水下控制爆破隔振气泡帷幕管减震技术研究与应用

荆东旭

摘  要：由于水的不可压缩特性，水下爆破产生的冲击波对周围环境可能造成冲击和破坏。该文通过工程实践，对水下爆破的一些爆破参数（药量、延时）进行了调整，对水下隔振气泡帷幕的冲量和安排位置进行试验，削弱了对水下爆破施工时产生的爆破震动和水下冲击波峰值压力效果，从而减小爆破产生的通过水和水下岩石传播的冲击波、地震波、涌浪对被保护对象的建（构）筑物及周边生态环境的影响，对之后的类似工程提供有益经验。

关键词：水下控制爆破;冲击波;帷幕管的减震

中图分类号： TU472    文献标志码：A

1 工程概况

核电厂厂址三面环海，地势平缓，自然地形标高一般在8 m～40 m。海岸斜坡稳定性较好。爆破区域为取水明渠渠内礁石水下爆破，爆破深度约2 m～8 m，礁面高潮时水深6 m、低潮时水深2 m。地质结构为中风化-微风化花岗岩。

2 方案选择

该方案主要是满足核电取水明渠渠道的水下爆破需要而编制，主要目的是为了保证水下爆破施工时爆破震动、爆破冲击波不对施工区周边的泵房、高压电架、厂房、开关站和核岛设施造成危害，保证爆破工作安全、有序的进行，使爆破产生的影响对各周边环境影响减到最小[1]。

根据施工经验，该工程水下爆破施工时必须采用毫秒微差技术措施控制最大段起爆药量，并控制总爆破规模的方式，经测算，单孔装药量不应超过振动控制要求[2]。

同时为确保对水下爆破时爆破冲击波对临时钢闸门的直接作用，在临时钢闸门上安装气泡帷幕管，在爆破时启动，使气泡帷幕削弱冲击波，阻断冲击波对闸门的作用，防止闸门变形而失效[3]。

3 爆破参数

炸礁船在对每个礁区施工时，均沿渠道横向断面线，梅花状布孔的施工方法进行施工。采用分层施工设计底标高-10 m（加超深2 m）的方式垂直钻孔，孔径138 mm，孔深2 m～6 m。根据爆破工程的要求、地质地形条件及岩石破碎块度和松散度的要求，以现有的钻机类型来考虑确定孔距a=1.85 m、排距b=1.5 m、抵抗线w=b/（1.2～1.5）取1.6 m。药卷直径为110 mm，每米药卷重量约为10 kg，采用非电雷管为起爆元件引爆药包。水下钻孔爆破单位耗药量按1.0 kg/m3确定炸药装至离孔口约1.5 m，填塞长度不少于100 cm。爆破采用“单孔、单响”并联传爆网络，适用于水下中深孔爆破及控制爆破，排间最小微差间隔时间不小于50 ms。为保证准确起爆，该工程每孔使用2个起爆体起爆;水下炮孔采用碎石、混合料等进行填塞。

4 爆破震动的安全校核

该工程采用秦山核电站爆破振动加速度公式进行控制。解放军理工大学南京工程兵学院通过实验得到单孔爆破的波形，利用蒙特卡罗方法模拟雷管的延期时间，根据波形的叠加原理得到保护目标处的波形预报供设计参考。

当局部孔深较大、单孔装药量有可能超过允许最大药量时，将考虑调整孔、排距或分层爆破施工的方案进行调整，以满足运行机组及设施的安全。

根据爆破设计方案，考虑到施工速度及作业方便，每次爆破均采用装药相对分散和毫秒差延期起爆的措施，使每次单段齐爆的药量均少于周边建筑允许药量，以减少地震波的危害，根据每次施爆点与周边建筑距离，对每次的齐爆装药量进行严格控制。

5 水中冲击波

水通常作为不可压缩的介质。因此水下爆破产生的冲击波及其带来的安全方面的影响，不可忽视。水中爆破产生水中的冲击波向外传播，同时还产生爆炸气态产物形成的高气压的脉动。气团脉动时，水中将形成稀疏波和压力波。稀疏波的产生与每一次气团体积达到的最大值相应，而压力波则与每一次的最小值相应。

根据《水运工程爆破技术规范》确定水下钻孔爆破水中冲击波对水中人员及施工船舶的安全距离。

水下爆破对潮水作业影响较大，因些作业期间需与相关业主、其他单位、CNPE加强联系沟通，爆破前对取水明渠取水口靠大海方向进行警戒，引水渠范围内严禁外来船只进入。

6 泵房结构闸门防爆破水中冲击波措施

为了防止水下爆破时产生的冲击波对泵房结构闸门构成威胁，现泵房流道防护钢闸门、已按前池负挖方案已安装施工完毕;后续在水下爆破时产生的冲击波将直接作用于泵房的内部设施，因此后续爆破时通过控制震动阈值，采取单孔、单响或孔内分段、增加“气泡帷幕”、合理选择抛掷方向等技术措施，最大限度地保证泵房、等子项的安全。

7 气泡帷幕管安装

防护钢闸门上的气泡帷幕管已安装完毕 ，气泡帷幕采用Ф50 mm钢管制作，喷气管启动后向水中喷射气流形成气液相流的气泡从而形成气帷，气泡在上升过程中会随着水压的减小而逐渐增大，至水面时气泡破裂，从而达到对防护被保护物的目的，气源采用2台空气压缩机提供，空压机设置于炸礁船上，从船上引出至泵房闸门段之间采用高压緾绕网管连接。

每次水下爆破前，进行气泡帷幕启动工作，打开空压机，释放压缩空气，使管道的喷气管中喷出隔离气泡，从而起到对防护钢闸门的保护作用。

8 气泡帷幕工作参数

喷气管向水中喷射气流形成气液相流的气泡从而形成气帷，气泡在上升过程中会随着水压的减小而逐渐增大，至水面时气泡破裂，从而达到对防护被保护物的目的; 气泡帷幕管管径50 mm，每片闸门竖向管长度16 m，横向管4条，每条长度4 m，钢管上方开Ф3 mm@300 mm通气孔。

9 管道连接要求

空压机与钢管、橡胶管连接必须确保密封，连接完成后接口处采用涂皂液检测气密性，如有泄漏必须重新连接;空压机必须按程序要求定期维修、保养以保证性能可靠。

10 启动要求

爆破警报响起时必须先行启动空压机，空压机操作人员必须与爆破人员爆破指令同步打开气阀，从而使产生的气帷可靠、有效。

泵房进水后，在爆破施工时，除采取“气泡帷幕”减振外，选择合理的爆破参数、爆破规模、爆破抛掷方向等均能有效减振，具体施工时，按试爆设计，每炮次排数控制在二排内，根据相应的振动监测数据调整后续孔排距;爆破临空面选择向北側已施工完成的方向抛掷，从而减小爆破产生的冲击波对防护钢闸门和泵房内部设备的正面冲击[4]。

参考文献

[1]孙金山，李正川，陈明，等.《爆破安全规程》（GB 6722—2014）边坡岩体爆破振动速度安全允许值的理论探讨[J].岩石力学与工程学报，2017，36（12）：2971-2980.

[2]关于发布《水运工程爆破技术规范》（JTS 204—2008）的公告[J].城市道桥与防洪，2008（11）：121.

[3]郭文伟.《水运工程测量规范》（JTJ 203—2001）简介[J].水运工程，2002（4）：53-55.

[4]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999.