探索西江“龍圩水道”水下延時(shí)爆破降低震動(dòng)傳播速度參數(shù)選取

張利洪

摘要：為解決西江“龍圩水道”水下爆破整治工程臨近高樓居民對(duì)震感的特殊要求，探索將爆破震動(dòng)傳播速度降低到了0.5m/s 以下延時(shí)爆破參數(shù)選取。通過(guò)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證達(dá)到要求。

關(guān)鍵詞：降低震動(dòng)傳播速度;延時(shí)爆破;爆破參數(shù);監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：U615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）03-0079-05

“黃金水道”西江“龍圩水道”水下延時(shí)爆破整治工程臨近梧州主城區(qū)。岸邊高樓及建筑物比較復(fù)雜，對(duì)爆破震動(dòng)及空氣沖擊波要求高。震動(dòng)傳播速度超過(guò)0.5m/s 時(shí)，居民樓15層以上人為感覺(jué)震動(dòng)比較強(qiáng)烈。探索水下延時(shí)爆破降低震動(dòng)傳播速度參數(shù)選取。

“延時(shí)爆破”技術(shù)具有爆破震動(dòng)小，空氣沖擊波及飛石危害小，爆堆“大塊率”和能耗均低，能夠提高炸藥利用率等特點(diǎn)。“水下爆破”技術(shù)采用“簇聯(lián)”起爆網(wǎng)路。

1工程概況

1.1工程周邊建筑物情況

西江航運(yùn)干線貴港至梧州3000噸級(jí)航道工程“龍圩水道”位于梧州主城區(qū)，南岸樓房比較多。南北兩岸已建防洪堤，岸坡較為穩(wěn)定。經(jīng)衛(wèi)星地圖實(shí)測(cè)，南岸防洪堤最近距離約110m。爆區(qū)最近點(diǎn)距“江南明珠”小區(qū)256m，距“龍翔百匯”小區(qū)244m，距“水岸名都”小區(qū)190m。爆區(qū)周邊建筑物如下圖：

1.2居民對(duì)爆破震動(dòng)傳播速度要求

西江航運(yùn)干線貴港至梧州3000噸級(jí)航道工程“龍圩水道”K0+600-K1+957段水下鉆孔延時(shí)爆破作業(yè)區(qū)臨近居民小區(qū)。通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)比知：當(dāng)震動(dòng)傳播速度超過(guò)0.5m/s 時(shí)，居民樓15層以上人為感覺(jué)震動(dòng)比較強(qiáng)烈。這比規(guī)范要求要高很多。必須采用合理的爆破參數(shù)來(lái)減少震動(dòng)速度。

2水下延時(shí)爆破方案的思路

“龍圩水道”整治工程為水下巖石延時(shí)爆破疏浚， 專業(yè)性較強(qiáng)。采用專用的水下鉆孔爆破施工船“竑翔號(hào)”進(jìn)行鉆爆施工。船上配備6臺(tái)150型潛孔鉆機(jī)。

采取水下延時(shí)控制爆破方案施工。采用毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路，分散一次爆破總能的聚集;控制單孔的裝藥量，限制一次起爆總藥量;達(dá)到降低震動(dòng)傳播速度，將震動(dòng)傳播速度降低到0.5m/s 以下。減少爆破施工對(duì)周邊民房、建筑物的影響確保爆破施工的安全。

3確定水下延時(shí)爆破參數(shù)

3.1延時(shí)選取

延時(shí)爆破技術(shù)在工程爆破中得到了廣泛的應(yīng)用。然而 ， 由于炸藥性能、裝藥結(jié)構(gòu)、介質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)條件等多種因素的復(fù)雜性 ， 尤其是群藥包先后起爆的延時(shí)時(shí)間非常之短 ， 一般為幾十毫秒甚至幾毫秒 ， 從而使如何確定合理的延時(shí)時(shí)間成了延時(shí)爆破技術(shù)研究的核心和焦點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多人士對(duì)此進(jìn)行了大量探索性研究 ， 并提出了一系列的確定原則和計(jì)算方法。我國(guó)長(zhǎng)沙礦研院研究認(rèn)為 ， 先爆藥包為后爆藥包開創(chuàng)新的自由面 ， 后爆藥包應(yīng)盡可能利用先爆藥包所造成的應(yīng)力場(chǎng)和爆生氣體能量促進(jìn)介質(zhì)的破碎 ， 通常延時(shí)時(shí)間為25-50ms。

本方案通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)比確定選擇延時(shí)50ms。

3.2選取鉆孔直徑

改用直徑90mm 的炮孔代替直徑115mm 的炮孔。整個(gè)鉆孔采用加密布孔的方法進(jìn)行鉆爆。減少單孔藥量，采用孔間延時(shí)控制爆破，確保爆破安全。

