探索西江“龙圩水道”水下延时爆破降低震动传播速度参数选取

张利洪

摘要：为解决西江“龙圩水道”水下爆破整治工程临近高楼居民对震感的特殊要求，探索将爆破震动传播速度降低到了0.5m/s 以下延时爆破参数选取。通过监测验证达到要求。

关键词：降低震动传播速度;延时爆破;爆破参数;监测验证

中图分类号：U615 文献标识码：A   文章编号：1006—7973（2022）03-0079-05

“黄金水道”西江“龙圩水道”水下延时爆破整治工程临近梧州主城区。岸边高楼及建筑物比较复杂，对爆破震动及空气冲击波要求高。震动传播速度超过0.5m/s 时，居民楼15层以上人為感觉震动比较强烈。探索水下延时爆破降低震动传播速度参数选取。

“延时爆破”技术具有爆破震动小，空气冲击波及飞石危害小，爆堆“大块率”和能耗均低，能够提高炸药利用率等特点。“水下爆破”技术采用“簇联”起爆网路。

1工程概况

1.1工程周边建筑物情况

西江航运干线贵港至梧州3000吨级航道工程“龙圩水道”位于梧州主城区，南岸楼房比较多。南北两岸已建防洪堤，岸坡较为稳定。经卫星地图实测，南岸防洪堤最近距离约110m。爆区最近点距“江南明珠”小区256m，距“龙翔百汇”小区244m，距“水岸名都”小区190m。爆区周边建筑物如下图：

1.2居民对爆破震动传播速度要求

西江航运干线贵港至梧州3000吨级航道工程“龙圩水道”K0+600-K1+957段水下钻孔延时爆破作业区临近居民小区。通过监测对比知：当震动传播速度超过0.5m/s 时，居民楼15层以上人为感觉震动比较强烈。这比规范要求要高很多。必须采用合理的爆破参数来减少震动速度。

2水下延时爆破方案的思路

“龙圩水道”整治工程为水下岩石延时爆破疏浚， 专业性较强。采用专用的水下钻孔爆破施工船“竑翔号”进行钻爆施工。船上配备6台150型潜孔钻机。

采取水下延时控制爆破方案施工。采用毫秒延时起爆网路，分散一次爆破总能的聚集;控制单孔的装药量，限制一次起爆总药量;达到降低震动传播速度，将震动传播速度降低到0.5m/s 以下。减少爆破施工对周边民房、建筑物的影响确保爆破施工的安全。

3确定水下延时爆破参数

3.1延时选取

延时爆破技术在工程爆破中得到了广泛的应用。然而 ， 由于炸药性能、装药结构、介质性质、地质条件等多种因素的复杂性 ， 尤其是群药包先后起爆的延时时间非常之短 ， 一般为几十毫秒甚至几毫秒 ， 从而使如何确定合理的延时时间成了延时爆破技术研究的核心和焦点问题。国内外许多人士对此进行了大量探索性研究 ， 并提出了一系列的确定原则和计算方法。我国长沙矿研院研究认为 ， 先爆药包为后爆药包开创新的自由面 ， 后爆药包应尽可能利用先爆药包所造成的应力场和爆生气体能量促进介质的破碎 ， 通常延时时间为25-50ms。

本方案通过监测对比确定选择延时50ms。

3.2选取钻孔直径

改用直径90mm 的炮孔代替直径115mm 的炮孔。整个钻孔采用加密布孔的方法进行钻爆。减少单孔药量，采用孔间延时控制爆破，确保爆破安全。

选取采用钻孔直径为Φ=90mm 钻头进行钻孔，Φ70mm 药卷装药。

3.3选择布孔方式及孔排距

炮孔布置形式由矩形改为梅花形。为便于定位，避免造成漏爆和补爆及欠挖现象;增加爆破效果。爆破钻孔采取“梅花”形布孔。

缩短炮孔排距。孔径单耗确定后，根据岩石的坚固系数和爆破作业所处环境以及清渣作业的技术要求，选择合理的最小抵抗线（排距）很为重要。

爆破钻孔采取“梅花”形布孔，孔排距为3m×1.5m。

3.4超深值的确定

钻孔超深目的降低装药位置，克服底部阻力。根据爆破漏斗原理，避免留有浅埂，确保清渣一次性达设计深度。

钻孔超深：C=1.0～2.0m，硬岩取较大值，软岩取较小值。本工程取 C=2.0m，最深孔深控制不超过5.0m。抛掷爆破中超深形成的爆破漏斗对破裂岩石的影响见下图：

3.5孔药量计算

根据《水运工程爆破技术规范》，炮孔装药量按下式计算：

Q=q0baH

Q——炮孔装药量（kg）;

q0——水下爆破单位炸药消耗量（kg/m ）（根据3施工经验及该水域4月16日～5月1日的现场爆破情况，单耗选0.8～1.3kg/m3能满足工程需要，本方案选取）;

b——钻孔排距（m）;

a——钻孔间距（m）;

H——钻孔深度（m）。

钻孔间距：a=3m

钻孔排距：b=1.5m

（钻孔直径：D=90mm。药卷直径：d=70mm，药卷长度30～35cm，药卷重量1.6kg，药卷线密度5kg/m。）

岩石开挖厚度：H0=1.0～3.0m

钻孔深度：H=H0+ C

则单孔装药量参见下表（超深 C=2.0m）

3.6装药长度及堵塞长度装药长度计算公式： L=Q/△

式中 Q——每孔装药量（kg）;

△——药卷线密度（kg/m）;

