水下爆夯在码头抛石基床中的应用.pdf

2 0 0 8 年6 月水下爆夯在码头抛石基床中的应用杨智旭等2 5 水下爆夯在码头抛石基床中的应用 杨智旭①顾宝键⑦翟国锋① ①解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 ②中港三航局五公司 江苏连云港，2 1 0 4 1 0 [ 摘要] 文章通过码头抛石基床爆夯实践，对水下爆夯施工的参数进行了计算分析后指出，水下爆夯施工必须 充分利用水中冲击波的作用，增加能量密度，使爆炸能量更多地作用于基床表面，并均匀分布，从而增加基床抛石 体的密实度，提高爆夯施工质量。 [ 关键词】爆夯参数基床 [ 分类号】U 6 5 6 ．1 随着我国国民经济建设的发展，在港口、码头 等工程建设中大量采用水下爆夯施工。水下爆夯 施工必须充分利用水中冲击波的作用，使爆炸能量 更多地作用于基床抛石体并均匀分布，从而增加基 床抛石体的密实度，提高爆夯施工质量。本文从工 程实践出发，对水下爆夯施工进行了探讨。 l 工程概况 某码头基床为抛石结构，基床长2 5 6m ，夯实 总面积为3 6 0 0m 2 ，基床下软土层厚度1 4 1 6m ， 该软土层力学指标差。不能直接作为地基基础持力 层。采用爆夯施工使之密实，提高承载能力。 该项工程设计高水位为4 ．5 1m ，设计低水位 为0 ．5 3m ，平均水深9m 左右，涨潮最大垂线平均 流速为1 ．5 1m ／s ，落潮最大垂线平均流速为1 ．0 0 m ／s o 2 爆夯密实原理 药包在水中爆炸，产生水中冲击波和高压气 体，水中冲击波在水体中传播，同时高压气体在水 中迅速膨胀并挤压周围的水体，推动水体向外运 动[ 1 ．2 】。随着水体流动和膨胀，产生气泡，水中冲 击波和气泡作用于水下基床抛石体上，使抛石块体 之间相互挤压、移位并产生滑移，相对位置发生变 化，孔隙体积减少，抛石体在爆炸作用下被压实。 与此同时，药包一部分能量转化为地震波，地震波 在抛石基床中来回反射并使其产生振动，抛石基床 在这种垂直和水平方向振动的作用下，石块发生滑 ．动、转动、错位，小石块充填到大石块的缝隙中，抛 石体重新排列组合，密度增大，从而达到使基床密 实的效果。为了保证爆夯达到预期的效果，药包采 用正方形网格状布置，进行多次重复爆破，以求得 到最大的夯实效果和均匀性。 3 爆夯参数设计 水下爆夯时，必须考虑水介质的特点及其影 响。结合有关文献和爆夯施工经验，初步设计炸药 单位消耗量和其他爆破参数[ 3 一】，并根据试爆情况 进行适当修正。 3 ．1 单位消耗量g o ’和单药包药量鼋2 爆夯单耗口o ’暂取4 ．5k g ／m 3 [ 4 】，则 q 2 q o ’a b H ∥n 1 式中g o ’爆破夯实单耗，k g ／m 3 ； n 爆夯遍数； ，，夯实率，取 r ／ 1 5 ％； 日爆夯基床厚度，m ； a 、b 分别为药包间距、排距。 3 ．2 孔网间距及药包布设高度 药孔布设采用方格式，间距和排距均取3m 3m 。布置药包时，相邻段至少搭接一排药包，详见 图1 。 一前一段爆夯药包；△一后一段爆夯药包 图1药包布设及搭接平面图 药包距离抛石基床的高度应当根据基床抛石 厚度和经验公式初步确定，并进行试验确定。 经验公式分别是 药包悬高时 h 2 ≤O ．4 q 2 仂，h 2 ≤O ．5 H 2 起爆水深时 h l ≥2 ．3 2 q 2 1 疗 3 万方数据 2 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 7 卷第3 期 药包布设详见图2 。 1 一塑料导爆管；2 一悬浮物；3 一药包； 4 一线绳；5 一配重；6 一抛石基床 图2 药包布设示意图 水的密度比空气大，浮力也比空气大。因此须 保证水下药包能固定在设计的位置。在布药区域 水面上，用浮标标示，根据测量定位的指示，将药包 在布药点位投放在要求的深度，并且系上配重物进 行定位。 3 ．3 爆夯次数露 爆夯次数根据基床抛石厚度确定。5m 厚 含 5m 以上基床取n 3 ，5m 厚以下基床取n 2 。 