复杂环境下水下爆破振动效应控制技术.pdf

2 0 1 2 年4 月 复杂环境下水下爆破振动效应控制技术王洪刚等 2 7 复杂环境下水下爆破振动效应控制技术鼍 王洪刚①王洪强⑦ 陈郁华④刘昌邦① ①武汉爆破公司 湖北武汉，4 3 0 0 2 3 ②北方爆破工程有限责任公司 北京，1 0 0 0 8 9 ③广东宏大广航工程有限公司 广东广州，5 1 0 2 8 0 [ 摘要] 混凝土浇筑施工期问，对爆破振动安全要求较高。在莆田L N G 码头施工过程中，为了减少爆破振动对 周边建筑物以及新浇筑混凝土罐体的影响，采I R - F 减振孔、改变装药结构等减振措施。通过水下爆破实际应用。证 明减振孔、改变装药结构等能够有效地减少爆破对新浇筑混凝土罐体的影响。 [ 关键词] 水下爆破爆破振动装药结构减振孔 [ 分类号] T D 2 3 5 ．3 7 T Q 5 6 0 ．7 引言 L N C 码头、接收站建设过程中．L N G 地面全容 式混凝土储罐因其储存物质的特殊性，对施工质量 要求非常高，因此需要严格控制罐体浇筑过程中爆 破振动对其的影响，以免混凝土浇筑过程中由于爆 破振动造成质量缺陷。本文结合莆田L N G 码头工 程施工，对水下爆破的减振措施做了分析。通过本 工程证明，采取合理的减振及合理安排施工顺序能 够确保全容式混凝土储罐等建筑物的安全。 1 工程概况 工程位于莆田市秀屿港，占地3 7 公顷，主要建 设内容包括L N O 专用码头、工作船码头、L N G 储罐 及接卸气化设施等。L N G 专用码头为单泊位T 型 蝶翼布置码头，可以停靠 8 ．0 ～1 6 ．5 x1 0 4 m 3 液化 天然气船，栈桥长3 4 5 ．5m ，停泊水域设计水深为 一1 3 ．8m ，基槽设计开挖深度为一1 8 ．0 一一2 6 ．0m 。 液化天然气接收站建设两座1 6 1 0 4 m 3 的地面全容 式混凝土储罐。工作船码头长1 0 5m 。工作船码头 水下爆破区域距离寺庙最近约7 0m ，其基础较为简 单。L N C 专用码头水下爆破区域距离正在施工的 全容式混凝土储罐最近处约3 0 0m 。爆区具体环境 详见图1 。 水下爆破区域工程地质以强风化花岗岩为主， 部分区域为中风化及微风化花岗岩，岩层厚度0 ．5 5 ．0 m 。L N C 专用码头的炸清礁量为1 8 6 0 5 m 3 ，工 作船码头炸清礁量为1 9 1 0 m 3 。 2 施工方案与爆破参数设计 2 ．1 施工难点及总体施工方案一】 本工程水下爆破施工除满足设计图纸要求、确 保工程质量外，重点和难点是要保证施工区附近的 您N 振孔 图1环境示意图 单位m 寺庙和正在浇筑的全容式混凝土储罐的安全。工作 船码头水下爆破施工区距离寺庙最近处7 0m ，爆破 施工中产生的爆破振动将对寺庙的块石基础产生影 响。L N G 专用码头水下爆破施工区距离全容式混 凝土储罐最近处约3 0 0m ，施工期间正值全容式混 凝土储罐施工高峰期，浇筑混凝土对爆破振动的要 求比较严格，因此在施工过程中需要严格控制爆破 振动对罐体的影响。 根据本工程的岩石性质以及岩层厚度，主要采 用浅孔及中深孔爆破、孔间延时爆破施工方案，对于 单孔药量超过安全药量的采用孔内延时的爆破方 案。为了减小爆破地震波对寺庙、罐体的影响，采用 减振孔、改变装药结构、合理安排爆破时间等多项措 施。 2 ．2 施工船舶选择【8 1 根据施工环境和工程特点，选用大型漂浮式钻 爆船进行施工，钻孔孔径为0 11 5 m m 。 2 ．3 测量定位 钻爆船采用R T K D C P S 定位，精度3 c m 。设 ●收稿日期2 0 1 l - 1 1 ．2 3 作者简介王洪刚 1 9 8 0 一 ．男．工程师．从事工程爆破设汁及施工。E - m a i l w h g ．_ 1 2 1 6 1 6 3 ．o o m 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 1 卷第2 期 立R T K - D G P s 基准站控制点，由R T K D G P S 定位系 统把钻爆船上的钻机孔位的平面位置显示到电脑显 示窗口。定位时移动锚具，使实测孔位与设计孔位 点的平面偏差控制在0 ．2m 以内。 2 ．4 爆破参数设计【 矧 根据岩石性质、钻爆船的装备情况以及抓斗式 清礁船对岩石破碎块度和松散度的要求，爆破参数 设计如下。 本工程由大型漂浮式钻爆船进行施工作业，钻 爆船钻机为固定式布置，孔距a 2 ．2i n 。排距根据 爆区的岩石性质，按中风化花岗岩设计，排距b 2 ．0m ；部分区域为强风化岩，排距为2 ．5 3 ．0m 。 炮孔梅花形布置。孔径取决于球齿钎头外径1 1 5 i n ／／l ，孔径d 1 2 0 1 2 5m m 。考虑本工程工期较短， 为保证一次施工能达到设计标高的要求，取超钻深 度A h 1 ．