水下钻孔爆破减震安全技术及应用.pdf

第2 9 卷第l 期 爆破 V o l 2 9N o 1 2 0 1 2 年3 月B L A S T I N G M a r ．2 0 1 2 III I I I ■●l ●●_ D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 2 4 水下钻子L 爆破减震安全技术及应用 黎志键 广西水利电力职业技术学院，南宁5 3 0 0 2 3 摘要介绍了广西贵港电厂取水泵房进水前池基岩水下钻孔爆破技术方案。该方案采用微差爆破技术， 段问时间间隔 1 5 0h i s 。炮孔直径1 0 0m i l l ，孔距1 ．5 m ；排距1 ．2m ，平均孔深3m ，炸药单耗1 ．2k s ／m 3 ，并在距 水泵房前沿8m 处布设2 排顸裂减震孔，孔径1 1 0m m ，孔距0 ．5m ，排距I ．2m ，孔深7m 。为了降低爆破引 起的水冲击波对取水泵房的影响，还在取水泵房前沿5m 外设置1 道水下空气帷幕。爆破施工实践表明，该 方案有效降低了水下爆破对相距不足1 0m 的近距离取水泵房的振动影响，保障了取水泵房的安全。 关键词水下爆破；爆破参数；减震措施 中图分类号T V 5 4 2 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 2 0 l 一0 0 9 1 一0 3 S a f e t yT e c h n i q u ea n dA p p l i c a t i o no fS h o c kA b s o r p t i o n i nU n d e r w a t e rD r i l l i n ga n dB l a s t i n g L ／Z h i - j i a n G u a n g x iH y d r a u l i ca n dE l e c t r i cP o l y t e c h n i c ，N a n n i n g5 3 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h eu n d e r w a t e rd r i l l i n ga n db l a s t i n gs c h e m eo ff o r e b a yo fw a t e ri n t a k i n gp u m ps t a t i o nW a gi n t r o d u c e d a tG u i g a n gp o w e rp l a n ti nG 啪商．T h eM i U i s e e o n dd e l a yb l a s t i n gw a su s e dw i t hg r e a t e rt h a n5 0 m s ，m e a n w h i l e ，t h e h o l ed i a m e t e ri s1 0 0m m 。t h eh o l es p a c i n gi st h e1 ．5ma n d1 ．2m ，a n dt h ea v e r a g ed e p t hi s3m ，a n dt h es p e c i f i c c h a r g ei s1 ．2k s ／m 3 ．T h e r ea r ea l s ot w ol o w sp r e s p l i t t i n gh o l eb e f o r et h ep u m ps t a t i o n ．w h i c ht h eh o l ed i a m e t e ri s 11 0n l m ．t h es p a c i n gi s0 ．5ma n dt h er o ws p a c i n gi s1 ．2m ，t h ed e p t hi s7m ．F o rr e d u c i n gi n f l u e n c eo fb l a s tw a t e r s h o c kw a v eo nt h ep u m ps t a t i o n ，a nu n d e r w a t e rb u b b l ec u r t a i n5ma w a yf r o mt h ew a t e ri n t a k ep u m ps t a t i o no u t s i d e w a gs e tu p ．