選取采用鉆孔直徑為Φ=90mm 鉆頭進(jìn)行鉆孔，Φ70mm 藥卷裝藥。

3.3選擇布孔方式及孔排距

炮孔布置形式由矩形改為梅花形。為便于定位，避免造成漏爆和補(bǔ)爆及欠挖現(xiàn)象;增加爆破效果。爆破鉆孔采取“梅花”形布孔。

縮短炮孔排距?？讖絾魏拇_定后，根據(jù)巖石的堅(jiān)固系數(shù)和爆破作業(yè)所處環(huán)境以及清渣作業(yè)的技術(shù)要求，選擇合理的最小抵抗線（排距）很為重要。

爆破鉆孔采取“梅花”形布孔，孔排距為3m×1.5m。

3.4超深值的確定

鉆孔超深目的降低裝藥位置，克服底部阻力。根據(jù)爆破漏斗原理，避免留有淺埂，確保清渣一次性達(dá)設(shè)計(jì)深度。

鉆孔超深：C=1.0～2.0m，硬巖取較大值，軟巖取較小值。本工程取 C=2.0m，最深孔深控制不超過(guò)5.0m。拋擲爆破中超深形成的爆破漏斗對(duì)破裂巖石的影響見下圖：

3.5孔藥量計(jì)算

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》，炮孔裝藥量按下式計(jì)算：

Q=q0baH

Q——炮孔裝藥量（kg）;

q0——水下爆破單位炸藥消耗量（kg/m ）（根據(jù)3施工經(jīng)驗(yàn)及該水域4月16日～5月1日的現(xiàn)場(chǎng)爆破情況，單耗選0.8～1.3kg/m3能滿足工程需要，本方案選取）;

b——鉆孔排距（m）;

a——鉆孔間距（m）;

H——鉆孔深度（m）。

鉆孔間距：a=3m

鉆孔排距：b=1.5m

（鉆孔直徑：D=90mm。藥卷直徑：d=70mm，藥卷長(zhǎng)度30～35cm，藥卷重量1.6kg，藥卷線密度5kg/m。）

巖石開挖厚度：H0=1.0～3.0m

鉆孔深度：H=H0+ C

則單孔裝藥量參見下表（超深 C=2.0m）

3.6裝藥長(zhǎng)度及堵塞長(zhǎng)度裝藥長(zhǎng)度計(jì)算公式： L=Q/△

式中 Q——每孔裝藥量（kg）;

△——藥卷線密度（kg/m）;

L——裝藥長(zhǎng)度（m）

根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果如下表：

3.7裝藥結(jié)構(gòu)

為確保爆破點(diǎn)周圍建筑物的安全，本工程采用分段毫秒延時(shí)控制爆破方法。選擇逐孔起爆，根據(jù)孔藥量計(jì)算，則單段最大藥量為20.8kg。當(dāng)確認(rèn)炸藥到達(dá)孔底后采用粘土或砂子進(jìn)行炮孔堵塞，并保證堵塞長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。為防止碎石堵孔及泥沙回淤，鉆孔完成后應(yīng)立即裝藥。裝藥前，應(yīng)先用裝藥桿（竹竿）檢查孔壁的質(zhì)量和孔深。根據(jù)爆破厚度（含超深），現(xiàn)場(chǎng)決定采用起爆體的個(gè)數(shù)。裝藥結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.8爆破網(wǎng)路

水下爆破的布孔方式為梅花形布孔方式，每排6個(gè)孔。由于爆破點(diǎn)至左岸的防洪排澇泵站及居民房等較近，為避免爆破振動(dòng)對(duì)周邊建筑物的影響，為確保爆破點(diǎn)周圍建筑物的安全，本工程采用分段毫秒延時(shí)控制爆破方法，選擇逐孔延時(shí)起爆。根據(jù)孔藥量計(jì)算知最大單段藥量為20.8kg。

采用孔內(nèi)分段延時(shí)方式?？變?nèi)采用高精度抗水導(dǎo)爆管雷管（毫秒導(dǎo)爆管雷管第三系列）1、3、5、7、9、11、13、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25段裝孔。孔外采用1段簇聯(lián)。最后擊發(fā)針擊發(fā)起爆。爆破網(wǎng)絡(luò)圖如下：

3.9驗(yàn)算爆破安全距離

在施工過(guò)程中，為避免爆破對(duì)建筑物的損壞和確保過(guò)往船舶和水上水下作業(yè)人員安全，水下鉆孔爆破采用分段延時(shí)起爆控制。依據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》和《水下爆破對(duì)周圍環(huán)境影響》，驗(yàn)算爆破安全距離。3.9.1爆破地震安全距離驗(yàn)算

根據(jù) R=（K/V）1/α×Q1/3

式中：R----爆破地震安全距離（m）;

Q----最大一段別用藥量（kg）;

