探索西江“龍圩水道”水下延時爆破降低震動傳播速度參數選取

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震感的特殊要求，探索將爆破震動傳播速度降低到了0.5m/s 以下延時爆破參數選取。通過監測驗證達到要求。

關鍵詞：降低震動傳播速度;延時爆破;爆破參數;監測驗證

中圖分類號：U615 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0079-05

“黃金水道”西江“龍圩水道”水下延時爆破整治工程臨近梧州主城區。岸邊高樓及建筑物比較復雜，對爆破震動及空氣沖擊波要求高。震動傳播速度超過0.5m/s 時，居民樓15層以上人為感覺震動比較強烈。探索水下延時爆破降低震動傳播速度參數選取。

“延時爆破”技術具有爆破震動小，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。“水下爆破”技術采用“簇聯”起爆網路。

1工程概況

1.1工程周邊建筑物情況

西江航運干線貴港至梧州3000噸級航道工程“龍圩水道”位于梧州主城區，南岸樓房比較多。南北兩岸已建防洪堤，岸坡較為穩定。經衛星地圖實測，南岸防洪堤最近距離約110m。爆區最近點距“江南明珠”小區256m，距“龍翔百匯”小區244m，距“水岸名都”小區190m。爆區周邊建筑物如下圖：

1.2居民對爆破震動傳播速度要求

西江航運干線貴港至梧州3000噸級航道工程“龍圩水道”K0+600-K1+957段水下鉆孔延時爆破作業區臨近居民小區。通過監測對比知：當震動傳播速度超過0.5m/s 時，居民樓15層以上人為感覺震動比較強烈。這比規范要求要高很多。必須采用合理的爆破參數來減少震動速度。

2水下延時爆破方案的思路

“龍圩水道”整治工程為水下巖石延時爆破疏浚， 專業性較強。采用專用的水下鉆孔爆破施工船“竑翔號”進行鉆爆施工。船上配備6臺150型潛孔鉆機。

采取水下延時控制爆破方案施工。采用毫秒延時起爆網路，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;達到降低震動傳播速度，將震動傳播速度降低到0.5m/s 以下。減少爆破施工對周邊民房、建筑物的影響確保爆破施工的安全。

3確定水下延時爆破參數

3.1延時選取

延時爆破技術在工程爆破中得到了廣泛的應用。然而 ， 由于炸藥性能、裝藥結構、介質性質、地質條件等多種因素的復雜性 ， 尤其是群藥包先后起爆的延時時間非常之短 ， 一般為幾十毫秒甚至幾毫秒 ， 從而使如何確定合理的延時時間成了延時爆破技術研究的核心和焦點問題。國內外許多人士對此進行了大量探索性研究 ， 并提出了一系列的確定原則和計算方法。我國長沙礦研院研究認為 ， 先爆藥包為后爆藥包開創新的自由面 ， 后爆藥包應盡可能利用先爆藥包所造成的應力場和爆生氣體能量促進介質的破碎 ， 通常延時時間為25-50ms。

本方案通過監測對比確定選擇延時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。整個鉆孔采用加密布孔的方法進行鉆爆。減少單孔藥量，采用孔間延時控制爆破，確保爆破安全。

選取采用鉆孔直徑為Φ=90mm 鉆頭進行鉆孔，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，避免造成漏爆和補爆及欠挖現象;增加爆破效果。爆破鉆孔采取“梅花”形布孔。

縮短炮孔排距。孔徑單耗確定后，根據巖石的堅固系數和爆破作業所處環境以及清渣作業的技術要求，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。根據爆破漏斗原理，避免留有淺埂，確保清渣一次性達設計深度。

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5.0m。拋擲爆破中超深形成的爆破漏斗對破裂巖石的影響見下圖：

3.5孔藥量計算

根據《水運工程爆破技術規范》，炮孔裝藥量按下式計算：

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3施工經驗及該水域4月16日～5月1日的現場爆破情況，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裝藥長度及堵塞長度裝藥長度計算公式： L=Q/△

式中 Q——每孔裝藥量（kg）;

△——藥卷線密度（kg/m）;

L——裝藥長度（m）

根據上式計算結果如下表：

3.7裝藥結構

為確保爆破點周圍建筑物的安全，本工程采用分段毫秒延時控制爆破方法。選擇逐孔起爆，根據孔藥量計算，則單段最大藥量為20.8kg。當確認炸藥到達孔底后采用粘土或砂子進行炮孔堵塞，并保證堵塞長度符合設計要求。為防止碎石堵孔及泥沙回淤，鉆孔完成后應立即裝藥。裝藥前，應先用裝藥桿（竹竿）檢查孔壁的質量和孔深。根據爆破厚度（含超深），現場決定采用起爆體的個數。裝藥結構如下圖所示。

