近距離水下鉆孔爆破的防護(hù)技術(shù)

劉偉

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們越來越重視水下建筑物鉆孔爆破的安全性。本文共分為兩個部分：第一部分對近距離水下鉆孔爆破的施工特點(diǎn)進(jìn)行分析;第二部分結(jié)合建筑實(shí)例對防護(hù)水下近距離鉆孔爆破的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探究，旨在為同行業(yè)相關(guān)人士提供參考建議。

關(guān)鍵詞：近距離 水下鉆孔爆破 防護(hù)技術(shù)

水下鉆孔爆破建設(shè)項目在施工的過程中巖石表面及內(nèi)部構(gòu)造非常復(fù)雜，加劇了水下鉆孔爆破施工的困難程度，同時近距離的水下爆破往往采用的都是炸藥，且爆炸時伴隨巨大的空氣振動。一旦鉆孔爆破施工發(fā)生問題，將會威脅周圍居民的人身財產(chǎn)安全，損壞建筑物的整體結(jié)構(gòu)。因此，必須要對其進(jìn)行重視。

1.近距離水下鉆孔爆破的特征

水下近距離鉆孔爆破的施工區(qū)域水流速度比較慢，流動性相對于其它水線位置較差，這極其不利于鉆孔爆破技術(shù)的開展。若水線區(qū)的水流速度較大，且施工區(qū)域在深水層，就比較容易開展鉆孔爆破技術(shù)，例如如航道建設(shè)、運(yùn)河挖掘、深水沉埋等等。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)非常多，推廣實(shí)施非常容易。在進(jìn)行施工規(guī)模較大的水下鉆孔爆破項目時，施工船需要保持在正確的位置靜止，這樣可以保障工作區(qū)域搭建的穩(wěn)定性，方便后期鉆孔爆破技術(shù)的開展。在確定其他相關(guān)環(huán)境參數(shù)（如地質(zhì)情況、水下地形、水流速度等等）的具體影響下，選擇最適合的炸藥量進(jìn)行爆破，優(yōu)化爆破后的整體效果，控制爆破邊界的輪廓，將爆破對周圍環(huán)境產(chǎn)生的破壞力減少到最低。一般情況下，每單位消耗的炸藥量大約在0.8至1.5范圍內(nèi)。但這種爆破方式也存在一定的問題需要完善，如鉆孔和炸藥裝備都需要專業(yè)的工作船進(jìn)行作業(yè)，與地面上同類型項目比較難度較大，無形中增加了施工企業(yè)成本投入。為了降低無用鉆孔的數(shù)量，需要盡可能的擴(kuò)大兩個鉆孔間的直徑和距離等等。

2.保障近距離水下鉆孔爆破安全的具體防護(hù)措施

下面以某電廠建立水循環(huán)水上泵房下端的鉆孔爆破施工為例子，對近距離水下鉆孔爆破安全的防護(hù)措施進(jìn)行分析。

2.1工程概況

此項目的地勢起伏平緩，灘地下圍有基層巖石，地質(zhì)巖層屬于中等風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化類型。在建立水上泵房時，需要先在巖層豐富的灘地上建立圍堰。圍堰是進(jìn)水區(qū)域的一部分，要在后續(xù)工作開展前將此圍堰進(jìn)行拆除。根據(jù)施工地點(diǎn)地質(zhì)條件和施工項目的整體結(jié)構(gòu)，對水前池的基槽進(jìn)行水下鉆孔爆破施工。爆破地點(diǎn)與水泵房間的距離在10米以內(nèi)，水下巖石層屬于中等風(fēng)化類型，且爆破的深度需要控制在3米之內(nèi)。

2.2施工工藝及過程

水下近距離鉆孔爆破最重要的就是炸藥量及放置位置，需要將其放置在水下一定深度的基巖中。通過查閱相關(guān)資料可知：爆破產(chǎn)生的地震波和水沖擊波決定了荷載量。所以，在研究如何保障爆破區(qū)域周圍建筑物的安全時，需要將降低地震波和水沖擊波的產(chǎn)生作為重中之重。該工程在制定水下近距離鉆孔爆破計劃時，結(jié)合了爆炸源頭、傳播方式及建筑物構(gòu)造等信息，以科學(xué)的論證手段，得出了許多減震措施及檢測地震波的具體方案。同時為了減少爆破對水上泵房的影響，除了采用微差爆破技術(shù)和梅花形鉆孔，還需要在爆破點(diǎn)周圍放置水下帷幕和水上砂袋，防止爆破時的巖石飛濺，從根本上弱化水沖擊波的影響，保障建筑物的安全。

