水下控制爆破隔振氣泡帷幕管減震技術研究與應用

荊東旭

摘? 要：由于水的不可壓縮特性，水下爆破產生的沖擊波對周圍環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（藥量、延時）進行了調整，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）筑物及周邊生態環境的影響，對之后的類似工程提供有益經驗。

關鍵詞：水下控制爆破;沖擊波;帷幕管的減震

中圖分類號： TU472? ? 文獻標志碼：A

1 工程概況

核電廠廠址三面環海，地勢平緩，自然地形標高一般在8 m～40 m。海岸斜坡穩定性較好。爆破區域為取水明渠渠內礁石水下爆破，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。地質結構為中風化-微風化花崗巖。

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周邊的泵房、高壓電架、廠房、開關站和核島設施造成危害，保證爆破工作安全、有序的進行，使爆破產生的影響對各周邊環境影響減到最小[1]。

根據施工經驗，該工程水下爆破施工時必須采用毫秒微差技術措施控制最大段起爆藥量，并控制總爆破規模的方式，經測算，單孔裝藥量不應超過振動控制要求[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

炸礁船在對每個礁區施工時，均沿渠道橫向斷面線，梅花狀布孔的施工方法進行施工。采用分層施工設計底標高-10 m（加超深2 m）的方式垂直鉆孔，孔徑138 mm，孔深2 m～6 m。根據爆破工程的要求、地質地形條件及巖石破碎塊度和松散度的要求，以現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”并聯傳爆網絡，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。解放軍理工大學南京工程兵學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，根據波形的疊加原理得到保護目標處的波形預報供設計參考。

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

根據爆破設計方案，考慮到施工速度及作業方便，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，根據每次施爆點與周邊建筑距離，對每次的齊爆裝藥量進行嚴格控制。

5 水中沖擊波

水通常作為不可壓縮的介質。因此水下爆破產生的沖擊波及其帶來的安全方面的影響，不可忽視。水中爆破產生水中的沖擊波向外傳播，同時還產生爆炸氣態產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。稀疏波的產生與每一次氣團體積達到的最大值相應，而壓力波則與每一次的最小值相應。

根據《水運工程爆破技術規范》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影響較大，因些作業期間需與相關業主、其他單位、CNPE加強聯系溝通，爆破前對取水明渠取水口靠大海方向進行警戒，引水渠范圍內嚴禁外來船只進入。

6 泵房結構閘門防爆破水中沖擊波措施

為了防止水下爆破時產生的沖擊波對泵房結構閘門構成威脅，現泵房流道防護鋼閘門、已按前池負挖方案已安裝施工完畢;后續在水下爆破時產生的沖擊波將直接作用于泵房的內部設施，因此后續爆破時通過控制震動閾值，采取單孔、單響或孔內分段、增加“氣泡帷幕”、合理選擇拋擲方向等技術措施，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

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、爆破規模、爆破拋擲方向等均能有效減振，具體施工時，按試爆設計，每炮次排數控制在二排內，根據相應的振動監測數據調整后續孔排距;爆破臨空面選擇向北側已施工完成的方向拋擲，從而減小爆破產生的沖擊波對防護鋼閘門和泵房內部設備的正面沖擊[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].巖石力學與工程學報，2017，36（12）：2971-2980.

[2]關于發布《水運工程爆破技術規范》（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：冶金工業出版社，1999.