前后爆夯的药包错开布置，边缘药包按基床边线缩 进1 ．5m 布置，详见图3 。由图3 计算得到表1 中 的相关参数，其中孔网间距为3m 3m 。 O O Oa ／oooo o o ◆●●●●●●●●●● O OOOOOO O OO 矗●●●▲● O O O OOOO O O O ●●●●●●●●●●● O O O O O OOO O O ▲矗●士▲▲ △一第一遍爆夯药包位置；O 一第二遍爆夯药包位置； 一第三遍爆夯药包位置 图3各遍药包平面布置图 表l 基床抛石爆夯参数 4 安全校核 水下爆炸能量分布及冲击波特性与炸药威力、 爆源深度、水域范围大小和深度有关。药包悬浮在 有限水深的水域中爆炸时，由于自由水面的存在， 水中冲击波到达水面时将产生反射稀疏波，并向水 体内传播，位于不同区域的测点其压力时间曲线中 将出现“水面切断效应”，甚至会出现明显削减压 力峰值等现象。当冲击波到达水底时，反射波为压 力波，反射波的正叠加作用，导致其压力峰值和冲 量比无限水域相对应点处的压力和冲量明显增 加‘3 1 。 4 ．1 水中冲击波的安全距离 当水深不大于3 0m ，一次起爆药量Q 。 1 0 0 0 k g 时，安全距离由式 4 计算 R K Q l 刀 4 式中Q 次起爆药量，k g ； K 经验系数，由表3 取值。 表3 一次起爆药量口 1 0 0 0 k g 时的墨值 当水深大于3 0m 时，常常采用库尔经验公式 计算水中冲击波的超压峰值H J 】，这里不作详细介 绍。 水中冲击波的传播速度要比在空气中快。而衰 减速度要慢，需要引起注意。 4 ．2 振动衰减计算 爆破振动对邻近建筑物、设施的稳定性及使用 性能产生不良影响，是工程爆破的重要公害。目前 广泛应用质点振动速度作为衡量爆破地震强度的 标准。 由萨道夫斯基公式计算振动衰减规律【3 l Ⅲ 警 4 5 式中口地表振速，c m ／s ； p ．单响最大药量，k g ； 万方数据 2 0 0 8 年6 月水下爆夯在码头抛石基床中的应用杨智旭等 2 7 R 测点距爆源的距离，m ； 七，a 由地形地质条件决定的系数和衰减 指数。水中裸露药包暂取k 9 0 ，a 0 ．8 4 【3 1 。 爆夯作业每次1 5m ，每排布设6 个药包，分4 排。这样单响药量为8 6k g 。首次施工应当尽可能 降低单响药量 作业长度不超过5m 。 一般建筑物的允许质点振动速度为5e m ／s ， 萨道夫斯基认为，振速1 0e m ／s 对建筑物是安全 的[ 1 ．3 】。距爆区最近的建筑物 油库基座 最近距 离为8 0m ，计算得 口 9 0 2 2 ．8 1 ／a ／8 0 n “ 5 ．4 3 c m ／s 稍大于允许最大振动速度，实测该点振动速度 为3 ．8 4c m ／s ，说明由于水面的隔震和降震作用， 减弱了实际爆夯的振动破坏。在有限水深的水域 中，水下悬浮药包引起的爆破振动相对钻孔爆破小 很多。尽管如此，还要采取必要的降震措施，将爆 破引起的振动控制在安全范围内。 5 施工方法 施工顺序为布药船定位_ 药包制作． 布药_ 网络连线一 警戒一 起爆_ 爆后检测。 1 爆夯前水深测量爆夯施工前应对预定抛 石区域进行全断面测量，以确定基床所在区域的地 形地质及水深情况。采用回声测深仪进行水深测 量，测量间距为5 ．0m 一个断面，2 ．0m 一个点，水 砣校核。 2 药包加工采用乳化炸药。制做药包时要 求药量偏差不大于5 ％，每个药包内放2 发塑料导 爆管雷管。然后装入直径1 5o m 编织袋。按防水要 求制成药包。， 3 定位采用2 0 0 0t 方驳作为定位船，顺码 头前沿线布置。 4 布药按照爆夯区域和孔网大小，将加工 好的药包放入水中设计位置和深度。在投放过程 中，由于受海浪、水流影响，药包须用重物 砂石 袋 固定，保证药包稳定。将每一排药包连接，再 移到下一排位置，直至一次起爆的所有药包布设完 毕，并撤至安全区域。 5 连线起爆采用双根塑料导爆管将各药包 的导爆管串联，起爆电雷管绑在总导爆管的端部， 起爆网络详见图4 。布药船撤至安全地点后，发出 起爆信号后起爆。 