V----爆破振動(dòng)安全允許速度（cm/s）;

K、a 與爆破地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。表4? K、α取值

為了確保爆破地震不破壞周圍的建構(gòu)筑物，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）選取爆破振動(dòng)安全允許值。一般民用建筑物的爆破振動(dòng)安全允許值取1.5～2.0cm/s。本工程爆破施工區(qū)的巖石為堅(jiān)硬巖石，以及項(xiàng)目目前振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算可得，取 K=180，取α=1.5。

一般民用建筑物的安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為1.5～2.5cm/s，但本項(xiàng)目周邊建筑高層居民特殊要求，取安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度0.5cm/s 進(jìn)行驗(yàn)算。

最大單段用藥量 Q=20.8kg，經(jīng)驗(yàn)算得： R=139.2m;

爆區(qū)邊緣距離江南明珠小區(qū)256m，距龍翔百匯小區(qū)244m，距水岸名都小區(qū)190m，計(jì)算結(jié)果中驗(yàn)算出的安全距離小于與保護(hù)建構(gòu)筑物的距離?？梢娭灰畲髥味握ㄋ幜靠刂圃谏鲜龇秶鷥?nèi)，按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工時(shí)，爆破振動(dòng)符合《爆破安全規(guī)程》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)要求。

防洪堤按工業(yè)和商業(yè)建筑物的安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（2.5～3.5cm/s）取最小值2.5cm/s 進(jìn)行驗(yàn)算：

最大單段用藥量 Q=20.8kg，經(jīng)驗(yàn)算得：R=47.6m;

爆區(qū)邊緣距離防洪堤最近距離約為110m。計(jì)算結(jié)果中驗(yàn)算出的安全距離小于與保護(hù)建構(gòu)筑物的距離。可見只要最大單段炸藥量控制在上述范圍內(nèi)，按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工時(shí)，爆破振動(dòng)符合《爆破安全規(guī)程》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.9.2反算保護(hù)建構(gòu)筑物最大振速

根據(jù) R=（K/V）1/α×Q1/3推出 V=K（Q1/3/R）a

式中： R----爆區(qū)中心至保護(hù)建構(gòu)筑物的距離（m），其中爆區(qū)邊緣距離江南明珠小區(qū)256m，距龍翔百匯小區(qū)244m，距水岸名都小區(qū)190m;

V----計(jì)算出爆破振動(dòng)速度（cm/s）;

K、a 與爆破地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

經(jīng)上式計(jì)算得不同距離時(shí)按最大單段裝藥量的爆破地震波速如下表所示：

計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工時(shí)，江南明珠小區(qū)、龍翔百匯小區(qū)、水岸名都小區(qū)處的爆破振動(dòng)速度可控制在0.31cm/s 以內(nèi)。按《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定一般民用建筑物的爆破振動(dòng)安全允許值取1.5～2.5cm/s。該控制爆破振動(dòng)值遠(yuǎn)小于爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值。按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工時(shí)，爆破振動(dòng)符合《爆破安全規(guī)程》爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)要求。

在實(shí)際施工中，還要通過(guò)試爆并對(duì)周圍的建（構(gòu)）筑物進(jìn)行爆破地震監(jiān)測(cè)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)測(cè)得出 K、a、V 值，對(duì)原爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。如實(shí)測(cè)震速超過(guò)建筑物的安全測(cè)速，則應(yīng)減少最大段別的爆破炸藥量。以確保爆區(qū)附近建筑物和人群的安全。

3.9.3爆破水中沖擊波安全距離

根據(jù)國(guó)標(biāo)《爆破安全規(guī)程》（GB6722～2014），爆破沖擊波對(duì)船舶和人員的安全距離如下頁(yè)所示：

根據(jù)上表及本工程的一次爆破總裝藥量情況，沖擊波對(duì)船舶及人員的安全距離如下：

在起爆前進(jìn)行警戒時(shí)要用巡邏艇在爆破點(diǎn)上、下1400米的范圍巡邏警戒，當(dāng)警戒區(qū)域內(nèi)無(wú)任何船舶及人員后方可起爆。

4監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

2020年4月19日～5月1日竑翔鉆1號(hào)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表：

5結(jié)論

（1）經(jīng)監(jiān)測(cè)臨近爆區(qū)250m 附近，15層高樓以上居民對(duì)爆破震速超過(guò)0.5m/s 時(shí)，有震感。

（2）對(duì)臨近爆區(qū)高樓防震措施，先做爆破監(jiān)測(cè)對(duì)比，再選取合理參數(shù)，能有效解決居民對(duì)震感的特殊要求。

（3）經(jīng)監(jiān)測(cè)可知選擇合理逐孔延時(shí)爆破參數(shù)能有效降低震動(dòng)傳播速度，達(dá)到0.5m/s 以下。

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