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【摘 要】 水下爆破施工是大体积工程结构中常用的施工方法，本文以株洲市枫溪大桥为工程背景，详细介绍了该大桥桥墩水下爆破施工的特点和具体施工工艺，为相似工程科学合理地设计爆破施工方案提供参考和借鉴。
【关键词】 悬索桥；深水无覆盖层；水下爆破；清渣
在株洲市枫溪大桥主桥桥墩施工中，根据航道通航要求，尽量减小大桥水下承台占用河道过水断面的面积，悬索桥的承台需埋入河床面以下，需采用水下爆破形成承台施工所需基坑。即利用安装在船舶上钻的钻机，在岩石中钻孔，孔中放入炸药爆破，再用挖泥船水下清渣。
1.工程概况
株洲枫溪大桥主桥为3×45+300+3×45m双塔单跨自锚式悬索桥。主桥桥型布置简图如图1所示。8#、9#墩为大桥主墩，每墩设置两个承台，承台纵横向尺寸为14×13.2m，高4.4m，每个承台下布置9根直径2.2米的基桩，如图2和图3所示。根据设计要求，主桥8#、9#主墩需采用水下爆破后开挖，再进行基础施工。
2.总体施工部署
对覆盖层较厚的部分，先采用抓斗式挖泥船清挖覆盖层，然后水下专用钻孔爆破船就位，配置多台CQ100型钻机，采用潜孔冲击钻进成孔，一次钻爆到设计深度，利用2m3抓斗式挖泥船清渣，配备100m3开底泥驳，运至指定地点弃渣。覆盖层按照1：3进行放坡开挖，岩层边坡取1：1，开挖断面如图4所示。
3.本工程水下爆破施工的特点
本工程水下爆破施工的特点有：
（1）湘江航运船舶对施工船舶有一定的干扰，爆破时段需封航以及海事部门协调。
（2）爆破施工距湘江北岸大堤较近，对大堤的安全有一定威胁。
（3）由于总开挖方量大，所需工期长，爆破、清渣约需3个月左右。
（4）爆破后需挖除土、石需找一个合适的地方堆放。
（5）爆破时，在安全范围以外，才能进行施工作业。对于主墩附近的栈桥等其他施工，只有在水下爆破完成后，才能进行，造成前期窝工及后期赶工的情况。
（6）水下清渣水深约15m，抓斗式挖泥船清渣效率低，施工难度大，费用高。
（7）8#墩位处地形高差大，坡度陡，给钻孔爆破船定位及钻孔定位带来较大难度。
（8）8#、9#墩位的岩溶地基工程地质在钻孔时容易造成卡钻、断钻杆，对施工进度影响也较大。
（9）因岩质软，其破碎性差，爆破效果不理想，爆破孔位需加密。而且部分河床地质粘性重，开挖效果差，影响开挖效率。
4.主要项目施工工艺及方法
4.1施工工艺流程
拟采用钻孔爆破船、水下钻孔爆破的方案，其流程图如图5所示。
图5 水下爆破流程图
4.2爆破参数的选择
水下钻孔爆破采用安装潜孔钻机的专业爆破船进行施工。依据相关资料，拟选用如下爆破参数：
（1）爆破施工顺序：从待爆破区域下游向上游进行施工。
（2）墩位处爆破岩层最大厚度为3.74m，根据水下爆破经验，一次钻爆到设计深度，钻孔超深取1m。
（3）爆破孔位布置：孔距a=1.5m，排距b=1.5m，采用“矩形”或“三角形”布孔，钻孔直径为90mm，如图6所示。
图6 水下爆破布孔方式示意图
（4）水下钻孔爆破单位炸药消耗量为q0，一般为1.2～1.8kg/m3。软岩取值较小，硬岩取值较大。本工程q0取1.5kg/m3。
（5）首排单孔装藥量：Q=q0×a×b×H0=1.5×1.5×1.5×（3.74+1.5）=17.7kg
（6）与首排同时起爆的后排单孔装药量：Q=q0×a×b×H0=1.5×1.5×1.5×（3.74+1）=16.0kg
（7）为了防止孔内起爆对孔外延期网络的影响，严格控制时间差，经计算，计划每次爆破共4排，每排4个孔，共16个孔，一次总起爆炸药量约为240～270kg。