6 几点体会 结合施工实践，有以下几点体会 1 一药包；2 一分支导爆管；3 一总导爆管； 4 一电雷管；5 一电线；6 一起爆器 图4起爆网络示意图 1 正式施工前必须进行爆夯试验，即典型施 工。典型施工可以为后续施工提供科学准确的效 果预测。因此必须予以重视，可以选在具有代表性 的部位进行。爆夯试验结束后，要根据爆夯后基床 石体分布范围、密实度、表面平整度等，对数据进行 分析，检查爆夯石料密实的效果及对周围环境的影 响等。若未能满足质量要求，则需调整参数，再次 进行试验，直到满足质量要求。 2 严格按爆夯设计参数进行施工，包括分段 长度、厚度和爆夯技术参数等。一方面确保爆夯质 量，另一方面便于爆后计算对比。 3 药包应布设在同一平面上，相对高差小于 3 0c m ；相邻区段布药搭接一排药包，尽可能减少爆 夯次数，提高施工效率。 4 爆夯施工结束后，根据爆后断面测量、高 程测量，计算出夯实率 体积法校核 ，其值应满足 设计要求，夯实率叩 1 0 ％。抛石基床顶面保持平 整。相对高差小于5 0e m 。 5 重视和防止涌浪的影响。在有限水深的 水域中施工，因水域相对较浅，水中爆炸能量有可 能传人空气中，对近岸人员和设备造成影响，同时 爆炸时产生爆破涌浪，对近岸设施和护岸工程有一 定威胁。可以在近岸加设防浪竹排，或构筑防浪 堤，防止涌浪产生破坏。 参考文献 [ 1 ] P ．库尔．水下爆炸[ M ] ．北京国防工业出版社， 1 9 6 0 ．6 3 7 4 ． [ 2 ] 郭进平，聂兴信．新编爆破工程实用技术大全[ M ] ． 北京光明日报出版社，2 0 0 2 ．1 8 4 1 1 8 4 8 ． [ 3 ] 于亚伦．工程爆破理论与技术[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 0 4 ．8 2 - 8 6 ． [ 4 ] 交通部．水运工程爆破技术规范 s J T J 2 8 6 - 9 0 ．北 京人民交通出版社，1 9 9 2 ．1 4 5 1 4 8 ． 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3 7 卷第3 期 双立式爆炸焊接新方法‘ 史长根尤峻 解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 [ 摘要]为了削减爆炸冲击波和节省装药量，该文通过试验发明了一种新的爆炸焊接方法双立法。实验和 初步的生产表明，相对于现行的平行式爆炸焊接方法，双立式爆炸焊接方法明显具有如下几个优点由于充分利用 了平行法上方耗散的冲击波，从而节省了至少1 ／2 的装药量。大大降低了生产成本；双立式爆炸焊接方法采用的是 封闭式装药，因此待复合的双侧复合板削减了爆炸冲击波对周围环境的不利影响；爆炸焊接工艺参数易于精确控 制；爆炸焊接作业易于形成标准的工艺流程。 [ 关键词] 爆炸焊接双立法装药量冲击波 [ 分类号】T G 4 5 6 ．60 3 8 9 爆炸焊接作为一种特殊的焊接方法，不仅使它炸药的能量利用率，削减了爆炸冲击波对周围环境 作为一种焊接新技术在同种、特别是异种金属材料的不利影响，而且易于控制爆炸焊接工艺参数，并 的焊接中发挥重要的和不可替代的作用，而且作为易于形成标准的工艺流程口】。 生产金属复合材料的一种新工艺，在制造大面积的l 平行式爆炸焊接方法 各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金目前国内外爆炸焊接一般均采用如图l a 所 属及多金属复合材料中发挥同样重要和不可替代示平行式爆炸焊接装置，而图l b 角度法由于其 的作用。目前，爆炸焊接已实现了三百多种金属材装置与图1 a 基本相同，而操作略有不便，因此在 料之间的焊接，爆炸复合材料已广泛应用到航空、生产实践中一般不用，只是在理论和试验研究中偶 航天、石油、化工、制盐、制碱、制药、造纸、食品、五尔采用H 】。因此在分析此方法的机理、过程及缺 金等各个工业领域【lJ 。