气泡帷幕在水下爆破减震工程中的应用.pdf

第 “卷第期 “ “ 年月 爆破 “ 0 7 5 2 - . 5 2 * - . 0 ; “ A B ,/ “ “ 1 /，8 9 , ;； 4 9 - A5 , D A H ; I ，8 9 ） 4 . 2 - , .7 L L L ’ M N ; 99 ; ; , C C E A ; A , D ; , NN ; O M , D L ; A E A E ; , N ; M M ’ E ; A A L ’ ; A , D E O；; L L L ’ M N ; 9 ; ; ’ ; L ’ A L , NN ; O MF ; A O M ’ F ; , D B Q , F; ; ’ ; L ’ ; , N E ’ M ; ; A , D; , NN ; O M , D O ; , , N F ; A L ’ ; A , D ; , N C ’ A , ; ’ ’ , D , , D 5 A / 2 7 , N F ; A L ’ ; A , D；; L L L ’ M N ; 9；F ; A O M ’ F ; 收稿日期 “ “ . - - . “ - 作者简介 张志波 （- R 1 .） ， 男； 武汉 中国地质大学工程学院在读博 士生 - 引言 水下工程爆破不仅要达到预期的爆破效果， 而 且应避免或减少飞石及冲击波、 地震波、 爆破涌浪等 对周围环境产生的不利影响 ［-］ 。随着工程规模的 不断加大， 一次性起爆药量的逐渐增多， 爆破冲击波 的破坏力也越来越引起人们的关注， 尤其对水下建 筑物或预留物的减震、 抗震措施的研究方面显得尤 为迫切。本文结合长江三峡水利枢纽工程永久船闸 下游泄水箱涵出口水下爆破开挖工程 ［］ ， 探讨了采 用气泡帷幕保护受水下爆破影响的水下建筑物 泄 水箱涵和临时封堵门， 震动监测对比分析表明， 该方 法能有效削减爆破而产生的水击波压力， 从而有效 保护水下建筑物不受爆破水击波的影响 ［］ 。 工程概况 长江三峡水利枢纽工程永久船闸下游泄水箱涵 出口水下爆破开挖工程， 是在泄水箱涵出口处爆破 开挖一条宽 / 1O， 长约- “ “O的出流槽， 以便永 久船闸的部分水流能够通过泄水箱涵倾利排入长 江。 泄水箱涵及临时封堵门均为三峡工程水下设 施， 与永久船闸处于同一轴线上。泄水箱涵是一个 长方形钢筋砼涵洞， 位于三峡工地永久船闸出口处 隔流堤的堤坝下， 连通引航道和长江， 它用于将永久 船闸排出的部分水流从引航道泄人长江主流； 而临 时封堵门更靠近永久船闸， 其作用是将水流隔离在 万方数据 正在施工的永久船闸现场以外， 以便于施工。由于 泄水箱涵和临时封堵门离爆破开挖区的距离很近， 爆破时产生的地震波和水击波会对其产生破坏作 用， 如果泄水箱特别是临时封堵门道到破坏， 那后果 将是极其严重的。 地震波已通过微差分段起爆和减小单段起爆药 量等方法得到了有效控制， 监测结果表明不会对其 产生破坏作用， 但由于泄水箱涵和临时封堵门均位 于水下， 水击波压力的大小是影响其安全的主要因 素， 并且难以控制， 故减小水击波压力是该工程待解 决的关键。 方案选择 “ 防预目标 为了对水击波压力的破坏作用进行定性， 并取 得可靠的防治设计依据， 按照实际的情况， 在安全的 地方进行了爆破试验， 并对爆破过程中产生的水击 波压力进行了监测， 爆破及监测数据见表。 表水击波压力监测表 测次 单段最大 药量 ／ 总药量 ／ 测点距爆 区距离 ／ 测点水深 ／ 水击波压 力 ／’ * * *, “ * * - * - - -, “ . / * * *, “ * , . 监测得的水击波压力最大值为 “ * , .’ ， 远远大 于泄水箱涵及临时封堵门的设计水击波压力安全值 “ /’ ， 各次测得的数据均大于此安全值， 因此 在不影响正常施工进度的爆破规模 （起爆药量） 和实 际起爆距离的条件下， 必须将一定爆破所产生的水 击波压力由 “ * , . ’ 降到 “ / ’ 以下。 “ - 解决途径 水下爆破必然会产生一定的水击波压力， 根据 有关文献， 其大小由下式计算 “ . 0 （ ／ ／） 1 * 式中 为水击波压力，’ ；2为单段最大药量， ； 3为距爆区的距离，； “ . 0为由其它各种复杂 因素确定的系数。