（8）由于8#墩位处地形高差大，坡度陡，给钻孔定位带来较大难度，无法正常定位，根据已往施工经验拟采用水下阶梯爆破，从顶端一层一层往下爆破施工，每次爆破3m（根据爆破效果进行调整），使之形成一定的钻爆平台来满足钻孔需要。
4.3爆破器材的选用
根据本工程的水深及地质情况均采用防水、抗压、性能优良的爆破器材，其技术参数和性能如下：
炸药：采用药卷直径为70mm，药卷长度0.4m的乳化炸药。
电雷管：采用防水8#铜壳瞬发电雷管，要求同厂同批产品。施工前用电雷管测试仪测量。
导爆管雷管：采用毫秒延期抗压导爆管雷管，导爆管长5m-25m不等（可根据施工实际需要向当地公安部门指定的相关部门定购不同规格的段别雷管）。
其他材料：连接引爆体和起爆器的电线采用绝缘良好的金属铜线。包扎引爆体和电线接头采用防水绝缘良好的防水胶布。在正式施工前，模拟施工时实际情况组装爆破器材，对其进行防水可靠性的检验。
4.4起爆网路设计
爆破网路采用孔外延期，微差控制爆破，一次起爆，多次爆破，每排孔内分别装9段、11段、13段、15段毫秒延期雷管，排与排之间进行5段过桥连，如图7所示。
图7 爆破网格示意图
4.5爆破安全距离
根据《爆破安全规程》规定：
（1）爆破振动安全允许距离为：
（1）
式中：R——爆破振动安全允许距离，单位为m
Q——延时爆破最大一段装药量，本工程取18kg.
V——保护对象所在地质点振动安全允许速度。本工程取用1.0cm/s。 K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关系的系数和衰减指数，本工程K取150，α取值1.5，经计算R=74.0m。
在上述安全允许距离内，无重要构造物，对周边设施影响小。但在水下爆破施工期间，在上述安全允许距离内，不得进行主体结构混凝土施工。已完成的主体结构混凝土强度需达到设计强度的75%以上。
（2）水中冲击安全距离的确定
①游泳：1100m
②潜水：1400m
③船舶、铁船：150m，木船：250m
（3）爆破个别飞散物对人员的安全距离
根据规程，爆破个别飞散物对人员的安全距离按200m控制。
（4）在正式爆破前，需进行试验。以此检测该工艺对附近构造物的影响程度。
4.6成孔及爆破工艺
（1）成孔
爆破前由测量人员在岸边适当位置选择测站。根据炮孔平面图上的炮孔位置计算出定位炮孔坐标。实际定位时，根据计算好的炮孔定位坐标，用全站仪或GPS进行测量，利用钻孔爆破船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。根据水位确定钻孔深度。
钻孔质量要求：孔位误差：±200mm
孔深误差：<200mm
孔底沉渣：<200mm
钻孔垂直度：<1%。
（2）药包的加工包装
炸药包用特制的塑料袋加工包装，技术员给出单孔装药量后，由装药员加工制作炸药包。将药卷放入特制的塑料袋中，配以细砂，每1kg炸药配细砂0.4kg，以确保药卷在钻孔中能顺利下沉。
（3）炮孔装药与填塞
炮孔成孔后，要检查炮孔深度和沉渣厚度，不符合要求的炮孔不能装药。各项指标符合质量要求后，通知爆破员装药。装药时应接紧提绳，配合送药杆进行，不得使药包自由下落。爆破员测量药包是否到位，药包到位后慢慢提拔大管，防止刮带药包。孔深小于3m时装两个起爆药包，药包位置放在孔底；孔深大于3m时加装两个起爆药包，药包位置在距离孔底2/3装药高度处。起爆时河水深度小于2m时炮孔中用细砂填塞，长度为孔深的1/5～1/3；水深大于2m时不需填塞。装药完毕，经检查无误后，爆破员将导爆管起爆网路的节点整理捆扎后放在安全部位。
（4）起爆网路的连接