3.8爆破網路

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

采用孔內分段延時方式。孔內采用高精度抗水導爆管雷管（毫秒導爆管雷管第三系列）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。最后擊發針擊發起爆。爆破網絡圖如下：

3.9驗算爆破安全距離

在施工過程中，為避免爆破對建筑物的損壞和確保過往船舶和水上水下作業人員安全，水下鉆孔爆破采用分段延時起爆控制。依據《水運工程爆破技術規范》和《水下爆破對周圍環境影響》，驗算爆破安全距離。3.9.1爆破地震安全距離驗算

根據 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----爆破振動安全允許速度（cm/s）;

K、a 與爆破地形、地質有關的系數和衰減指數。表4? K、α取值

為了確保爆破地震不破壞周圍的建構筑物，根據現場實際情況和《爆破安全規程》（GB6722-2014）選取爆破振動安全允許值。一般民用建筑物的爆破振動安全允許值取1.5～2.0cm/s。本工程爆破施工區的巖石為堅硬巖石，以及項目目前振動監測數據推算可得，取 K=180，取α=1.5。

一般民用建筑物的安全允許質點振動速度為1.5～2.5cm/s，但本項目周邊建筑高層居民特殊要求，取安全允許質點振動速度0.5cm/s 進行驗算。

最大單段用藥量 Q=20.8kg，經驗算得： R=139.2m;

爆區邊緣距離江南明珠小區256m，距龍翔百匯小區244m，距水岸名都小區190m，計算結果中驗算出的安全距離小于與保護建構筑物的距離。可見只要最大單段炸藥量控制在上述范圍內，按設計進行施工時，爆破振動符合《爆破安全規程》爆破振動安全允許標準要求。

防洪堤按工業和商業建筑物的安全允許質點振動速度（2.5～3.5cm/s）取最小值2.5cm/s 進行驗算：

最大單段用藥量 Q=20.8kg，經驗算得：R=47.6m;

爆區邊緣距離防洪堤最近距離約為110m。計算結果中驗算出的安全距離小于與保護建構筑物的距離。可見只要最大單段炸藥量控制在上述范圍內，按設計進行施工時，爆破振動符合《爆破安全規程》爆破振動安全允許標準要求。

3.9.2反算保護建構筑物最大振速

根據 R=（K/V）1/α×Q1/3推出 V=K（Q1/3/R）a

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

V----計算出爆破振動速度（cm/s）;

K、a 與爆破地形、地質有關的系數和衰減指數。

經上式計算得不同距離時按最大單段裝藥量的爆破地震波速如下表所示：

計算結果說明：根據經驗公式計算得出，按設計進行施工時，江南明珠小區、龍翔百匯小區、水岸名都小區處的爆破振動速度可控制在0.31cm/s 以內。按《爆破安全規程》（GB6722-2014）規定一般民用建筑物的爆破振動安全允許值取1.5～2.5cm/s。該控制爆破振動值遠小于爆破振動安全允許標準值。按設計進行施工時，爆破振動符合《爆破安全規程》爆破振動安全允許標準要求。

在實際施工中，還要通過試爆并對周圍的建（構）筑物進行爆破地震監測，然后進行數據分析，實測得出 K、a、V 值，對原爆破設計參數進行相應調整。如實測震速超過建筑物的安全測速，則應減少最大段別的爆破炸藥量。以確保爆區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

根據國標《爆破安全規程》（GB6722～2014），爆破沖擊波對船舶和人員的安全距離如下頁所示：

根據上表及本工程的一次爆破總裝藥量情況，沖擊波對船舶及人員的安全距離如下：

在起爆前進行警戒時要用巡邏艇在爆破點上、下1400米的范圍巡邏警戒，當警戒區域內無任何船舶及人員后方可起爆。

4監測驗證

2020年4月19日～5月1日竑翔鉆1號爆破振動監測統計表：

5結論

（1）經監測臨近爆區250m 附近，15層高樓以上居民對爆破震速超過0.5m/s 時，有震感。

（2）對臨近爆區高樓防震措施，先做爆破監測對比，再選取合理參數，能有效解決居民對震感的特殊要求。

（3）經監測可知選擇合理逐孔延時爆破參數能有效降低震動傳播速度，達到0.5m/s 以下。

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