水下爆破對水工構筑物的影響及安全防護措施

游昌達

中交第二航務工程局有限公司福建省350000

水下爆破對水工構筑物的影響及安全防護措施

游昌達

中交第二航務工程局有限公司福建省350000

隨著我國經濟的高速發展，新建和改擴建港口碼頭工程以及航道的疏浚等工程越來越大型化，其中水下巖層開挖施工規模越來越大，只有合理的應用水下爆破技術才能更加高效的完成工程建設任務，所以如何降低水下爆破對鄰近水工構筑物的影響問題愈發重要。文章運用水下爆破工程施工實例，介紹了水下爆破施工參數的設計、施工及監測等，分析水下爆破施工對周圍構筑物的安全影響，同時提出了安全防護措施。

水下爆破;水工構筑物;影響;防護

1 工程特點及主要施工方案

1.1 工程概況

寧德三都澳港區漳灣作業區8#、9#泊位工程位于福建省寧德市寧德港漳灣作業區，建設規模分別為5000t級通用泊位（結構按5萬t預留）和3萬t級通用泊位，碼頭前沿線天然水深-10.5～-15m。碼頭基槽及港池設計以中風化花崗巖或微風化花崗巖為基礎持力層，炸礁設計底標高為-17.5m,，。采用水下炸礁施工，水下炸礁巖質為強風化、中風化及微風化花崗巖等，約7萬立方水下炸礁工程量。施工區域臨近正在生產作業的漳灣港區，對水下爆破施工工藝要求高。施工區域氣象、潮汐、風浪以及地質條件復雜，對工程施工影響大，對季節性要求高，工期緊。

1.2 施工主要工藝及施工安排

該工程炸礁采用水下鉆孔爆破技術,施工工藝流程：作業前測量→施工展布→水下鉆孔→水下驗孔→炮孔裝藥→連接起爆網路→作業船撤離→起爆→清渣。

施工順序：先進行港池開挖炸炸礁施工再進行回旋水域的開挖施工，從9號泊位下游側開始，依次開挖至8號泊位上游側。

1.2.1 水下爆破施工參數計算

（1）水下鉆孔爆破裝藥量的計算

水下爆破裝藥量一般比陸地爆破裝藥量增加10～20%。本工程根據現場的實際情況，將陸地鉆孔參數以及布孔形式等作為參照，對炸藥單耗量取陸地爆破裝藥量的120%，然后根據現場試爆實驗，調整合適的炸藥單耗參數。

a.炸藥單耗

炸藥單耗計算考慮的因素主要為爆區巖層開挖深度、水深及清渣設備等炸藥單耗按照以下的公式進行計算：

公式中:基本炸藥單耗量q0(kg/m3)，爆區水層厚度耗藥增量q1(kg/m3)，爆區巖層厚度耗藥增量q2(kg/m3)，巖石膨脹耗藥增量q3(kg/m3)，采取高潮時起爆,潮差平均按4.0m，q3取0.33kg/m3。

根據本工程鄰近構筑物情況，在保證開挖清渣的效果情況下應該對炸藥單耗量進行適當的控制，本項目為堅硬巖石，取q=2.3kg/m3

b.炮孔裝藥量計算：

公式中：孔間距a，排間距b，鉆孔深度（含超深）h，單位為m。

c.水下藥孔布置和孔網參數

炮眼間距和排距應當與鉆孔、裝藥以及現場施工機械設備等條件相匹配，由于水下鉆爆施工容易受水下作業條件的制約，需要對水下裝藥、鉆孔以及起爆網絡等進行合理的分析，排距與孔距之間要保證適當的距離，鉆孔不宜太深。該工程炮孔采用梅花形布置，施工的炸礁船配有4臺潛孔鉆機，采用沖擊回轉鉆進。本項目炮孔間距取3.2 m，炮孔徑取110～120mm。炮孔排間距為2.7m。超鉆深度取1.4m。采用用特制的塑料殼制成裝藥柱，藥柱直徑取110mm。

（2）爆破網路布設

本工程根據施工船位及鉆孔深度采用一個船位一次起爆，采用毫秒延時導爆管爆破網路，孔內起爆為雙雷管并聯，孔間采用串聯。施工孔間采用微差延時時間間隔為30ms，排間采用微差延時時間間隔為55ms，

1.2.2 爆破地震的數據監測

地震波監測應當在爆破施工開始的時候就進行嚴格第監測，監測點沿著碼頭前沿進行布置，從軸線的一端開始，將觀測點等間距布設，依據實際的觀測情況對傳感器的安放位置進行相應的調整，以得到最完整的數據，通過對數據進行有效的采集，利用相關分析儀器進行分析，及時的對數據進行相關的處理、分析，對結果進行評估，必要時應及時預警和反饋。

1.2.3 爆破地震強度的監測數據運用

該項目由于工期較緊，水下爆破與碼頭需要同時進行施工，為使碼頭結構安全不受爆破施工的影響，根據監測數據，及時的對水下爆破作業的相關參數進行重新計算，確定安全合理的爆破參數，同時采取相應有效的安全防護措施，以保證碼頭結構的安全。