一次起爆的钻孔全部装药完毕后，爆破员根据设计的起爆网路按不同的节点将导爆管均匀地铺设在传爆雷管四周，并用胶布捆扎牢固。经检查无误，水上施工船舶全部撤至安全区并发出爆破预告信号后再将电雷管与水下的非电导爆管用胶布牢固地捆扎在一起。连接电雷管的小电缆起爆前再与起爆器连接。
（5）起爆
当按设计要求起爆的炮孔起爆网路连接完毕后，经质检员检查（同段起爆孔数、雷管段别、捆扎质量、网路节点等）无误后，现场指挥联系起爆前的各项事宜。待各单位的人员和施工船舶等撤离爆破危险区后，发爆破预告信号，5分钟后发起爆信号，发起爆信号后即刻起爆。起爆完毕，爆破员需确认有无盲炮，经检查无任何隐患后，发爆破解除信号，工作人员方可进入现场作业。
4.7防护材料及防护方法
（1）用细砂堵塞炮孔。
（2）注意孔内的导爆管，防止掉入水中或拉、折断。
（3）注意炮孔位置，联接好网路后，炮位要系浮标，移船时注意套管、钻机等障碍物挂断爆破网路。
（4）认真了望，注意上、下通航船舶。
（5）一切行动听指挥，严禁非施工船舶停靠施工水域。
（6）非施工人员严禁上工作船。
4.8警戒范围与信号标志
（1）警戒范围：
根据爆破参数设计，警戒范围以内的人员、船舶、车辆等疏散到安全地带，临时封锁爆破施工危险区域内的道路，四周设警戒哨。
（2）信号：
第一次警报：警戒信号、人员、船舶、车辆等疏散至安全地带。
第二次警报：点火起爆。
第三次警报：撤除警戒，恢复正常秩序。
（3）标志：挂水下爆破船舶专用标志。
4.9基坑清渣、水下整平
水下清渣水深约15m，结合以往爆破、清渣的施工经验，采用2m3抓斗式挖泥船清渣。清渣顺序：先上游至下游。
清渣时，技术人员必须跟班作业，根据设计图纸和水位情况计算开挖深度和宽度，及时用测绳测出已完断面的开挖深度和宽度是否符合设计要求，并严格控制开挖边线，避免超挖和欠挖。
开挖完毕后，采用GPS全球定位系统和回声测深仪进行检测，如局部不满足要求，可补钻爆，再清除余渣。
5.结语
株洲市枫溪大桥水下爆破施工解决了在深水基础施工中，在陡峭岩面上水下爆破的施工及钢围堰在无覆盖层情况下的施工。解决了在陡峭岩面条件下水下爆破施工工效，降低安全风险，对于无覆盖层钢围堰施工提供一套快速有效的定位系统，确保施工安全及质量。以上工艺及方法解决了桥梁施工中较常遇到的一类问题，值得在类似工程中推广借鉴。
参考文献：
[1]张志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程师手册，2002-10-1
[2]汪旭光，于亚伦，刘殿中《爆破安全規程实施手册》，2004-9-1
[3]陆春昌，林发荣《爆破施工》2010-3
【关键词】 悬索桥；深水无覆盖层；水下爆破；清渣
在株洲市枫溪大桥主桥桥墩施工中，根据航道通航要求，尽量减小大桥水下承台占用河道过水断面的面积，悬索桥的承台需埋入河床面以下，需采用水下爆破形成承台施工所需基坑。即利用安装在船舶上钻的钻机，在岩石中钻孔，孔中放入炸药爆破，再用挖泥船水下清渣。
1.工程概况
株洲枫溪大桥主桥为3×45+300+3×45m双塔单跨自锚式悬索桥。主桥桥型布置简图如图1所示。8#、9#墩为大桥主墩，每墩设置两个承台，承台纵横向尺寸为14×13.2m，高4.4m，每个承台下布置9根直径2.2米的基桩，如图2和图3所示。根据设计要求，主桥8#、9#主墩需采用水下爆破后开挖，再进行基础施工。
2.总体施工部署
对覆盖层较厚的部分，先采用抓斗式挖泥船清挖覆盖层，然后水下专用钻孔爆破船就位，配置多台CQ100型钻机，采用潜孔冲击钻进成孔，一次钻爆到设计深度，利用2m3抓斗式挖泥船清渣，配备100m3开底泥驳，运至指定地点弃渣。覆盖层按照1：3进行放坡开挖，岩层边坡取1：1，开挖断面如图4所示。