T h ec o n s t r u c t i o np r a c t i c ep r o v e st h a tt h i sm e t h o dC a l lr e d u c ee f f e c t i v e l yt h eu n d e r w a t e rb l a s t i n gv i b r a t i o n i n f l u e n c eO i lp u m ps t a t i o na w a yl e s st h a nl o r ef r o mt h eb l a s ta r e aa n de 1 1 8 I l r e st h es a f e t yo ft h ep u m ps t a t i o n ． K e yw o r d s u n d e r w a t e rb l a s t i n g ；b l a s tp a r a m e t e r ；s h o c ka b s o r p t i o nm e a s u r e 1 工程概况 贵港电厂位于广西壮族自治区贵港市以东 1 5k m ，规划容量4 6 0 0M W 。电厂循环水泵房是薄 壁圆筒式结构，房内安装4 台循环水泵。泵房进水前 池采用喇叭形向河床扩张的布置形式，地貌为郁江一 级阶地，地面起伏平缓，坡脚滩地有较狭窄的基岩出 收稿日期2 0 1 l l l 一2 2 作者简介黎志健 1 9 5 4 一 ，男．副教授、研究生，主要从事水利水电 丁程设计施工教学和研究工作， E m a i l l i z j 0 2 8 1 6 3 ． C o l l n O 露，属于强风化及中等风化岩。建泵房时，在爆破施 工进水前池基岩滩地上建了施工围堰。由于围堰基 岩是进水前池基岩的一部分，故先行采用挖掘机械拆 除该围堰。由于地质条件复杂和工程结构的需要，迸 水前池的基槽开挖须采用水下钻孔方案。施工围堰 拆除工程量为1 4 ．1 万m 3 ，进水前池设计土石方开挖 量为2 ．6 万m 3 ，其中基岩石方为1 ．2 万m 3 。爆破地 点距已建电厂的循环水泵房较近，最近点相距不到 1 0n l ，进水前池水下基岩属中等风化岩，爆破平均深 度约为3m 。 万方数据 爆破2 0 1 2 年3 月 2 减震安全措施与施工工艺 水下钻孔爆破的炸药埋藏在水下基岩中一定深 度。据有关资料【l 引，其主要爆破荷载是地震波，其 次是水冲击波。因此在研究水下钻孔爆破施工区域 周围建筑物的安全防护时，将如何降低爆破产生的 地震波和水冲击波作为重点。本工程在确定水下钻 孔爆破方案时，综合考虑其爆源、传播介质、建筑物 地基的地质、地形条件，通过认真的技术论证，拟定 了多项减震措施和地震波的检测方案。 根据取水泵房进水前池水下基岩地质和现场施 工环境情况，由于爆破地点距已建取水泵房水工建 筑物较近，为避免爆破产生的地震波及水冲击波对 已建取水泵房水丁二建筑物的破坏，本工程除采用水 下钻孔微差爆破技术和2 排梅花形预裂减震孔降低 地震效应，同时在爆破点与已建取水泵房之间，布设 水下空气帷幕和砂袋防飞石护墙，减弱水冲击波，确 保已建取水泵房水工建筑物的安全。 2 ．1 采用微差爆破降低地震波 1 微差爆破的作用 微差爆破足指将一次大药量爆破以一定的间隔 时间分成多次小药晕爆破，从而达到增加岩石爆破自 由面、形成应力波迭加、岩石多次碰撞破碎和地震波 相互干扰的综合作用，其既可改善爆破质量，又可减 弱地震波、水冲击波的强度，减轻对附近设施的影响。 2 微差爆破孔距、排距的选定 炮孔直径d 根据钻机设备条件，取d 1 0 0r a m ；孔 距a 浅眼爆破a Z ．0 ～1 ．5 形；深孔爆破L 0 ．7 一 1 ．3 形；排距b 前后排同时起爆时6 0 ．6 一o ．9 a ；前 后排位差起爆时6 o ．8 1 ．0 a 。式中a 为爆破孑L 孔距，n l ；W 为最小抵抗线，m ；b 为爆破孔排距，m 。 以上公式中的系数，在硬岩中取大值，软岩中取 小值。 3 装药量计算 孔深为H 的单孔装药量按体积法来确定g k 口b H 。式中k 为炸药单耗，k g ／m 3 。 经计算及试验，本项目选取如下参数孔距n 1 ．5n l ；排距6 1 ．2i n ；分2 层 每层钻孔厚度／- ／ 2m 钻孑L 施工。 结合试爆，并考虑到基岩裂隙、周围环境以及清 碴设备的性能，本项目选取炸药单耗k 1 ．2k v ／I n 3 。 水下钻孔爆破采用垂直钻孔形式，布孔方式采用梅 花形。 钻孔超深c 1 ．0 ～1 ．51 1 1 ，硬岩取较大值，软岩 取较小值，首排炮孑L 比其后排炮孔深0 ．2m 。 单孔最大装药量口 k a bx H 1 ．2 1 ．5 1 ．4x 2 ．0 5k g 根据本工程特点，平均孑L 深只有3m 左右，炮孔 装药采用孔底起爆的连续装药结构；药包使用药卷 密度高的水下乳化炸药，并用尼龙绳捆扎、吊放，吊 放时可用竹炮棍协助下放。 炮孑L 装药采用孔底起爆的连续装药结构；药包 使用药卷密度高的水下乳化炸药，并用尼龙绳捆扎、 吊放，吊放时可用竹炮棍协助下放。 施工中采用全站仪跟踪钻机船钻孔定位，以保 证钻机船钻孔准确，从而避免漏炸、欠炸现象。 