2.2.1微差爆破技術(shù)

微差爆破技術(shù)就是按照固定的時間間隔將大量炸藥分成多個小份量炸藥實(shí)施爆破工作，繼而形成由點(diǎn)到線，由線到面的爆破效果。采用這種技術(shù)實(shí)施爆破后，地下巖石層將會受到多個沖擊力疊加的效果，達(dá)到巖石破碎的目的，同時多個沖擊力也會互相干擾和抵消。微差爆破技術(shù)不僅可以優(yōu)化爆破的最終效果，還可以降低爆破時產(chǎn)生的地震波和水沖擊波，降低對周圍建筑物的損害。

應(yīng)用這種爆破技術(shù)在選擇孔距和孔之間的排列間距時，需要參考設(shè)備的基本參數(shù)。淺孔爆破的計算公式為：a=（1.0-1.5）w，深孔爆破的計算公式為：L=（0.7-1.3）w，其中爆破孔距用a來表示;最小抵抗線的值用w來表示。以上公式在參與計算時，硬度較高巖石的計算系數(shù)需要取最大值，硬度較低巖石的計算系數(shù)需要取最小值

在計算彈藥裝備量時需要按照體積來確定，可采用如下算式對孔深為h的彈藥量進(jìn)行計算：即q=k*a*b*h，其中炸藥的單孔消耗量用k表示。經(jīng)過多次計算和實(shí)驗(yàn)后得出，本項目可以執(zhí)行的鉆孔施工參數(shù)為孔距為1.5米，孔間的排列距離為1.2米，需要分兩層開展施工。另外，還需要考慮基層巖石的炸裂縫隙、周圍的基礎(chǔ)環(huán)境以及設(shè)備的具體性能，本項目應(yīng)該采用垂直梅花形鉆孔方式。由于孔深只有3米，因此裝藥時需要采用連續(xù)裝藥方式;藥包需要使用密度較高的乳化性炸藥，并利用竹棍將捆綁好的藥包放置到指定位置。施工中需要采用科學(xué)的鉆孔定位裝置，以保障鉆孔爆破的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)漏炸、爆炸不充分的情況出現(xiàn)。

在選擇爆破器材時，可以選擇抗水性較好的含硝銨成分炸藥。通常情況下，水下近距離爆破往往采用鉆孔裝藥同時進(jìn)行的方式，且炸藥裝置需要在水下放置30小時以上。所以，要特殊處理炸藥裝置，可以在每個連接位置加涂少量的固體防水膠，還可以在炸藥裝置口涂抹一定量的黃油，繼而增加炸藥裝置的防水性。

在設(shè)計爆破網(wǎng)路時，可以采用混合微差起爆裝置，即在每個孔內(nèi)放置兩個單位的防水炸藥，使其爆破時產(chǎn)生孔內(nèi)微差?？梢詫⑾噜彽?個炮孔內(nèi)引出14根導(dǎo)管組成一組，將其利用PVC導(dǎo)管固定在水面上，每組導(dǎo)管用兩個單位炸藥進(jìn)行瞬間爆破。

2.2.2預(yù)裂爆破技術(shù)

在對爆破的主要區(qū)域開展工作時，需要在設(shè)計的輪廓線上鉆取2排梅花形減震孔，并對其進(jìn)行預(yù)裂爆破處理，形成一道不規(guī)則、不斷裂的巖石縫隙。這個縫隙不僅可以降低爆破傳播的地震波，降低主區(qū)域爆破大肆破壞巖石層，弱化周圍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。多次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水下預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用可以降低地震效應(yīng)的產(chǎn)生，其中的原因在于水流的速度小于巖石層的波速，預(yù)裂爆破技術(shù)實(shí)施產(chǎn)生的縫隙全部由水填滿，雖然仍可以在爆破時傳播沖擊波，但傳播能力卻被大大減弱。基于此，預(yù)裂爆破技術(shù)的減震孔可以降低爆破引起地質(zhì)效應(yīng)的概率，保護(hù)水上泵站結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2.3氣泡帷幕技術(shù)