3.本工程水下爆破施工的特点
本工程水下爆破施工的特点有：
（1）湘江航运船舶对施工船舶有一定的干扰，爆破时段需封航以及海事部门协调。
（2）爆破施工距湘江北岸大堤较近，对大堤的安全有一定威胁。
（3）由于总开挖方量大，所需工期长，爆破、清渣约需3个月左右。
（4）爆破后需挖除土、石需找一个合适的地方堆放。
（5）爆破时，在安全范围以外，才能进行施工作业。对于主墩附近的栈桥等其他施工，只有在水下爆破完成后，才能进行，造成前期窝工及后期赶工的情况。
（6）水下清渣水深约15m，抓斗式挖泥船清渣效率低，施工难度大，费用高。
（7）8#墩位处地形高差大，坡度陡，给钻孔爆破船定位及钻孔定位带来较大难度。
（8）8#、9#墩位的岩溶地基工程地质在钻孔时容易造成卡钻、断钻杆，对施工进度影响也较大。
（9）因岩质软，其破碎性差，爆破效果不理想，爆破孔位需加密。而且部分河床地质粘性重，开挖效果差，影响开挖效率。
4.主要项目施工工艺及方法
4.1施工工艺流程
拟采用钻孔爆破船、水下钻孔爆破的方案，其流程图如图5所示。
图5 水下爆破流程图
4.2爆破参数的选择
水下钻孔爆破采用安装潜孔钻机的专业爆破船进行施工。依据相关资料，拟选用如下爆破参数：
（1）爆破施工顺序：从待爆破区域下游向上游进行施工。
（2）墩位处爆破岩层最大厚度为3.74m，根据水下爆破经验，一次钻爆到设计深度，钻孔超深取1m。
（3）爆破孔位布置：孔距a=1.5m，排距b=1.5m，采用“矩形”或“三角形”布孔，钻孔直径为90mm，如图6所示。
图6 水下爆破布孔方式示意图
（4）水下钻孔爆破单位炸药消耗量为q0，一般为1.2～1.8kg/m3。软岩取值较小，硬岩取值较大。本工程q0取1.5kg/m3。
（5）首排单孔装藥量：Q=q0×a×b×H0=1.5×1.5×1.5×（3.74+1.5）=17.7kg
（6）与首排同时起爆的后排单孔装药量：Q=q0×a×b×H0=1.5×1.5×1.5×（3.74+1）=16.0kg
（7）为了防止孔内起爆对孔外延期网络的影响，严格控制时间差，经计算，计划每次爆破共4排，每排4个孔，共16个孔，一次总起爆炸药量约为240～270kg。
（8）由于8#墩位处地形高差大，坡度陡，给钻孔定位带来较大难度，无法正常定位，根据已往施工经验拟采用水下阶梯爆破，从顶端一层一层往下爆破施工，每次爆破3m（根据爆破效果进行调整），使之形成一定的钻爆平台来满足钻孔需要。
4.3爆破器材的选用
根据本工程的水深及地质情况均采用防水、抗压、性能优良的爆破器材，其技术参数和性能如下：
炸药：采用药卷直径为70mm，药卷长度0.4m的乳化炸药。
电雷管：采用防水8#铜壳瞬发电雷管，要求同厂同批产品。施工前用电雷管测试仪测量。
导爆管雷管：采用毫秒延期抗压导爆管雷管，导爆管长5m-25m不等（可根据施工实际需要向当地公安部门指定的相关部门定购不同规格的段别雷管）。
其他材料：连接引爆体和起爆器的电线采用绝缘良好的金属铜线。包扎引爆体和电线接头采用防水绝缘良好的防水胶布。在正式施工前，模拟施工时实际情况组装爆破器材，对其进行防水可靠性的检验。
4.4起爆网路设计
爆破网路采用孔外延期，微差控制爆破，一次起爆，多次爆破，每排孔内分别装9段、11段、13段、15段毫秒延期雷管，排与排之间进行5段过桥连，如图7所示。
图7 爆破网格示意图
4.5爆破安全距离
根据《爆破安全规程》规定：
（1）爆破振动安全允许距离为：
（1）
式中：R——爆破振动安全允许距离，单位为m
Q——延时爆破最大一段装药量，本工程取18kg.