4 爆破器材的选用 本次爆破选用的是2 号抗水岩石硝铵炸药，其 参数为殉爆距离5e m 、爆速37 5 0n m ／s 、爆力 3 2 0m L 、猛度1 2m m ，防水性好。 水下爆破，一般是边钻孔边装药，雷管在水下设 置时间较长，本工程雷管在水下最长时间约3 5h ，因 此所采用的导爆管雷管均是经过特殊加工处理，孔 口处橡胶塞与管壳之间以及导爆管与橡胶塞之间， 均涂少量同体胶，并且在装药时，对设置时间较长的 雷管在管口涂抹少量黄油，以增强抗渗性能。 5 爆破网路设计 采用孑L 内微差混合起爆系统，在每个炮孔内装 2 发高精度防水耐压导爆管毫秒延期非电雷管，实 现孔内微差，非电雷管延期时间的选用间隔，要使装 药起爆产生的地震波峰不相互叠加。邻近6 ～8 个 炮4 t , q l 出的1 2 一1 6 根导爆管组成一簇，固定于露出 水面的P V C 管端部，每簇导爆管用2 发瞬发非电雷 管引爆。各簇的非电雷管串联，联接线固定在露出 水面的P V C 管顶，最后用绝缘导线作主线，自爆区 引至岸上，用强力电容式起爆器起爆。爆破网络如 图l 所示，单排炮孔连线图如图2 所示。 选定段间时间间隔 1 5 0m s ，以削弱爆破震动波 和水冲击波的迭加。即选用1 、3 、5 、7 、9 、⋯、1 5 段导 爆管毫秒雷管。 2 ．2 采用预裂爆破减弱地震效应 在主爆破区爆破之前，预先在预定的轮廓线上 钻2 排密集梅花形减震孔，先行进行预裂控制爆破， 以形成一道不完全断裂的岩石裂缝。预裂爆破形成 的裂缝，可以降低丰爆破区爆破地震波的传播，减小 对保留侧的岩体破坏。据有关资料提供的试验表 明，水下预裂减震孔也可适当削弱爆破震动强度。 这是因为岩石体的波速远大于水体的波速，预裂爆 破产生的裂隙中所充满的水体，虽然在主爆破时仍 可以传递震动能量，但比无裂隙的岩石直接传递的 震动能量小得多。因此，本工程水下钻孔爆破施工 设计，把减震孔作为降低地震波强度、减弱爆破的地 震效应、保护周边建筑物特别是已建水泵房水工建 筑物安全的辅助措施。 万方数据 第2 9 卷第1 期黎志键水下钻孔爆破减震安全技术及应用 9 3 彳、丑、C 、D 为非电雷特定段别，a 为孔距，b 为排距 图1微差爆破网路示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fb l a s t i n gn e t w o r k 具体减震爆破措施是采用 b11 0m m 水下潜孔 钻机，在距水泵房前沿8m 处，打2 排密集减震孔， 2 排孔采用梅花形布置，孔径1 1 0m m ，孔距0 ．5I T I ， 排距I ．2m ，孔深7I T I 。以阻隔爆破地震波，减弱爆 破的地震效应，从而保障已建的水泵房水工建筑物 的安全。减震孔布置见图3 所示。 起爆电线 蓬垡盛注该图为单排炮孔 芎’连线图，多排炮 导爆管 孔时连结原理与 一单排相同。 。回填砂 图2 单排炮孔连接示意图 F i g ．2 S k e t c hm a po fh o l ec o n n e c t 2 ．3 采用气泡帷幕减弱水冲击波 1 水冲击波压力 。 ．水下爆破必然会产生一定的水冲击波压力，根 据有关文献及经验，其大小由下式计算 P 1 1 ．4 7 Q v 3 ／n 0 ’9 5 1 图3 气泡帷幕管及泥袋护墙示意图 单位m F i g ．3 S k e t c hm a po fa i r - c u r t a i na n df e n c ew a l l u n i t m 1 式中P 为水冲击波压力，M P a ；1 1 ．4 7 为由其它各种 复杂因素确定的系数；Q 为单段最大药量，k g ；R 为 爆心距，m 。 由上式可知，水下爆破产生的水冲击波，其压力 大小与单段最大药量和起爆距离有关，这是影响其 大小的两个因素。由于起爆距离已定，所以对水冲 ．击波压力的控制，就变成是对单段起爆药量的控制。 实践证明，在某种条件下，最大限度地减小单段起爆 药量，仍无法将水冲击波压力控制在安全范围内，反 而降低施工效率，影响施工进度。因此，只能通过其 他外部条件来寻求解决方法。 2 气泡帷幕减压原理 本工程采取气泡帷幕方案来控制水冲击波的危 害。其原理是从许多小孔中喷出的高压气体，在水 中形成一排不断上升、浓密的帷幕状气泡，组成一堵 水中空气墙，当水冲击波通过这一气泡帷幕墙时，由 于气体的可压缩性质，使冲击波波峰的动能转化为 受压缩气泡的内能，在冲击波波峰过后，压缩气泡中 储存的内能才逐渐在气泡的膨胀过程中释放出来， 因此水冲击波压力就会被衰减，从而起到保护水下 设施的作用p 一。 3 气泡帷幕施工工艺 在爆破区域周围设置气泡嗣幕，具体施工工艺 采用无缝钢管制作的帷幕网管，网管上布置适当孔 径和密度的小孔，通过与高压气胶管相连，构成一根 柔性气泡帷幕管，放置在水下水工建筑物前约5n l 的水中，并用直立的钢管固定，气泡帷幕管两端封 堵，并用高压胶管连接至空压机。