m。

2.3 工程结构型式

本码头持力层为卵石或中风化花岗岩，水工主体采用重力式沉箱结构。 由于本工程基槽抛石较厚，标高-17.7 m以下抛石基础抛填5～300 kg 块石， 标高-17.7 m 以上抛石基床抛填10～100 kg 块石，基床顶面高程-13.7 m。

如图2 所示，码头基床上放安放钢筋砼沉箱。沉箱上方现浇C30 砼胸墙。 沉箱用10～100 kg 的抛石棱体进行回填。工程系缆墩长×宽×高=10 m×10 m×2.5 m，采用4 根直径2 m 灌注型嵌岩桩， 桩基进入中风化花岗岩有效深度不小于8 m。 墩台通过钢便桥与码头平台连接。

图2 码头结构立面图

3 基槽爆破工艺

3.1 基槽炸礁

本工程基槽炸礁约2 万m3， 采用炸礁船钻孔爆破，抓斗挖泥船清礁工艺。 基槽炸礁区域(图3)位于系缆墩，紧邻泊位东侧已有山体。 高潮位时，水深约6～20 m，炸礁设计底高程-13.7 m，炸礁前沿线区域与港池设计底标高齐平。

工程准备1 艘600t 炸礁船进行炸礁施工。 船上配备RTK-GPS 操作系统，由GPS 进行定位，可以全天候进行施工定位。液压动力系统控制炸礁船的升降，移船定位靠绞锚进行。炸礁船可在定位后靠支撑桩撑起，炸礁船稳定性高、定位准确，炸礁船升起后可放松锚缆进行作业，钻孔施工时不影响其他船只交叉作业， 安全上能够得到最大限度的保证。

图3 基槽炸礁区域一般断面图

3.2 钻孔工艺及爆炸物品种类的选取

本工程在炸礁钻孔前，需先下套管，然后沿着套管将钻具放入底部。在钻孔过程中为了将碎渣排出孔外，需要一边提升钻杆一边送风吹水。另外，当钻孔深度达到设计高程之后，为了防止碎石或者泥沙堵塞钻孔，需要多次反复抬高和下落钻孔，排出碎石和泥沙。当一个钻孔成形后立即装药，如此往复操作作业。本工程采用防水性能较好的高能乳化炸药， 并将乳化炸药装入PVC 塑料管内，能够大大减小水压和水的浸泡作用对炸药的负面影响，取得更好的爆破效果。在入水之前，起爆用的塑料导爆管雷管将进行防水处理，确保其安全性。

3.3 装药

为了防止钻孔碎石和海底泥沙回淤堵塞钻孔， 在完成一个钻孔之后应当立即装药，如此往复操作。并且装药过程需注意用装药杆将其装至钻孔底部， 随即用大于10 mm 的砾石夹颗粒较大的中沙进行堵塞。 如下图4所示，当钻孔长度大于3 m 时，应当设置两个起爆体。

图4 装药结构示意图

4 爆破安全距离核算

4.1 爆破地震波的安全距离

按照 《爆破安全规程》(GB6722-2014)、《水运工程爆破技术规范》(JTS204-2008)，爆破地震波的安全距离按以下公式计算：

式中：Q——一次起爆的炸药量(kg)；

R——安全距离，m；

V——安全速度，参照表2 数据，本工程取5.0cm/s；

K、α——分别为岩性的导数和衰减指数， 参照表1的数值，本工程取K=250，α=1.3。

表1 爆区不同岩性的系数K 和衰减指数α 值

表2 爆破振动安全允许标准

根据规范公式的计算结果， 本工程爆破地震波的安全距离与最大装药量的关系如表3 所示。

表3 安全距离与装药量关系表

因此，为保护岸上构筑物不受爆破地震波损坏，取爆破区距码头的距离150 m 为最小安全距离， 根据上表的计算数据， 本次爆破在离保护对象150 m 范围外设计最大起爆炸药量为401.66 kg。 正式炸礁前，先采用单孔药量32 kg、单次总起爆药量380 kg 进行试爆，将不会对9#重力式码头造成负面影响。

4.2 水中冲击波的安全距离

(1)爆破对水中人员、施工船舶安全距离

根据技术规范， 本工程水下钻孔爆破水中冲击波对水中人员、施工船舶的安全距离按表4 进行确定。

表4 本工程水中冲击波安全距离表

本工程单次总起爆炸药量为380 kg， 根据表4 计算结果，在工程爆破前，需要确保安全水域距离1400 m 内无其他人员在水下作业。 需要对半径250 m 的水域进行封航， 需要利用甚高频等一切有效手段与其它过往船舶进行联系。 确保起爆水域，水上水下人员、船舶清爽后再进行起爆作业。

(2)水中冲击波对养殖鱼类的影响

按照《爆破安全规程》(GB6722-2014)相关规定和《水运工程爆破技术规范》(JTS204-2008)有关规定，水中冲击波超压峰值对鱼类影响安全控制标准如表5 所示。

表5 水中冲击波超压峰值对鱼类影响安全控制标准

距离本工程附近700 m 范围之外有大片网箱养殖区域，且均属于高度敏感鱼类，鱼类对冲击波影响临界值为0.005 MPa，极易受到水下爆破的影响，施工控制难度大。水下冲击波声压值计算根据施工区域、地理环境、水深条件等的不同而不同，目前暂无统一的理论计算公式。为保证水下爆破的安全，采用小药量爆破，并设置传感器，经几次现场试验后，最终确定爆破药量。渔排养殖区的安全距离、装药量与水中冲击波压强关系按表6 确定。

表6 不同距离和爆破药量冲击波声压估算值(kPa)

综合 《爆破安全规程》、《水运工程爆破技术规范》规定和水下钻孔爆破施工特点，实际施工中，除控制最大段装药量外，还严格控制每次起爆总药量。确定本工程单次起爆的炸药量不得超过380 kg， 并且单孔最大装药量不得超过32 kg。

4.3 爆破安全警戒距离

根据《水运工程爆破技术规范》相关规定，在本工程炸礁起爆时， 确保将安全水域距离1400 m 内无其他人员在水上水下作业，并按要求做好安全警戒。 起爆时距爆破点250 m 范围内的两端航道处进行封航，封航时间30 min，起爆时严禁过往船舶及进港船舶闯入警戒区，同时岸上距离爆破点200 m 范围内进行封路， 起爆时严禁过往车辆及人员闯入警戒区。

5 小结

本文通过分析码头基槽爆破工艺， 基槽炸礁工艺及爆破物品种类和装药工艺参数等，结合相关技术规范，对爆破地震波的安全距离、 水中冲击波的安全距离进行核算分析，并根据水上水下作业安全距离，设置必要的封航区域和警戒区域， 减小爆破产生的冲击波对通航水域的影响，保障施工通航安全。