近距离水下钻孔爆破的防护技术

刘伟

摘 要：随着科学技术的高速发展，人们越来越重视水下建筑物钻孔爆破的安全性。本文共分为两个部分：第一部分对近距离水下钻孔爆破的施工特点进行分析;第二部分结合建筑实例对防护水下近距离钻孔爆破的相关技术进行探究，旨在为同行业相关人士提供参考建议。

关键词：近距离 水下钻孔爆破 防护技术

水下钻孔爆破建设项目在施工的过程中岩石表面及内部构造非常复杂，加剧了水下钻孔爆破施工的困难程度，同时近距离的水下爆破往往采用的都是炸药，且爆炸时伴随巨大的空气振动。一旦钻孔爆破施工发生问题，将会威胁周围居民的人身财产安全，损坏建筑物的整体结构。因此，必须要对其进行重视。

1.近距离水下钻孔爆破的特征

水下近距离钻孔爆破的施工区域水流速度比较慢，流动性相对于其它水线位置较差，这极其不利于钻孔爆破技术的开展。若水线区的水流速度较大，且施工区域在深水层，就比较容易开展钻孔爆破技术，例如如航道建设、运河挖掘、深水沉埋等等。这种技术的优点非常多，推广实施非常容易。在进行施工规模较大的水下钻孔爆破项目时，施工船需要保持在正确的位置静止，这样可以保障工作区域搭建的稳定性，方便后期钻孔爆破技术的开展。在确定其他相关环境参数（如地质情况、水下地形、水流速度等等）的具体影响下，选择最适合的炸药量进行爆破，优化爆破后的整体效果，控制爆破边界的轮廓，将爆破对周围环境产生的破坏力减少到最低。一般情况下，每单位消耗的炸药量大约在0.8至1.5范围内。但这种爆破方式也存在一定的问题需要完善，如钻孔和炸药装备都需要专业的工作船进行作业，与地面上同类型项目比较难度较大，无形中增加了施工企业成本投入。为了降低无用钻孔的数量，需要尽可能的扩大两个钻孔间的直径和距离等等。

2.保障近距离水下钻孔爆破安全的具体防护措施

下面以某电厂建立水循环水上泵房下端的钻孔爆破施工为例子，对近距离水下钻孔爆破安全的防护措施进行分析。

2.1工程概况

此项目的地势起伏平缓，滩地下围有基层岩石，地质岩层属于中等风化和强风化类型。在建立水上泵房时，需要先在岩层丰富的滩地上建立围堰。围堰是进水区域的一部分，要在后续工作开展前将此围堰进行拆除。根据施工地点地质条件和施工项目的整体结构，对水前池的基槽进行水下钻孔爆破施工。爆破地点与水泵房间的距离在10米以内，水下岩石层属于中等风化类型，且爆破的深度需要控制在3米之内。

2.2施工工艺及过程

水下近距离钻孔爆破最重要的就是炸药量及放置位置，需要将其放置在水下一定深度的基岩中。通过查阅相关资料可知：爆破产生的地震波和水冲击波决定了荷载量。所以，在研究如何保障爆破区域周围建筑物的安全时，需要将降低地震波和水冲击波的产生作为重中之重。该工程在制定水下近距离钻孔爆破计划时，结合了爆炸源头、传播方式及建筑物构造等信息，以科学的论证手段，得出了许多减震措施及检测地震波的具体方案。同时为了减少爆破对水上泵房的影响，除了采用微差爆破技术和梅花形钻孔，还需要在爆破点周围放置水下帷幕和水上砂袋，防止爆破时的岩石飞溅，从根本上弱化水冲击波的影响，保障建筑物的安全。

2.2.1微差爆破技术

微差爆破技术就是按照固定的时间间隔将大量炸药分成多个小份量炸药实施爆破工作，继而形成由点到线，由线到面的爆破效果。采用这种技术实施爆破后，地下岩石层将会受到多个冲击力叠加的效果，达到岩石破碎的目的，同时多个冲击力也会互相干扰和抵消。微差爆破技术不仅可以优化爆破的最终效果，还可以降低爆破时产生的地震波和水冲击波，降低对周围建筑物的损害。

应用这种爆破技术在选择孔距和孔之间的排列间距时，需要参考设备的基本参数。浅孔爆破的计算公式为：a=（1.0-1.5）w，深孔爆破的计算公式为：L=（0.7-1.3）w，其中爆破孔距用a来表示;最小抵抗线的值用w来表示。以上公式在参与计算时，硬度较高岩石的计算系数需要取最大值，硬度较低岩石的计算系数需要取最小值

在计算弹药装备量时需要按照体积来确定，可采用如下算式对孔深为h的弹药量进行计算：即q=k*a*b*h，其中炸药的单孔消耗量用k表示。经过多次计算和實验后得出，本项目可以执行的钻孔施工参数为孔距为1.5米，孔间的排列距离为1.2米，需要分两层开展施工。另外，还需要考虑基层岩石的炸裂缝隙、周围的基础环境以及设备的具体性能，本项目应该采用垂直梅花形钻孔方式。由于孔深只有3米，因此装药时需要采用连续装药方式;药包需要使用密度较高的乳化性炸药，并利用竹棍将捆绑好的药包放置到指定位置。施工中需要采用科学的钻孔定位装置，以保障钻孔爆破的稳定性，防止出现漏炸、爆炸不充分的情况出现。