在帷幕前后布置 监测点。气泡帷幕布置如图3 所示。 下转第1 0 9 页 万方数据 第2 9 卷第1 期刘小均，周桂松，朱根华，等浅谈秸秆粉在膨化硝铵炸药中的应用 ． 1 0 9 上接第9 3 页 2 ．4 利用防飞石护墙削减水冲击波 由于已建水采房2 个进水L ] 已经下闸挡水，门 槽安装有止水橡胶片，因此爆破施工务必确保闸门 及止水效果不受影响。气泡帷幕虽然可以降低水冲 击波压力，但无法阻止水下爆破产生个别飞石对闸 门的可能损害。因此爆破施工前在距离闸门3m 处 用袋装砂填筑1 道防护墙，实践证明此方法既达到 防止飞石对闸门的直接损害，又可起到衰减水冲击 波作用。防护墙的高度由防护距离和防护飞石直射 角度确定。本工程防护墙布置如图3 所示。 3 施工爆破效果 本工程水下钻孑L 爆破施工中，进行了震动速度 测试。由于结合采取了多种减震防护措施，使实际 测得的结果比按无减震措施的爆破方法的理论计算 值小很多。如当爆破距离为1 2m 、一次起爆炸药量 5k g 的情况下，在爆源最近测点测得的最大震动速 度为2 ．9 8c m ／s ，而无减震措施的理论计算值为 5 ．4 0c m ／s ，前者比后者降低r4 5 ％。整个水下钻 孔爆破过程均处于受控状态；未发现异常，水泵房未 受到任何损害。因此，本工程的水下钻孔爆破施工， 对周边建筑物结构安全影响很小，完全达到了事先 各方对安全施工的要求。 4 结语 ’ 贵港电厂水泵房进水前池基岩近距离水下控制 爆破施工中，采用毫秒微差爆破技术和梅花形减震 孔预裂爆破，并设置压缩空气气泡帷幕和防飞石护 墙等防护措施，是非常有效的，可降低振动速度 2 0 ％～6 0 ％，消减水中冲击波3 0 ％～5 0 ％，确保了 已建相距不到1 0m 的水泵房水工建筑物的安全，且 所需成本费用较低，经济效益明显。 爆破震动的监测在水下钻孔爆破开挖过程中是 很重要的。可以先通过测量实验炮获得相关数据， 然后用于指导爆破设计；在开挖过程中，尤其是在爆 破点与既有的水泵房水工建筑物距离很近时，应经 常进行监测，当爆破震动超出安全范围时，可及时更 改设计，确保既有水泵房水工建筑物的安全。 [ 1 ] 佟锦岳，石教往，熊长汉，等．水下工程爆破对环境影 响规律研究 上 [ J ] ．爆破，2 0 0 0 ，1 7 3 9 1 1 ． [ 1 ] T O N GJ i n ．y u e ，S H IJ i a o w a n g ，X I O N GC h a n g - h t m ，e ta 1 ． S t u d yO i lt h el a wo fi n f l u e n c eo fu n d e r w a t e re n g i n e e r i n g b l a s t i n gO i le n v i r o n m e n t I [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 0 ，1 7 3 9 1 1 ．f i nC h i n e s e [ 2 ]伊左林，田庆华．近距离水下钻孔爆破的防护技术 [ J ] ．中国港湾建设，2 0 0 5 6 1 7 ．1 9 ． [ 2 ] Y IZ u o l i n ，T I A N Q i n g h u a ．S a f e t yp r o t e c t i o nt e c h n i q u e f o rn e a r - d i s t a n e eu n d e r w a t e rb o r e db l a s t i n g [ J ] ．C h i n a H a r b o u rE n g i n e e r i n g ，2 0 0 5 6 1 7 - 1 9 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 张志波，李春军，李红勇，等．气泡帷幕在水下爆破减 震工程中的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 2 7 5 - 7 6 ． [ 3 ] Z H A N GZ h i b o ，L IC h u n - j u n ，L IH o n g ．y o n g ．A p p l i e a t i o n o fa i rb u b b l ep u r d a hi nt h ed a m p i n gm e ．K s u l ℃i nt h eu n d e r w a t e rb l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 3 ，2 0 2 7 5 - 7 6 ． i I l C h i n e s e 万方数据