可以说，只要涉及到金属陷时，只以图I a 为例。 材料的工业领域都将有广阔的爆炸复合材料市场。 1 ．1 平行法爆炸焊接机理及焊接过程 尤其是通过爆炸 轧制复合技术制造的 超 薄复如图1 a 所示，雷管l 被起爆后，引起炸药2 合材料将更有广阔的应用前景【2 】。产生爆轰，炸药爆轰产生几十万个大气压的冲击波 但由于现行的爆炸焊接方法采用的是平铺式向四周传播，其中向下传播的高压冲击波就使得复 裸露装药，而且是在野外露天作业不可避免，这种板4 产生弯曲变形并与基板5 发生高速碰撞，从而 爆炸焊接方法在能量利用率、装药参数控制尤其是使复板和基板焊接在一起。缓冲层3 是为了保护 环境保护等方面都存在诸多问题，因此大大限制了贵重的有色金属复板表面，地基6 一般采用均匀、 爆炸焊接技术和金属复合材料的产业化发展。本一定密实度的沙土，才能使得已焊接好的复合板在 文发明的双立式爆炸焊接新方法，不仅大大提高了向下运动的过程中不会受到不均匀撞击而损坏。 e 园e 固e 曰∞8 固 固e 勾 固e 固e 固e 勾e 固e 0 8 固e 固e 固e 固 园寥固 固e 固e 固e 固8 固e 固e 固e 固e 固8 g 固e 固e 固e 固 固 8 固e 固e 固e 固e 固e 固 固e 固 园 A p p l i c a t i o no fU n d e r w a t e rB l a s t i n g 砘唧I m i n gi nD o c kL a c k s t o n eB e d d i n g Y a n gz l l i 【一。G uB a o j i a n 。。Z l m iG u d e n g ① ①E I l g i I l e 甜I l gI n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gC o r p s ．，S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yU n i v e r s i t ydP L A J i a n g s uN a n j 血s 。2 1 0 0 0 7 馐 C h i n e s eP o r tC o n s t r u c t i o nG r o u pt h eT h i r dN a v i g a t i o nC o ．N o ．5C o m p a n y J i a n g s uL i a n y u n g a n g ，2 1 0 4 1 0 [ A B S T R A C T ] T h i sp a p e r 蚰a l y z e dt h ep a r a m e t e r so fu n d e r w a t e rb 1 8 B t i n gr a m m i n ga n dp o i n t e do u tt h a tt h ec o n s t r u c t i o n m u s tm a k eu f eo fu n d e r w a t e rs h o c kw a V e ，i n c r e a s ee n e r g yd e n s e ，a n dd i s t r i b u t es y m m e t r i c a l l yt om a k el l l o r eb l 枷I l ge n e r g y a c t ∞t h e8 l l I f 如eo f8 t o t l eb e d d i n g ，a n dc o n s e q u e n t l y ，t oi n c r e a s es o l i dd e g r e ea n di m p r o v ec o n s t r u c t i o nq u e r y ． [ K E YW O R D S ] b h 8 血培r a m m i l l g ，p a r a m e t e r ，b e a d i n s 。 基金项目江苏省自然科学基金项目 B j 9 7 0 9 6 。 万方数据