游昌達(dá)

中交第二航務(wù)工程局有限公司福建省350000

水下爆破對(duì)水工構(gòu)筑物的影響及安全防護(hù)措施

游昌達(dá)

中交第二航務(wù)工程局有限公司福建省350000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，新建和改擴(kuò)建港口碼頭工程以及航道的疏浚等工程越來越大型化，其中水下巖層開挖施工規(guī)模越來越大，只有合理的應(yīng)用水下爆破技術(shù)才能更加高效的完成工程建設(shè)任務(wù)，所以如何降低水下爆破對(duì)鄰近水工構(gòu)筑物的影響問題愈發(fā)重要。文章運(yùn)用水下爆破工程施工實(shí)例，介紹了水下爆破施工參數(shù)的設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等，分析水下爆破施工對(duì)周圍構(gòu)筑物的安全影響，同時(shí)提出了安全防護(hù)措施。

水下爆破;水工構(gòu)筑物;影響;防護(hù)

1 工程特點(diǎn)及主要施工方案

1.1 工程概況

寧德三都澳港區(qū)漳灣作業(yè)區(qū)8#、9#泊位工程位于福建省寧德市寧德港漳灣作業(yè)區(qū)，建設(shè)規(guī)模分別為5000t級(jí)通用泊位（結(jié)構(gòu)按5萬t預(yù)留）和3萬t級(jí)通用泊位，碼頭前沿線天然水深-10.5～-15m。碼頭基槽及港池設(shè)計(jì)以中風(fēng)化花崗巖或微風(fēng)化花崗巖為基礎(chǔ)持力層，炸礁設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-17.5m,，。采用水下炸礁施工，水下炸礁巖質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化花崗巖等，約7萬立方水下炸礁工程量。施工區(qū)域臨近正在生產(chǎn)作業(yè)的漳灣港區(qū)，對(duì)水下爆破施工工藝要求高。施工區(qū)域氣象、潮汐、風(fēng)浪以及地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)工程施工影響大，對(duì)季節(jié)性要求高，工期緊。

1.2 施工主要工藝及施工安排

該工程炸礁采用水下鉆孔爆破技術(shù),施工工藝流程：作業(yè)前測(cè)量→施工展布→水下鉆孔→水下驗(yàn)孔→炮孔裝藥→連接起爆網(wǎng)路→作業(yè)船撤離→起爆→清渣。

施工順序：先進(jìn)行港池開挖炸炸礁施工再進(jìn)行回旋水域的開挖施工，從9號(hào)泊位下游側(cè)開始，依次開挖至8號(hào)泊位上游側(cè)。

1.2.1 水下爆破施工參數(shù)計(jì)算

（1）水下鉆孔爆破裝藥量的計(jì)算

水下爆破裝藥量一般比陸地爆破裝藥量增加10～20%。本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將陸地鉆孔參數(shù)以及布孔形式等作為參照，對(duì)炸藥單耗量取陸地爆破裝藥量的120%，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試爆實(shí)驗(yàn)，調(diào)整合適的炸藥單耗參數(shù)。

a.炸藥單耗

炸藥單耗計(jì)算考慮的因素主要為爆區(qū)巖層開挖深度、水深及清渣設(shè)備等炸藥單耗按照以下的公式進(jìn)行計(jì)算：

公式中:基本炸藥單耗量q0(kg/m3)，爆區(qū)水層厚度耗藥增量q1(kg/m3)，爆區(qū)巖層厚度耗藥增量q2(kg/m3)，巖石膨脹耗藥增量q3(kg/m3)，采取高潮時(shí)起爆,潮差平均按4.0m，q3取0.33kg/m3。

根據(jù)本工程鄰近構(gòu)筑物情況，在保證開挖清渣的效果情況下應(yīng)該對(duì)炸藥單耗量進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，本?xiàng)目為堅(jiān)硬巖石，取q=2.3kg/m3

b.炮孔裝藥量計(jì)算：

公式中：孔間距a，排間距b，鉆孔深度（含超深）h，單位為m。

c.水下藥孔布置和孔網(wǎng)參數(shù)

炮眼間距和排距應(yīng)當(dāng)與鉆孔、裝藥以及現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械設(shè)備等條件相匹配，由于水下鉆爆施工容易受水下作業(yè)條件的制約，需要對(duì)水下裝藥、鉆孔以及起爆網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行合理的分析，排距與孔距之間要保證適當(dāng)?shù)木嚯x，鉆孔不宜太深。該工程炮孔采用梅花形布置，施工的炸礁船配有4臺(tái)潛孔鉆機(jī)，采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。本項(xiàng)目炮孔間距取3.2 m，炮孔徑取110～120mm。炮孔排間距為2.7m。超鉆深度取1.4m。采用用特制的塑料殼制成裝藥柱，藥柱直徑取110mm。