5 1 ．8m 。 本工程使用的药柱为特制的塑料简装乳化炸药 药柱，直径9 01 1 1 1 1 ／1 ，长度5 0 0i n ／n 。先根据式 1 计 算，再根据工程具体情况调整设计药量。 Q q o ab U o 1 式中Q 为炮孔装药量，k g ；q 。为炸药单耗，根据水 运工程爆破技术规范 皿S 2 0 0 8 的规定，水下钻 孔爆破软岩或风化岩乳化炸药单耗 2 。岩石铵梯炸 药综合单位消耗量的平均值1 ．7 2k g ／m 3 ，该炸药已 经取消，换算成乳化炸药，换算系数取0 ．9 7 ～1 ．0 8 为1 ．6 7 一1 ．8 6k g ／m 3 ，根据施工经验并结合试爆，考 虑到基岩多裂隙、周围环境以及清碴设备的性能，强 风化花岗岩取1 ．2 ～1 ．4k g ／m 3 ，中风化花岗岩取1 ．6 ～1 ．8k g ／m 3 ；口、b 、H o 分别为孔距、排距、孔深，单位 为m 。 由于使用的是福建永安化工厂生产的高性能乳 化炸药，该炸药爆速大于5 0 0 0m ／s ，作功能力超过 3 2 0m L ，再结合本工程地质的实际情况 超深1 ．5 m ，设计不同孔深的炮孔装药量，见表1 。 表1 不同孔深时的炮孔装药量 根据炮孔深度，底部装药至距孔口0 ．5 ～1 ．0 m 处。装入药柱数量≤5 卷，在药柱下部约I ／3 处装 1 个起爆体；药柱数量为6 ～8 卷，在距药柱底部的 1 ／4 和3 ／4 位置装2 个起爆体；药柱数量≥9 卷时， 装3 个以上起爆体，使得每个起爆体起爆药卷不多 于3 个，最顶部的起爆体起爆药卷不超过2 个。当 装药量超过安全装药量时，采用微差爆破和间隔装 药法，以严格控制单响药量，确保周边建筑物及全容 式混凝土储罐的安全。 2 ．5 起爆系统 采用导爆管雷管起爆法和电力起爆法相结合的 方式。为确保每个孔内的炸药都能起爆，每个起爆 体内装填2 发1 一1 0 段的毫秒延期导爆管雷管，导 爆管长度1 8 m 。每2 0 2 5 发导爆管雷管用2 发电 雷管引爆。每2 排 1 0 个孔 起爆。如单孔装药量 超过安全药量，则采用孔内延时起爆。起爆网路见 图2 所示。 M S lM S 3M S 5M S 7M S 9 管 图2 起爆网路 3 安全减振设计 本工程施工中的难点主要在水下钻孔爆破施工 期间正值全容式混凝土储罐浇筑高峰期，储罐由于 其储存物质的特殊性，对施工质量要求非常高，在爆 破施工的过程中必须严格控制爆破振动对储罐的影 响。针对以上情况，施工采取以下措施减少爆破振 动。 3 ．1 减振孔设计 在受保护的码头和爆区之间设置减振孔，当爆 破地震波由岩石传播至空孔，再由空孔传播至岩石 的过程中。地震波将衰减明显，从而起到保护储罐及 周边建筑物的作用。爆破施工前，在爆破开挖边线 处钻减振孔，前后3 排，间距不超过3 0c m 。 减振孔参数炮孔直径D 1 1 0m m ；孔距a 3 ．5 D ，即0 ．4m ；超深值h o 2 ．5m 。 3 ．2 装药设计 采用不耦合装药结构，在不耦合装药的情况下， 爆破地震波从炸药传播到海水，再由海水传播到岩 石的过程中衰减，减少爆破振动对储罐及周边建筑 物的影响。此外针对该工程复杂的环境，采用间隔 装药 图3 、孔内延时的装药结构。钻孔完成后，将 钻杆提起，然后顺着导向管用绳子依次将炸药、沙筒 装人孔中。药柱之间间隔5 0 一7 0c m 长的沙筒，孔 口堵塞5 0 ～7 0c m 长的沙筒，防止炸药浮起。 装药段起爆体海水1 导爆管 燕蒸瑟翥声憨 起爆体问隔段装药段堵塞段 √ 图3 间隔装药结构示意图 万方数据 2 0 1 2 年4 月复杂环境下水下爆破振动效应控制技术王洪刚等 2 9 3 ．3 施工组织管理 为了保证罐体的施工质量，同时为了减少爆破 振动对其影响。施工时首先在靠近罐体的区域施 工，施工时沿施工区边线形成1 0m 左右的施工带。 然后再由远及近进行爆破施工。这样就在罐体和施 工区之间形成一个破碎带，有利于消减爆破振动。 此外，为了严格控制爆破振动对罐体的影响，在混凝 土浇筑期间及浇筑后2 4h 内不进行爆破作业。 4 方案实施及效果评价 采取减振孔、改变装药结构等措施，有效地减少 了水下爆破施工过程中产生的爆破振动，保证了全 容式混凝土储罐浇筑施工进度。爆破施工过程及施 工结束后对罐体的检查，均未发现有爆破振动引起 的质量缺陷。爆破后经清礁船清挖后，施工区全部 达到设计标高，取得了良好的爆破效果。 参考文献 [ 1 ] 杨光煦．水下工程爆破[ M ] ．北京海洋出版社， 1 9 9 2 ． [ 2 ] 柳晗，丁华．拦门礁水下钻孔爆破设计与施工[ J ] ．爆 破，2 0 0 3 ，2 0 2 7 0 - 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