L——装药长度（m）

根据上式计算结果如下表：

3.7装药结构

为确保爆破点周围建筑物的安全，本工程采用分段毫秒延时控制爆破方法。选择逐孔起爆，根据孔药量计算，则单段最大药量为20.8kg。当确认炸药到达孔底后采用粘土或砂子进行炮孔堵塞，并保证堵塞长度符合设计要求。为防止碎石堵孔及泥沙回淤，钻孔完成后应立即装药。装药前，应先用装药杆（竹竿）检查孔壁的质量和孔深。根据爆破厚度（含超深），现场决定采用起爆体的个数。装药结构如下图所示。

3.8爆破网路

水下爆破的布孔方式为梅花形布孔方式，每排6个孔。由于爆破点至左岸的防洪排涝泵站及居民房等较近，为避免爆破振动对周边建筑物的影响，为确保爆破点周围建筑物的安全，本工程采用分段毫秒延时控制爆破方法，选择逐孔延时起爆。根据孔药量计算知最大单段药量为20.8kg。

采用孔内分段延时方式。孔内采用高精度抗水导爆管雷管（毫秒导爆管雷管第三系列）1、3、5、7、9、11、13、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25段装孔。孔外采用1段簇联。最后击发针击发起爆。爆破网络图如下：

3.9验算爆破安全距离

在施工過程中，为避免爆破对建筑物的损坏和确保过往船舶和水上水下作业人员安全，水下钻孔爆破采用分段延时起爆控制。依据《水运工程爆破技术规范》和《水下爆破对周围环境影响》，验算爆破安全距离。3.9.1爆破地震安全距离验算

根据 R=（K/V）1/α×Q1/3

式中：R----爆破地震安全距离（m）;

Q----最大一段别用药量（kg）;

V----爆破振动安全允许速度（cm/s）;

K、a 与爆破地形、地质有关的系数和衰减指数。表4  K、α取值

为了确保爆破地震不破坏周围的建构筑物，根据现场实际情况和《爆破安全规程》（GB6722-2014）选取爆破振动安全允许值。一般民用建筑物的爆破振动安全允许值取1.5～2.0cm/s。本工程爆破施工区的岩石为坚硬岩石，以及项目目前振动监测数据推算可得，取 K=180，取α=1.5。

一般民用建筑物的安全允许质点振动速度为1.5～2.5cm/s，但本项目周边建筑高层居民特殊要求，取安全允许质点振动速度0.5cm/s 进行验算。

最大单段用药量 Q=20.8kg，经验算得： R=139.2m;

爆区边缘距离江南明珠小区256m，距龙翔百汇小区244m，距水岸名都小区190m，计算结果中验算出的安全距离小于与保护建构筑物的距离。可见只要最大单段炸药量控制在上述范围内，按设计进行施工时，爆破振动符合《爆破安全规程》爆破振动安全允许标准要求。

防洪堤按工业和商业建筑物的安全允许质点振动速度（2.5～3.5cm/s）取最小值2.5cm/s 进行验算：

最大单段用药量 Q=20.8kg，经验算得：R=47.6m;

爆区边缘距离防洪堤最近距离约为110m。计算结果中验算出的安全距离小于与保护建构筑物的距离。可见只要最大单段炸药量控制在上述范围内，按设计进行施工时，爆破振动符合《爆破安全规程》爆破振动安全允许标准要求。

3.9.2反算保护建构筑物最大振速

根据 R=（K/V）1/α×Q1/3推出 V=K（Q1/3/R）a

式中： R----爆区中心至保护建构筑物的距离（m），其中爆区边缘距离江南明珠小区256m，距龙翔百汇小区244m，距水岸名都小区190m;

V----计算出爆破振动速度（cm/s）;

K、a 与爆破地形、地质有关的系数和衰减指数。

经上式计算得不同距离时按最大单段装药量的爆破地震波速如下表所示：

计算结果说明：根据经验公式计算得出，按设计进行施工时，江南明珠小区、龙翔百汇小区、水岸名都小区处的爆破振动速度可控制在0.31cm/s 以内。按《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定一般民用建筑物的爆破振动安全允许值取1.5～2.5cm/s。该控制爆破振动值远小于爆破振动安全允许标准值。按设计进行施工时，爆破振动符合《爆破安全规程》爆破振动安全允许标准要求。

在实际施工中，还要通过试爆并对周围的建（构）筑物进行爆破地震监测，然后进行数据分析，实测得出 K、a、V 值，对原爆破设计参数进行相应调整。如实测震速超过建筑物的安全测速，则应减少最大段别的爆破炸药量。以确保爆区附近建筑物和人群的安全。

3.9.3爆破水中冲击波安全距离

根据国标《爆破安全规程》（GB6722～2014），爆破冲击波对船舶和人员的安全距离如下页所示：

根据上表及本工程的一次爆破总装药量情况，冲击波对船舶及人员的安全距离如下：

在起爆前进行警戒时要用巡逻艇在爆破点上、下1400米的范围巡逻警戒，当警戒区域内无任何船舶及人员后方可起爆。

4监测验证

2020年4月19日～5月1日竑翔钻1号爆破振动监测统计表：

5结论

（1）经监测临近爆区250m 附近，15层高楼以上居民对爆破震速超过0.5m/s 时，有震感。

（2）对临近爆区高楼防震措施，先做爆破监测对比，再选取合理参数，能有效解决居民对震感的特殊要求。

（3）经监测可知选择合理逐孔延时爆破参数能有效降低震动传播速度，达到0.5m/s 以下。

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