黄埔炸礁工程
黄埔炸礁工程
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
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2kin的“大石”--“二石”水域中的礁石49.
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~
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
图1钻孔爆破工作船
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
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
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。把内套管插入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。
图2钻孔用双套管
2.3装药
采用2号岩石炸药作主装药。长1.
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)。
图3爆破场景
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
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,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.
3.3压缩爆破
个别地段泥沙覆盖仅为0.1~
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
表1气泡帷幕发射装置结构
组别 | 管别 | 发射管 | 发射孔 | ||||||
直径 /mm | 长度 /m | 管间距 /m | 排数 /排 | 孔间距 /mm | 孔直径 /mm | 发射角 /(°) | 孔个数 /个 | ||
第一组 | 1 | 91 | 33.5 | 2.5 | 2 | 50 | 1.5 | 60 | 1410 |
2 | 75 | 34.9 | 70 | 180 | 975 | ||||
第二组 | 3 | 91 | 25.0 | 2.5 | 2 | 50 | 1.5 | 45 | 1050 |
4 | 75 | 27.3 | 70 | 25 | 765 |
图4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~
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。