完成时间：1968～1972年

工程地点：黄埔港大濠洲航道

完成单位：广东省水利电力厅、广州航道局、广东省航道局、黄埔港航道处、铁道部科学研究院、新丰江水库钻探大队

项目主持人及参加人员：马乃耀、冯叔瑜、林志祥、王中黔、吕  毅、杨杰昌、史雅语、顾毅成

撰稿人：王中黔

1   前言

广东黄埔港是我国华南地区最大的外贸港口。航道自垃圾尾起至黄埔港码头东角，全长115．55km，是海、河连接，水陆联运的枢纽。但是，在20世纪70年代前，由于这条航道上，有大濠洲、莲花山、内伶仃三处浅水地段，严重地限制航道的通过能力，影响了港口吞吐量和发展前景。特别是大濠洲航道上的“大石”——“二石”水域里，分布有，纵横面积达28000m²的礁石，成了航道的咽喉地带。据1953～1968年的不完全统计，黄埔航道曾发生海损事故135宗，每年平均9宗，在经济上造成重大损失。

1968年，根据《黄埔航道整治工程规划》，由广东省水利电力厅负责该项工程，由广州航道局等单位组织了专业水下爆破炸礁队，并与铁道部科学研究院合作，进行航道整治。1968～1972年，总计炸除长约2km的“大石”——“二石”水域中的礁石49．6万m³，清挖礁石33万m³，航道拓深至10m、拓宽80m。实际总费用622．48万元，为国家节省工程费用1000万元，初步发挥了整治工程的效益。创造了一套水下深孔爆破水上作业全新的设计、施工工艺，并被誉为“黄埔水下爆破法”。

黄埔港水下爆破炸礁的主要经验，归纳起来有以下几个方面：

(1)在施工工艺上，建立了一套比较完整、合理的水上作业施工方法。

(2)在爆破技术上，应用了陆上定向爆破的原理，在水下开挖定向槽形成有利的临空面，并为爆破后的石渣提供了存放场地，既保证了航道的畅通，又便于清挖。

(3)在工程实践中，积累了大量的科学数据，分析研究了水下爆炸冲击波、振动效应和水工构筑物在爆炸荷载作用下的动态响应。

2   施工方法和施工工艺

黄埔港河床基岩为红砂岩，表层覆盖有0．1～1．5m的泥沙。水域的潮汐水位差最大为4．0m，最大流速为1．1m／s，最大浪高达0．3m。

施工方法和施工工艺的主要特点如下：

(1)除爆破作业外，其他所有施工作业均可在不封港断航的条件下进行。

(2)彻底排除了水下作业。钻孔、装药、连接爆破网路和起爆作业都在钻船上进行。

(3)采用了活动的自动调节的双套管，在动水流的情况下能顺利、正确地钻凿炮孔。

(4)解决了炸药密封防水和耐压的问题，因而能广泛采用2号岩石炸药和电雷管。

(5)采用了一套严密合理的作业规章制度，四年多来从未发生过任何爆破伤亡事故。

2．1钻孔爆破工作船

图1（略）是黄埔炸礁工程施工中采用的两条钻孔爆破工作船，它们是利用载重220t的驳船改装而成。船长31．0m、宽10．6m、吃水0．5m。布置有五台XJ-100型(或XU-300型)钻机，间距固定为2．5m。钻船上设有12．5kw发电机组、照明系统和起爆电站。

钻船航行时，靠拖轮助航。进入施工场地后，采用“乌龟锚”固定船位。钻孔移位或因躲避爆破在近距离移动和复位时，则靠船上锚机进行。钻船定位采用六分仪，定位误差最大不超过20cm。

2．2钻孔

为避免潮汐、动水流和淤泥流砂对钻孔装药作业的影响，创造了活动的可自动调节的双套管定位钻孔法，如图2所示。双套管分内外两部分，外套管直径12.7mm，内套管为108mm，它们的长度根据当地的水深和水位变化的大小而定。

当钻船进入施工场地锚定以后，外套管靠自重下沉到水底钻孔位置的覆盖层上，并用船舷固定盘和下甲板的固定环将其套住。把内套管插人外套管中并固定在上甲板的固定圈处。然后，钻具靠自动调节的双套管的导向，准确地通过覆盖层钻进岩石中。随着潮汐的涨落，固定在船上的内套管可在外套管中伸缩自动适应水位的变化，使钻孔作业避免潮汐、流态、波浪以及流沙淤孔等的影响。

2．3装药

采用2号岩石炸药作主装药。长1．0m的炸药筒内装6kg 2号岩石炸药。长0．5m的炸药筒内装3．5kg硝化甘油炸药和三个并联的电雷管，用作起爆筒。

采用直接装药方法，每钻完一个孔取出钻具后，随即把存放在爆破作业船上的炸药筒和起爆筒沿着双套管装入孔中。然后，把双套管分别提升到框架上，当导线露出水面时，可在辅助工作平台上将导线取出，并按一定的顺序和位置捆扎到锚定在爆破工作船旁的接线杆上。

