水下爆破对水工构筑物的影响及安全防护措施

游昌达

中交第二航务工程局有限公司福建省350000

水下爆破对水工构筑物的影响及安全防护措施

游昌达

中交第二航务工程局有限公司福建省350000

随着我国经济的高速发展，新建和改扩建港口码头工程以及航道的疏浚等工程越来越大型化，其中水下岩层开挖施工规模越来越大，只有合理的应用水下爆破技术才能更加高效的完成工程建设任务，所以如何降低水下爆破对邻近水工构筑物的影响问题愈发重要。文章运用水下爆破工程施工实例，介绍了水下爆破施工参数的设计、施工及监测等，分析水下爆破施工对周围构筑物的安全影响，同时提出了安全防护措施。

水下爆破;水工构筑物;影响;防护

1 工程特点及主要施工方案

1.1 工程概况

宁德三都澳港区漳湾作业区8#、9#泊位工程位于福建省宁德市宁德港漳湾作业区，建设规模分别为5000t级通用泊位（结构按5万t预留）和3万t级通用泊位，码头前沿线天然水深-10.5～-15m。码头基槽及港池设计以中风化花岗岩或微风化花岗岩为基础持力层，炸礁设计底标高为-17.5m,，。采用水下炸礁施工，水下炸礁岩质为强风化、中风化及微风化花岗岩等，约7万立方水下炸礁工程量。施工区域临近正在生产作业的漳湾港区，对水下爆破施工工艺要求高。施工区域气象、潮汐、风浪以及地质条件复杂，对工程施工影响大，对季节性要求高，工期紧。

1.2 施工主要工艺及施工安排

该工程炸礁采用水下钻孔爆破技术,施工工艺流程：作业前测量→施工展布→水下钻孔→水下验孔→炮孔装药→连接起爆网路→作业船撤离→起爆→清渣。

施工顺序：先进行港池开挖炸炸礁施工再进行回旋水域的开挖施工，从9号泊位下游侧开始，依次开挖至8号泊位上游侧。

1.2.1 水下爆破施工参数计算

（1）水下钻孔爆破装药量的计算

水下爆破装药量一般比陆地爆破装药量增加10～20%。本工程根据现场的实际情况，将陆地钻孔参数以及布孔形式等作为参照，对炸药单耗量取陆地爆破装药量的120%，然后根据现场试爆实验，调整合适的炸药单耗参数。

a.炸药单耗

炸药单耗计算考虑的因素主要为爆区岩层开挖深度、水深及清渣设备等炸药单耗按照以下的公式进行计算：

公式中:基本炸药单耗量q0(kg/m3)，爆区水层厚度耗药增量q1(kg/m3)，爆区岩层厚度耗药增量q2(kg/m3)，岩石膨胀耗药增量q3(kg/m3)，采取高潮时起爆,潮差平均按4.0m，q3取0.33kg/m3。

根据本工程邻近构筑物情况，在保证开挖清渣的效果情况下应该对炸药单耗量进行适当的控制，本项目为坚硬岩石，取q=2.3kg/m3

b.炮孔装药量计算：

公式中：孔间距a，排间距b，钻孔深度（含超深）h，单位为m。

c.水下药孔布置和孔网参数

炮眼间距和排距应当与钻孔、装药以及现场施工机械设备等条件相匹配，由于水下钻爆施工容易受水下作业条件的制约，需要对水下装药、钻孔以及起爆网络等进行合理的分析，排距与孔距之间要保证适当的距离，钻孔不宜太深。该工程炮孔采用梅花形布置，施工的炸礁船配有4台潜孔钻机，采用冲击回转钻进。本项目炮孔间距取3.2 m，炮孔径取110～120mm。炮孔排间距为2.7m。超钻深度取1.4m。采用用特制的塑料壳制成装药柱，药柱直径取110mm。

（2）爆破网路布设

本工程根据施工船位及钻孔深度采用一个船位一次起爆，采用毫秒延时导爆管爆破网路，孔内起爆为双雷管并联，孔间采用串联。施工孔间采用微差延时时间间隔为30ms，排间采用微差延时时间间隔为55ms，

1.2.2 爆破地震的数据监测

地震波监测应当在爆破施工开始的时候就进行严格第监测，监测点沿着码头前沿进行布置，从轴线的一端开始，将观测点等间距布设，依据实际的观测情况对传感器的安放位置进行相应的调整，以得到最完整的数据，通过对数据进行有效的采集，利用相关分析仪器进行分析，及时的对数据进行相关的处理、分析，对结果进行评估，必要时应及时预警和反馈。

1.2.3 爆破地震强度的监测数据运用

该项目由于工期较紧，水下爆破与码头需要同时进行施工，为使码头结构安全不受爆破施工的影响，根据监测数据，及时的对水下爆破作业的相关参数进行重新计算，确定安全合理的爆破参数，同时采取相应有效的安全防护措施，以保证码头结构的安全。