（1）通過對現場爆破施工進行監測，采集相關的數據，建立構筑物主體與起爆各參數之間的對應數學函數關系，并采用相關分析方法進行數據分析。

（2）根據碼頭構筑物主體工程抗震要求，結合相關資料及監測數據，爆破施工產生的振動波對構筑物的影響程度進行驗算，并通過科學的分析和安全評估，確定水下爆破作業的安全防護標準。

2 水下爆破施工對構筑物安全影響因素分析

水下爆破引起的地震波和沖擊波，可以分別對應表述為爆破動應變和爆破動應力，對周圍的構筑物會產生一定的影響，因此，在距構筑物較近的距離進行較大規模的爆破作業，需要做好水下爆破產生的地震波、沖擊波作用規律的分析與研究，并進行相應的安全防護設計。

與起爆點距離一定的位置，產生的沖擊波由于受到水介質的粘滯力與摩擦力的影響，會逐漸衰減為聲波，其強度隨著距離的增大而逐漸減弱。依據相關參數，結合爆破監測數據進行計算分析，可進行沖擊波的衰減規律驗算：

公式中:P為沖擊波峰值壓力(kg/cm2);Q為起爆藥量(kg);R為爆破點距觀測點距離(m)

對地震波產生影響的因素比較多，也較復雜，其與爆心距離直接相關，還與構筑物自身的結構特性以及傳播介質之間有著直接的關系。

一般使用薩道夫斯基公式來進行地震動反應計算:

公式中:一次起爆炸藥量Q（kg）；爆心距R（m）；K指與爆破點地形、地質等條件有關的系數

可以得出：地震波峰值質點振速與爆心距離成反比而與齊發藥量成正比。

水下爆破的安全距離計算公式：

本工程中取V=6cm/s；，K取180，衰減指數a取1.45，

安全距離與裝藥量關系見下表

最大裝藥量Q（kg)470 570 685 811 1113安全距離R(m)50 55 60 65 70最大裝藥量Q（kg)138 185 242 307 383安全距離R(m)75 80 85 90 100

3 降低水下爆破產生的地震波影響的安全措施

對于碼頭的防護，應當按照一定的標準安全標準采取防護措施，如果碼頭與港池爆破同時施工情況下，為了保證碼頭的結構安全，應當采取相關措施將水下爆破產生的地震波和沖擊波強度控制在安全范圍以內。

地震烈度的定量指標見下表

速度/(cm·s-1)2～5 5～10 10～19 19～36 36～72 72～141國際標準（MSK)烈度ⅤⅥⅦⅧⅨⅩ加速度/(cm·s-2)12～25 25～50 50～100 100～200 200～400 400～800速度/(cm·s-1)1～2 2～4 4～8 8～16 16～32 32～64中國標準加速度/(cm·s-2)21～45 45～90 90～178 178～354 354～708 708～1414

3.1 預裂帶防振措施

根據該項目碼頭的基礎特點，為了有效緩沖爆破產生的地震波和沖擊波的影響，沿設計開挖線應預先施工一條寬度為20m左右爆破預裂帶，使爆破產生的地震波到達胸墻壁時，緩沖削減到安全振速之內，保證碼頭結構安全。

3.2 合理安排施工順序

為了盡量減少碼頭現澆混凝土的受損程度，對水下爆破的施工順序應進行科學合理的安排，應當最先施工距碼頭最早施工完成的部位最近距離的減震預裂帶，當預裂帶的寬度達到要求后，再由近及遠按順序施工。

3.3 控制一次爆破作業的齊發藥量

為了降低水下爆破產生的地震波，應對一次爆破藥量進行合理的控制:

公式中:本項目V取6cm/s；K取180～600；a取1.05～1.55。

不同爆心距的齊發藥量的限制要求見下表

R/m Q/kg 20 2 25 3.8 30 6.5 35 11 40 16 45 22 50 30.1 55 40 60 51.8 65 65.8 70 82

在鄰近建筑物的起爆位置應減少一次起爆藥量，采取布置1/2-2/3船位的孔位起爆，必要時采取分組分段起爆，超深孔位采取孔內延時起爆。

3.4 采用微差延時工藝爆破作業

水下爆破時，地震波通過水介質傳至陸地對周圍建筑物和構筑物造成影響。為有效控制爆破地震波效應，在水下爆破作業當中，可以采用微差爆破的方法。微差爆破技術是按照一定順序在規定毫秒時差內依次起爆藥包，通過有序的差分延時起爆，避免震動應力疊加，以此有效削弱地震波和沖擊波的強度，保證周圍構筑物的安全。

3.5 加強施工過程跟蹤監測

在施工過程中，必須加強水下爆破的相關監測工作，做到施工與監測同步，監測過程中若發現存在監測值與規定值不一致的情況，應當及時評估及預警，必要時應停止施工，對施工工藝進行全面檢查，對爆破設計參數進行調整，優化或調整施工方案，保證安全。

4 結語

水下爆破工程施工必須采取有效的安全防護措施以保證鄰近構筑物的安全，本文結合施工實例，分析了水下爆破施工對水工構筑物影響的有關因素，本工程通過采取切實有效的防護安全措施，保證了周邊構筑物的安全，具有一定的參考和借鑒作用。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.087