水下控制爆破隔振氣泡帷幕管減震技術(shù)研究與應(yīng)用

荊東旭

摘? 要：由于水的不可壓縮特性，水下爆破產(chǎn)生的沖擊波對周圍環(huán)境可能造成沖擊和破壞。該文通過工程實踐，對水下爆破的一些爆破參數(shù)（藥量、延時）進行了調(diào)整，對水下隔振氣泡帷幕的沖量和安排位置進行試驗，削弱了對水下爆破施工時產(chǎn)生的爆破震動和水下沖擊波峰值壓力效果，從而減小爆破產(chǎn)生的通過水和水下巖石傳播的沖擊波、地震波、涌浪對被保護對象的建（構(gòu)）筑物及周邊生態(tài)環(huán)境的影響，對之后的類似工程提供有益經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：水下控制爆破;沖擊波;帷幕管的減震

中圖分類號： TU472? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 工程概況

核電廠廠址三面環(huán)海，地勢平緩，自然地形標(biāo)高一般在8 m～40 m。海岸斜坡穩(wěn)定性較好。爆破區(qū)域為取水明渠渠內(nèi)礁石水下爆破，爆破深度約2 m～8 m，礁面高潮時水深6 m、低潮時水深2 m。地質(zhì)結(jié)構(gòu)為中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖。

2 方案選擇

該方案主要是滿足核電取水明渠渠道的水下爆破需要而編制，主要目的是為了保證水下爆破施工時爆破震動、爆破沖擊波不對施工區(qū)周邊的泵房、高壓電架、廠房、開關(guān)站和核島設(shè)施造成危害，保證爆破工作安全、有序的進行，使爆破產(chǎn)生的影響對各周邊環(huán)境影響減到最小[1]。

根據(jù)施工經(jīng)驗，該工程水下爆破施工時必須采用毫秒微差技術(shù)措施控制最大段起爆藥量，并控制總爆破規(guī)模的方式，經(jīng)測算，單孔裝藥量不應(yīng)超過振動控制要求[2]。

同時為確保對水下爆破時爆破沖擊波對臨時鋼閘門的直接作用，在臨時鋼閘門上安裝氣泡帷幕管，在爆破時啟動，使氣泡帷幕削弱沖擊波，阻斷沖擊波對閘門的作用，防止閘門變形而失效[3]。

3 爆破參數(shù)

炸礁船在對每個礁區(qū)施工時，均沿渠道橫向斷面線，梅花狀布孔的施工方法進行施工。采用分層施工設(shè)計底標(biāo)高-10 m（加超深2 m）的方式垂直鉆孔，孔徑138 mm，孔深2 m～6 m。根據(jù)爆破工程的要求、地質(zhì)地形條件及巖石破碎塊度和松散度的要求，以現(xiàn)有的鉆機類型來考慮確定孔距a=1.85 m、排距b=1.5 m、抵抗線w=b/（1.2～1.5）取1.6 m。藥卷直徑為110 mm，每米藥卷重量約為10 kg，采用非電雷管為起爆元件引爆藥包。水下鉆孔爆破單位耗藥量按1.0 kg/m3確定炸藥裝至離孔口約1.5 m，填塞長度不少于100 cm。爆破采用“單孔、單響”并聯(lián)傳爆網(wǎng)絡(luò)，適用于水下中深孔爆破及控制爆破，排間最小微差間隔時間不小于50 ms。為保證準(zhǔn)確起爆，該工程每孔使用2個起爆體起爆;水下炮孔采用碎石、混合料等進行填塞。

4 爆破震動的安全校核

該工程采用秦山核電站爆破振動加速度公式進行控制。解放軍理工大學(xué)南京工程兵學(xué)院通過實驗得到單孔爆破的波形，利用蒙特卡羅方法模擬雷管的延期時間，根據(jù)波形的疊加原理得到保護目標(biāo)處的波形預(yù)報供設(shè)計參考。

當(dāng)局部孔深較大、單孔裝藥量有可能超過允許最大藥量時，將考慮調(diào)整孔、排距或分層爆破施工的方案進行調(diào)整，以滿足運行機組及設(shè)施的安全。

根據(jù)爆破設(shè)計方案，考慮到施工速度及作業(yè)方便，每次爆破均采用裝藥相對分散和毫秒差延期起爆的措施，使每次單段齊爆的藥量均少于周邊建筑允許藥量，以減少地震波的危害，根據(jù)每次施爆點與周邊建筑距離，對每次的齊爆裝藥量進行嚴(yán)格控制。