（1）通过对现场爆破施工进行监测，采集相关的数据，建立构筑物主体与起爆各参数之间的对应数学函数关系，并采用相关分析方法进行数据分析。

（2）根据码头构筑物主体工程抗震要求，结合相关资料及监测数据，爆破施工产生的振动波对构筑物的影响程度进行验算，并通过科学的分析和安全评估，确定水下爆破作业的安全防护标准。

2 水下爆破施工对构筑物安全影响因素分析

水下爆破引起的地震波和冲击波，可以分别对应表述为爆破动应变和爆破动应力，对周围的构筑物会产生一定的影响，因此，在距构筑物较近的距离进行较大规模的爆破作业，需要做好水下爆破产生的地震波、冲击波作用规律的分析与研究，并进行相应的安全防护设计。

与起爆点距离一定的位置，产生的冲击波由于受到水介质的粘滞力与摩擦力的影响，会逐渐衰减为声波，其强度随着距离的增大而逐渐减弱。依据相关参数，结合爆破监测数据进行计算分析，可进行冲击波的衰减规律验算：

公式中:P为冲击波峰值压力(kg/cm2);Q为起爆药量(kg);R为爆破点距观测点距离(m)

对地震波产生影响的因素比较多，也较复杂，其与爆心距离直接相关，还与构筑物自身的结构特性以及传播介质之间有着直接的关系。

一般使用萨道夫斯基公式来进行地震动反应计算:

公式中:一次起爆炸药量Q（kg）；爆心距R（m）；K指与爆破点地形、地质等条件有关的系数

可以得出：地震波峰值质点振速与爆心距离成反比而与齐发药量成正比。

水下爆破的安全距离计算公式：

本工程中取V=6cm/s；，K取180，衰减指数a取1.45，

安全距离与装药量关系见下表

最大装药量Q（kg)470 570 685 811 1113安全距离R(m)50 55 60 65 70最大装药量Q（kg)138 185 242 307 383安全距离R(m)75 80 85 90 100

3 降低水下爆破产生的地震波影响的安全措施

对于码头的防护，应当按照一定的标准安全标准采取防护措施，如果码头与港池爆破同时施工情况下，为了保证码头的结构安全，应当采取相关措施将水下爆破产生的地震波和冲击波强度控制在安全范围以内。

地震烈度的定量指标见下表

速度/(cm·s-1)2～5 5～10 10～19 19～36 36～72 72～141国际标准（MSK)烈度ⅤⅥⅦⅧⅨⅩ加速度/(cm·s-2)12～25 25～50 50～100 100～200 200～400 400～800速度/(cm·s-1)1～2 2～4 4～8 8～16 16～32 32～64中国标准加速度/(cm·s-2)21～45 45～90 90～178 178～354 354～708 708～1414

3.1 预裂带防振措施

根据该项目码头的基础特点，为了有效缓冲爆破产生的地震波和冲击波的影响，沿设计开挖线应预先施工一条宽度为20m左右爆破预裂带，使爆破产生的地震波到达胸墙壁时，缓冲削减到安全振速之内，保证码头结构安全。

3.2 合理安排施工顺序

为了尽量减少码头现浇混凝土的受损程度，对水下爆破的施工顺序应进行科学合理的安排，应当最先施工距码头最早施工完成的部位最近距离的减震预裂带，当预裂带的宽度达到要求后，再由近及远按顺序施工。

3.3 控制一次爆破作业的齐发药量

为了降低水下爆破产生的地震波，应对一次爆破药量进行合理的控制:

公式中:本项目V取6cm/s；K取180～600；a取1.05～1.55。

不同爆心距的齐发药量的限制要求见下表

R/m Q/kg 20 2 25 3.8 30 6.5 35 11 40 16 45 22 50 30.1 55 40 60 51.8 65 65.8 70 82

在邻近建筑物的起爆位置应减少一次起爆药量，采取布置1/2-2/3船位的孔位起爆，必要时采取分组分段起爆，超深孔位采取孔内延时起爆。

3.4 采用微差延时工艺爆破作业

水下爆破时，地震波通过水介质传至陆地对周围建筑物和构筑物造成影响。为有效控制爆破地震波效应，在水下爆破作业当中，可以采用微差爆破的方法。微差爆破技术是按照一定顺序在规定毫秒时差内依次起爆药包，通过有序的差分延时起爆，避免震动应力叠加，以此有效削弱地震波和冲击波的强度，保证周围构筑物的安全。

3.5 加强施工过程跟踪监测

在施工过程中，必须加强水下爆破的相关监测工作，做到施工与监测同步，监测过程中若发现存在监测值与规定值不一致的情况，应当及时评估及预警，必要时应停止施工，对施工工艺进行全面检查，对爆破设计参数进行调整，优化或调整施工方案，保证安全。

4 结语

水下爆破工程施工必须采取有效的安全防护措施以保证邻近构筑物的安全，本文结合施工实例，分析了水下爆破施工对水工构筑物影响的有关因素，本工程通过采取切实有效的防护安全措施，保证了周边构筑物的安全，具有一定的参考和借鉴作用。

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10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.087