在选择爆破器材时，可以选择抗水性较好的含硝铵成分炸药。通常情况下，水下近距离爆破往往采用钻孔装药同时进行的方式，且炸药装置需要在水下放置30小时以上。所以，要特殊处理炸药装置，可以在每个连接位置加涂少量的固体防水胶，还可以在炸药装置口涂抹一定量的黄油，继而增加炸药装置的防水性。

在设计爆破网路时，可以采用混合微差起爆装置，即在每个孔内放置两个单位的防水炸药，使其爆破时产生孔内微差。可以将相邻的7个炮孔内引出14根导管组成一组，将其利用PVC导管固定在水面上，每组导管用两个单位炸药进行瞬间爆破。

2.2.2预裂爆破技术

在对爆破的主要区域开展工作时，需要在设计的轮廓线上钻取2排梅花形减震孔，并对其进行预裂爆破处理，形成一道不规则、不断裂的岩石缝隙。这个缝隙不仅可以降低爆破传播的地震波，降低主区域爆破大肆破坏岩石层，弱化周围结构的稳定性。多次的实验结果表明：水下预裂爆破技术的应用可以降低地震效应的产生，其中的原因在于水流的速度小于岩石层的波速，预裂爆破技术实施产生的缝隙全部由水填满，虽然仍可以在爆破时传播冲击波，但传播能力却被大大减弱。基于此，预裂爆破技术的减震孔可以降低爆破引起地质效应的概率，保护水上泵站结构的安全性。

2.2.3气泡帷幕技术

第一，水下爆破一定会产生较大的冲击力，计算公式为p=11.47*（Q1/3/R）0.95，其中水波产生的冲击压力位用p表示;单次炸药量的最大值用Q表示;与爆炸中心的距离用R表示。由此可见，爆炸时产生的冲击波，受炸药量和起爆点距离的影响。实践结果证明：减少单次炸药的使用量不能将冲击波产生量控制在合理范围，容易降低施工的速度和进度，因此只能寻找其他的方式来解决这个问题。第二，气泡帷幕减少冲击波压力，就是利用许多小孔将高压气体进行喷出处理，一排逐渐上升且浓密的气泡形成了空气围墙，将冲击波的动能转化成气泡的内能，气泡膨胀的过程就是冲击波释放自己的一种方式，继而降低了爆破的压力，保护了周围建筑物的结构。这种技术的主要施工工艺就是利用无缝钢管来制作帷幕管材，管材上需要设计密度和孔径一致的小孔，并与高压气管连接，继而形成软性的气泡帷幕管材。在施工时，需要将其放置在水下需要保护建筑物的5米出，利用钢管进行固定，使其保持直立。同时也要堵住帷幕的两端，并在前后放置监测设备。

四是防飞石护墙技术。项目中已经建立了两个水泵房的进水口，下闸后便于挡水，并在大门上加装防止水进入的橡胶片，保障了水下近距离钻孔爆破闸门的止水效果。虽然气泡帷幕技术可以从根本上降低爆破冲击波，但却无法阻挡爆破时产生的岩石块飞溅，有可能对闸门成伤害，无法实现自身的作用。基于此，在开展爆破前，需要在闸门附近建立一道袋装沙石防护墙，通常设置在距闸门3米处。多次实验证明：这样做不仅可以强化闸门抵抗飞溅石块的能力，提升闸门的安全，也可以弱化水冲击波产生的力量。另外，防护墙的高度需要由防护的距离和飞石爆炸的角度决定，这就要求相关人员必须要提高對爆炸飞石角度预估的准确性，降低其他因素的影响。

2.3钻孔爆破的最终效果

针对本工程开展的实际情况测试了震动速度。在多种防震技术的配合下，实际值小于理论值。以爆炸源的最大震动速度为例，当爆破距离控制在12米内、单次使用的炸药量在10克左右时，实际的震动速度最大值为3.0，而没有减震措施的理论爆炸震动速度为5.5，后者比前者高出了百分之55。同时工作人员可以对整个钻孔爆破施工项目进行严格把控，降低异常情况的出现，水上泵房建筑的整体结构安全。这也充分说明了水下近距离钻孔爆破防护技术，可以将地爆破对周围建筑物的影响，达到了施工的各项要求。

3.结论

综上所述，水下近距离钻孔爆破及时具有非常显著的优势，如炸药制作的成本较低、施工速度较快等等。因此，施工人员必须要根据钻孔爆破对象周边岩石移动的情况及水的深度，选择合适的炸药消耗量，继而强化安全在钻孔爆破中的地位，为后期工作的开展奠定良好的基础。

参考文献：

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