因此， 水下爆破产生的水击波压 力大小与单段最大药量和起爆距离有关， 这是影响 其大小的两个内部因素。因此， 泄水箱涵和临时封 堵门处水击波压力过大的原因是 单段起爆药量过 大； 起爆距离太小。 施工区域和泄水箱涵及临时封堵门位置是固定 的， 故无法通过增大起爆距离来实现水击波压力降 低。实践证明， 在一定条件下， 最大限度地减小单段 药量仍不能将水击波压力控制在安全范围内， 还会 降低施工效率， 影响施工进度。因此， 只能通过外部 条件来寻求解决方法。 “ 方案选取 由于水冲击波通过水介质进行传播， 而水般被 视为不可压缩的连续介质， 其对波的吸收、 衰减作用 非常有限。因此， 在箱涵出口与爆区之间。布设气 泡帷幕以达消能之目的。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， 因此水击波压力就会被衰减， 从 而起到保护水下设施的作用。 . 方案实施及效果评价 将用无缝钢管制作的帷幕花管 （管上布置适当 孔径和密度的小孔） 若干段通过高压胶管相连， 构成 一根柔性气泡帷幕管， 放置在箱涵出口前水深约 0 的 “4” 型槽上， 其两端封堵， 中间由高压胶管连 接至空压机， 并在帷幕前后布置监测点。其连接与 工程布置如图所示， 监测结果见表-。 图工程布置示意图 （单位 ） 表“实施监测结果 测次 单段最大 药量 ／ 总药量 ／ 测点距爆 区距离 ／ 测点水 深 ／ 水击波压力 ／’ 帷幕前帷幕后 * * 0, “ . , - “ . , - * *- , “ * - * “ - * ,, “ * , “ * . * *- -, “ . - “ * * * * * *, “ . * , “ . 0 / * - * /, “ * “ * - 由监测结果看出， 测得气泡帷幕后的水击波压力远 远小于气泡帷幕前的水击波压力， 这充分表明水击 波在通过气泡帷幕时， 其强度得到了有效地衰减， 衰 减后的水击波压力值均小于 “ /’ ， 达到了泄水 （下转第, 1页） /0 爆破 - 年/月 万方数据 板上方相交应能在铅板上留下一明显的横贯铅板的 痕迹。但如果导爆索紧贴或者远离铅板， 实践证明 爆轰波交痕往往无法显现， 这也将导致试验数据采 集失败。经过反复试验研究， 可采取如下措施， 能够 取得较好的效果 截取直径约“ “的两根细木棍 （试验现场也可用就便的细树枝替代） ， 将其分别塞 于导爆索与铅板之间 （位置在铅板上的导爆索两 端） ， 即使导爆索保持离开铅板在“ “的距离 （图） 。 图导爆索与铅板相对位置示意图 防止导爆索提前炸断 当装药一端首先爆轰时， 其产生的爆轰产物可 能在爆轰波还未传到导爆索时就将离装药较近的导 爆索炸断， 而使导爆索传爆中断， 导致试验失败。为 避免此类情况发生， 现场处理时， 将导爆索尽量设置 成与装药垂直， 尤其避开装药爆轰产物飞散的方向 （图） ； 此外， 在导爆索上覆盖一些硬纸板或橡胶皮 等， 也对爆轰产物的冲击起一定的隔离和遮挡作用。 图爆索与炸药连接示意图 导爆索的可靠传爆 导爆索与装药间的接触状况如何， 直接关系到 传递至导爆索处的爆轰波能否有效引起其爆轰。所 以， 现场处理时， 导爆索两端多余的部分须使其传爆 能力下降； 另外， 导爆索插入装药孔中要一次到位， 切忌来回挪动， 否则聚集在导爆索端头周围的炸药 密度下降， 甚至与炸药不能有效接触， 这样， 传爆能 力也自然无从谈起。 （上接第’ 页） 箱涵和临地封堵门的安全要求， 保证了施工进度和 施工质量。 采用气泡帷幕所需成本费用总计不足万元， 与 其它两种常用的水下设施防护方法进行比较， 可看 出其显著的经济效益。采用砂卵石封堵泄水箱涵， 所需费用约为 万元； 采用钢板叠合梁隔离泄水箱 涵， 所需费用约为 万元。因此， 采用气泡帷幕至 少节约成本 余万元。 参考文献 ［］ 杨光煦*水下工程爆破 ［］*北京 海洋出版社， , , * ［］ 朱传云*三峡永久船闸挖爆振动影响分析 ［-］*爆破， , , , （） . , * ［］ 王中黔*水下爆破冲击波 ［/］*水下爆破文集 ［0］*北 京 人民交通出版社， , 1 * ［］ 佟锦岳等， 水下工程爆破对环境影响规律研究 （上） 、 （下）［-］*爆破， （ . ） . * ,1 第 卷第期王为导爆索法测试炸药爆速的几点经验 万方数据