2．4连接爆破网路和起爆

钻孔、装药工序全部完成以后，在爆破工作船上利用浮在水面上的接线杆有序地连接爆破网路，钻船撤退到爆破安全地点，封锁上下游航道，发出爆破信号，进行爆破(见图3)（略）。

3   水下爆破的技术设计

在航道咽喉地带进行水下爆破时，如何控制爆破后岩块的均匀性和堆积范围，以便挖泥船清挖碎渣及防止航道堵塞至关重要。因此，根据工程的具体情况，采用三种爆破技术，分别取得了相应效果。

3．1水下定向抛掷爆破

定向爆破技术在我国陆上爆破的应用中，已经有了不少成功的工程实例。但是，把定向爆破原理具体应用到水下爆破的工程实践中，黄埔水下爆破还是第一次。

“大石”——“二石”地处航道咽喉，水深只有6．6m，若用常规的水下钻孔爆破法施工，爆后岩体被炸松膨胀，使航道变浅，影响船舶航行。

在“大石”——“二石”工程实践中，首先在航道爆破区的边沿选择河床较深和比较开阔的有利地形，采用水下双侧抛掷爆破开挖一条适当宽度和深度的沟槽，作为航道区域内单侧定向爆破抛掷堆积岩块的聚渣坑，开创了有利的临空面。双侧抛掷药包的布置，主要根据地形条件、岩块抛掷距离及炸药能量分布原理等来确定。单侧定向抛掷爆破药包的最小抵抗线与梯段高度之比应在0．6左右。但是由于水层的影响j药量通常要比陆上定向爆破增加40﹪左右。

3．2水下大面积钻孔爆破

“大石”——“二石”水下爆破的孔网布置为：钻孔间距2．5m，排距2．0～2．5m，超钻O．5～1．5m。炮孔直径为96mm，长度4～6m，单位耗药量为0．4～0．65kg／m³。一次爆破就能达到要求的设计标高，不留岩埂，也无需进行二次破碎即可用挖泥船清渣。但在水深较大时，应适当增加药量。在一般情况下，每天进行一次爆破，每次起爆50～60孔，装药1t左右，最多时，一次起爆100～200个孔，装药总量达到2～4t。

3．3压缩爆破

个别地段泥沙覆盖仅为0．1～0．2m厚或需要开挖的深度不到1m时，采用压缩爆破(水下裸露药包)法，也能取得良好的爆破效果。

4   安全防护技术

为避免水下爆破时冲击波和地震波对周围水中生物、船舶以及附近的水工建筑物和结构物产生不利的影响，使用了冲击波、动应变和振动速度三种测量系统，进行了相应的监测，所得的成果作为水下爆破炸礁时确定爆破规模的依据。

这里重点介绍，在靠近船厂坞门前进行水下钻孔爆破时，为确保坞门安全采用的低压气泡帷幕防护技术及其效果。

4．1气炮帷幕防护技术

气泡帷幕的设计原则是，应当尽可能地提高单位时间内气泡在水中的密度。为达到这一目的，采取了以下几种措施：

(1)提高压缩空气的压力和流量；

(2)适当增加发射孔的数量和减小孔的直径；

(3)改善气泡发射装置结构，使其能延长气泡在水中停留的时间，形成较厚的帷幕以及气泡群运动能猛烈地搅动水流。

4．2低压气泡帷幕发射系统的布设

低压气泡帷幕敷设在坞门前沿的水底。发射系统共分成两组，每组由两根发射管组成一矩形框架。每条发射管上钻有许多不同角度的小孔，使流量为60m³／min、具有2×10⁵～4×10⁵Pa的压缩空气通过4200个气孔发射到水中，形成涡流式的气泡群。其详细结构如表1所示，图4（略）为气泡发射后坞门前的水面现象。

4．3低压气泡帷幕的防护效果

在坞门前沿对低压气泡帷幕的效果进行了32次生产性试验。坞门处水深7～8m，气泡帷幕发射管沉在坞门前2m处的水底，沿坞门全长敷设。水下爆破的最近距离38．4m、最远为232m，炸药量最小4kg、最大为164kg。

实测表明，采用低压气泡帷幕防护措施后，在爆炸荷载作用下坞门结构的振动和应力应变响应大幅度降低，只有在未采取这一措施前的1／10～2／10。

综上所述，气泡帷幕防护技术，在水下爆破作业中是一项有前景的新技术。因此，无论是在内河航道疏浚、沿海港口码头工程还是军事上都可以用来保护水面船舶、水下潜艇、水下施工作业、沿岸水工建筑物和构筑物等在水下爆破时的安全。

摘自《中国典型365体育与技术》