第一，水下爆破一定會產(chǎn)生較大的沖擊力，計算公式為p=11.47*（Q1/3/R）0.95，其中水波產(chǎn)生的沖擊壓力位用p表示;單次炸藥量的最大值用Q表示;與爆炸中心的距離用R表示。由此可見，爆炸時產(chǎn)生的沖擊波，受炸藥量和起爆點(diǎn)距離的影響。實(shí)踐結(jié)果證明：減少單次炸藥的使用量不能將沖擊波產(chǎn)生量控制在合理范圍，容易降低施工的速度和進(jìn)度，因此只能尋找其他的方式來解決這個問題。第二，氣泡帷幕減少沖擊波壓力，就是利用許多小孔將高壓氣體進(jìn)行噴出處理，一排逐漸上升且濃密的氣泡形成了空氣圍墻，將沖擊波的動能轉(zhuǎn)化成氣泡的內(nèi)能，氣泡膨脹的過程就是沖擊波釋放自己的一種方式，繼而降低了爆破的壓力，保護(hù)了周圍建筑物的結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)的主要施工工藝就是利用無縫鋼管來制作帷幕管材，管材上需要設(shè)計密度和孔徑一致的小孔，并與高壓氣管連接，繼而形成軟性的氣泡帷幕管材。在施工時，需要將其放置在水下需要保護(hù)建筑物的5米出，利用鋼管進(jìn)行固定，使其保持直立。同時也要堵住帷幕的兩端，并在前后放置監(jiān)測設(shè)備。

四是防飛石護(hù)墻技術(shù)。項目中已經(jīng)建立了兩個水泵房的進(jìn)水口，下閘后便于擋水，并在大門上加裝防止水進(jìn)入的橡膠片，保障了水下近距離鉆孔爆破閘門的止水效果。雖然氣泡帷幕技術(shù)可以從根本上降低爆破沖擊波，但卻無法阻擋爆破時產(chǎn)生的巖石塊飛濺，有可能對閘門成傷害，無法實(shí)現(xiàn)自身的作用。基于此，在開展爆破前，需要在閘門附近建立一道袋裝沙石防護(hù)墻，通常設(shè)置在距閘門3米處。多次實(shí)驗(yàn)證明：這樣做不僅可以強(qiáng)化閘門抵抗飛濺石塊的能力，提升閘門的安全，也可以弱化水沖擊波產(chǎn)生的力量。另外，防護(hù)墻的高度需要由防護(hù)的距離和飛石爆炸的角度決定，這就要求相關(guān)人員必須要提高對爆炸飛石角度預(yù)估的準(zhǔn)確性，降低其他因素的影響。

2.3鉆孔爆破的最終效果

針對本工程開展的實(shí)際情況測試了震動速度。在多種防震技術(shù)的配合下，實(shí)際值小于理論值。以爆炸源的最大震動速度為例，當(dāng)爆破距離控制在12米內(nèi)、單次使用的炸藥量在10克左右時，實(shí)際的震動速度最大值為3.0，而沒有減震措施的理論爆炸震動速度為5.5，后者比前者高出了百分之55。同時工作人員可以對整個鉆孔爆破施工項目進(jìn)行嚴(yán)格把控，降低異常情況的出現(xiàn)，水上泵房建筑的整體結(jié)構(gòu)安全。這也充分說明了水下近距離鉆孔爆破防護(hù)技術(shù)，可以將地爆破對周圍建筑物的影響，達(dá)到了施工的各項要求。

3.結(jié)論

綜上所述，水下近距離鉆孔爆破及時具有非常顯著的優(yōu)勢，如炸藥制作的成本較低、施工速度較快等等。因此，施工人員必須要根據(jù)鉆孔爆破對象周邊巖石移動的情況及水的深度，選擇合適的炸藥消耗量，繼而強(qiáng)化安全在鉆孔爆破中的地位，為后期工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)。

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