V——保护对象所在地质点振动安全允许速度。本工程取用1.0cm/s。 K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关系的系数和衰减指数，本工程K取150，α取值1.5，经计算R=74.0m。
在上述安全允许距离内，无重要构造物，对周边设施影响小。但在水下爆破施工期间，在上述安全允许距离内，不得进行主体结构混凝土施工。已完成的主体结构混凝土强度需达到设计强度的75%以上。
（2）水中冲击安全距离的确定
①游泳：1100m
②潜水：1400m
③船舶、铁船：150m，木船：250m
（3）爆破个别飞散物对人员的安全距离
根据规程，爆破个别飞散物对人员的安全距离按200m控制。
（4）在正式爆破前，需进行试验。以此检测该工艺对附近构造物的影响程度。
4.6成孔及爆破工艺
（1）成孔
爆破前由测量人员在岸边适当位置选择测站。根据炮孔平面图上的炮孔位置计算出定位炮孔坐标。实际定位时，根据计算好的炮孔定位坐标，用全站仪或GPS进行测量，利用钻孔爆破船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。根据水位确定钻孔深度。
钻孔质量要求：孔位误差：±200mm
孔深误差：<200mm
孔底沉渣：<200mm
钻孔垂直度：<1%。
（2）药包的加工包装
炸药包用特制的塑料袋加工包装，技术员给出单孔装药量后，由装药员加工制作炸药包。将药卷放入特制的塑料袋中，配以细砂，每1kg炸药配细砂0.4kg，以确保药卷在钻孔中能顺利下沉。
（3）炮孔装药与填塞
炮孔成孔后，要检查炮孔深度和沉渣厚度，不符合要求的炮孔不能装药。各项指标符合质量要求后，通知爆破员装药。装药时应接紧提绳，配合送药杆进行，不得使药包自由下落。爆破员测量药包是否到位，药包到位后慢慢提拔大管，防止刮带药包。孔深小于3m时装两个起爆药包，药包位置放在孔底；孔深大于3m时加装两个起爆药包，药包位置在距离孔底2/3装药高度处。起爆时河水深度小于2m时炮孔中用细砂填塞，长度为孔深的1/5～1/3；水深大于2m时不需填塞。装药完毕，经检查无误后，爆破员将导爆管起爆网路的节点整理捆扎后放在安全部位。
（4）起爆网路的连接
一次起爆的钻孔全部装药完毕后，爆破员根据设计的起爆网路按不同的节点将导爆管均匀地铺设在传爆雷管四周，并用胶布捆扎牢固。经检查无误，水上施工船舶全部撤至安全区并发出爆破预告信号后再将电雷管与水下的非电导爆管用胶布牢固地捆扎在一起。连接电雷管的小电缆起爆前再与起爆器连接。
（5）起爆
当按设计要求起爆的炮孔起爆网路连接完毕后，经质检员检查（同段起爆孔数、雷管段别、捆扎质量、网路节点等）无误后，现场指挥联系起爆前的各项事宜。待各单位的人员和施工船舶等撤离爆破危险区后，发爆破预告信号，5分钟后发起爆信号，发起爆信号后即刻起爆。起爆完毕，爆破员需确认有无盲炮，经检查无任何隐患后，发爆破解除信号，工作人员方可进入现场作业。
4.7防护材料及防护方法
（1）用细砂堵塞炮孔。
（2）注意孔内的导爆管，防止掉入水中或拉、折断。
（3）注意炮孔位置，联接好网路后，炮位要系浮标，移船时注意套管、钻机等障碍物挂断爆破网路。
（4）认真了望，注意上、下通航船舶。
（5）一切行动听指挥，严禁非施工船舶停靠施工水域。
（6）非施工人员严禁上工作船。
4.8警戒范围与信号标志
（1）警戒范围：
根据爆破参数设计，警戒范围以内的人员、船舶、车辆等疏散到安全地带，临时封锁爆破施工危险区域内的道路，四周设警戒哨。
（2）信号：
第一次警报：警戒信号、人员、船舶、车辆等疏散至安全地带。
第二次警报：点火起爆。
第三次警报：撤除警戒，恢复正常秩序。
（3）标志：挂水下爆破船舶专用标志。
4.9基坑清渣、水下整平
水下清渣水深约15m，结合以往爆破、清渣的施工经验，采用2m3抓斗式挖泥船清渣。清渣顺序：先上游至下游。
清渣时，技术人员必须跟班作业，根据设计图纸和水位情况计算开挖深度和宽度，及时用测绳测出已完断面的开挖深度和宽度是否符合设计要求，并严格控制开挖边线，避免超挖和欠挖。
开挖完毕后，采用GPS全球定位系统和回声测深仪进行检测，如局部不满足要求，可补钻爆，再清除余渣。
5.结语
株洲市枫溪大桥水下爆破施工解决了在深水基础施工中，在陡峭岩面上水下爆破的施工及钢围堰在无覆盖层情况下的施工。解决了在陡峭岩面条件下水下爆破施工工效，降低安全风险，对于无覆盖层钢围堰施工提供一套快速有效的定位系统，确保施工安全及质量。以上工艺及方法解决了桥梁施工中较常遇到的一类问题，值得在类似工程中推广借鉴。
参考文献：
[1]张志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程师手册，2002-10-1
[2]汪旭光，于亚伦，刘殿中《爆破安全規程实施手册》，2004-9-1
[3]陆春昌，林发荣《爆破施工》2010-3