5 水中沖擊波

水通常作為不可壓縮的介質(zhì)。因此水下爆破產(chǎn)生的沖擊波及其帶來的安全方面的影響，不可忽視。水中爆破產(chǎn)生水中的沖擊波向外傳播，同時還產(chǎn)生爆炸氣態(tài)產(chǎn)物形成的高氣壓的脈動。氣團脈動時，水中將形成稀疏波和壓力波。稀疏波的產(chǎn)生與每一次氣團體積達到的最大值相應(yīng)，而壓力波則與每一次的最小值相應(yīng)。

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》確定水下鉆孔爆破水中沖擊波對水中人員及施工船舶的安全距離。

水下爆破對潮水作業(yè)影響較大，因些作業(yè)期間需與相關(guān)業(yè)主、其他單位、CNPE加強聯(lián)系溝通，爆破前對取水明渠取水口靠大海方向進行警戒，引水渠范圍內(nèi)嚴(yán)禁外來船只進入。

6 泵房結(jié)構(gòu)閘門防爆破水中沖擊波措施

為了防止水下爆破時產(chǎn)生的沖擊波對泵房結(jié)構(gòu)閘門構(gòu)成威脅，現(xiàn)泵房流道防護鋼閘門、已按前池負挖方案已安裝施工完畢;后續(xù)在水下爆破時產(chǎn)生的沖擊波將直接作用于泵房的內(nèi)部設(shè)施，因此后續(xù)爆破時通過控制震動閾值，采取單孔、單響或孔內(nèi)分段、增加“氣泡帷幕”、合理選擇拋擲方向等技術(shù)措施，最大限度地保證泵房、等子項的安全。

7 氣泡帷幕管安裝

防護鋼閘門上的氣泡帷幕管已安裝完畢 ，氣泡帷幕采用Ф50 mm鋼管制作，噴氣管啟動后向水中噴射氣流形成氣液相流的氣泡從而形成氣帷，氣泡在上升過程中會隨著水壓的減小而逐漸增大，至水面時氣泡破裂，從而達到對防護被保護物的目的，氣源采用2臺空氣壓縮機提供，空壓機設(shè)置于炸礁船上，從船上引出至泵房閘門段之間采用高壓緾繞網(wǎng)管連接。

每次水下爆破前，進行氣泡帷幕啟動工作，打開空壓機，釋放壓縮空氣，使管道的噴氣管中噴出隔離氣泡，從而起到對防護鋼閘門的保護作用。

8 氣泡帷幕工作參數(shù)

噴氣管向水中噴射氣流形成氣液相流的氣泡從而形成氣帷，氣泡在上升過程中會隨著水壓的減小而逐漸增大，至水面時氣泡破裂，從而達到對防護被保護物的目的; 氣泡帷幕管管徑50 mm，每片閘門豎向管長度16 m，橫向管4條，每條長度4 m，鋼管上方開Ф3 mm@300 mm通氣孔。

9 管道連接要求

空壓機與鋼管、橡膠管連接必須確保密封，連接完成后接口處采用涂皂液檢測氣密性，如有泄漏必須重新連接;空壓機必須按程序要求定期維修、保養(yǎng)以保證性能可靠。

10 啟動要求

爆破警報響起時必須先行啟動空壓機，空壓機操作人員必須與爆破人員爆破指令同步打開氣閥，從而使產(chǎn)生的氣帷可靠、有效。

泵房進水后，在爆破施工時，除采取“氣泡帷幕”減振外，選擇合理的爆破參數(shù)、爆破規(guī)模、爆破拋擲方向等均能有效減振，具體施工時，按試爆設(shè)計，每炮次排數(shù)控制在二排內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整后續(xù)孔排距;爆破臨空面選擇向北側(cè)已施工完成的方向拋擲，從而減小爆破產(chǎn)生的沖擊波對防護鋼閘門和泵房內(nèi)部設(shè)備的正面沖擊[4]。

參考文獻

[1]孫金山，李正川，陳明，等.《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）邊坡巖體爆破振動速度安全允許值的理論探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2017，36（12）：2971-2980.

[2]關(guān)于發(fā)布《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS 204—2008）的公告[J].城市道橋與防洪，2008（11）：121.

[3]郭文偉.《水運工程測量規(guī)范》（JTJ 203—2001）簡介[J].水運工程，2002（4）：53-55.

[4]劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.