（2）爆破網(wǎng)路布設(shè)

本工程根據(jù)施工船位及鉆孔深度采用一個(gè)船位一次起爆，采用毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管爆破網(wǎng)路，孔內(nèi)起爆為雙雷管并聯(lián)，孔間采用串聯(lián)。施工孔間采用微差延時(shí)時(shí)間間隔為30ms，排間采用微差延時(shí)時(shí)間間隔為55ms，

1.2.2 爆破地震的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

地震波監(jiān)測(cè)應(yīng)當(dāng)在爆破施工開始的時(shí)候就進(jìn)行嚴(yán)格第監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿著碼頭前沿進(jìn)行布置，從軸線的一端開始，將觀測(cè)點(diǎn)等間距布設(shè)，依據(jù)實(shí)際的觀測(cè)情況對(duì)傳感器的安放位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以得到最完整的數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的采集，利用相關(guān)分析儀器進(jìn)行分析，及時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理、分析，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)預(yù)警和反饋。

1.2.3 爆破地震強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用

該項(xiàng)目由于工期較緊，水下爆破與碼頭需要同時(shí)進(jìn)行施工，為使碼頭結(jié)構(gòu)安全不受爆破施工的影響，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)的對(duì)水下爆破作業(yè)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算，確定安全合理的爆破參數(shù)，同時(shí)采取相應(yīng)有效的安全防護(hù)措施，以保證碼頭結(jié)構(gòu)的安全。

（1）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，建立構(gòu)筑物主體與起爆各參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，并采用相關(guān)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（2）根據(jù)碼頭構(gòu)筑物主體工程抗震要求，結(jié)合相關(guān)資料及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，爆破施工產(chǎn)生的振動(dòng)波對(duì)構(gòu)筑物的影響程度進(jìn)行驗(yàn)算，并通過科學(xué)的分析和安全評(píng)估，確定水下爆破作業(yè)的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 水下爆破施工對(duì)構(gòu)筑物安全影響因素分析

水下爆破引起的地震波和沖擊波，可以分別對(duì)應(yīng)表述為爆破動(dòng)應(yīng)變和爆破動(dòng)應(yīng)力，對(duì)周圍的構(gòu)筑物會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此，在距構(gòu)筑物較近的距離進(jìn)行較大規(guī)模的爆破作業(yè)，需要做好水下爆破產(chǎn)生的地震波、沖擊波作用規(guī)律的分析與研究，并進(jìn)行相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)計(jì)。

與起爆點(diǎn)距離一定的位置，產(chǎn)生的沖擊波由于受到水介質(zhì)的粘滯力與摩擦力的影響，會(huì)逐漸衰減為聲波，其強(qiáng)度隨著距離的增大而逐漸減弱。依據(jù)相關(guān)參數(shù)，結(jié)合爆破監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，可進(jìn)行沖擊波的衰減規(guī)律驗(yàn)算：

公式中:P為沖擊波峰值壓力(kg/cm2);Q為起爆藥量(kg);R為爆破點(diǎn)距觀測(cè)點(diǎn)距離(m)

對(duì)地震波產(chǎn)生影響的因素比較多，也較復(fù)雜，其與爆心距離直接相關(guān)，還與構(gòu)筑物自身的結(jié)構(gòu)特性以及傳播介質(zhì)之間有著直接的關(guān)系。

一般使用薩道夫斯基公式來進(jìn)行地震動(dòng)反應(yīng)計(jì)算:

公式中:一次起爆炸藥量Q（kg）；爆心距R（m）；K指與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)

可以得出：地震波峰值質(zhì)點(diǎn)振速與爆心距離成反比而與齊發(fā)藥量成正比。

水下爆破的安全距離計(jì)算公式：

本工程中取V=6cm/s；，K取180，衰減指數(shù)a取1.45，

安全距離與裝藥量關(guān)系見下表

最大裝藥量Q（kg)470 570 685 811 1113安全距離R(m)50 55 60 65 70最大裝藥量Q（kg)138 185 242 307 383安全距離R(m)75 80 85 90 100

3 降低水下爆破產(chǎn)生的地震波影響的安全措施

對(duì)于碼頭的防護(hù)，應(yīng)當(dāng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)安全標(biāo)準(zhǔn)采取防護(hù)措施，如果碼頭與港池爆破同時(shí)施工情況下，為了保證碼頭的結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)當(dāng)采取相關(guān)措施將水下爆破產(chǎn)生的地震波和沖擊波強(qiáng)度控制在安全范圍以內(nèi)。

地震烈度的定量指標(biāo)見下表

速度/(cm·s-1)2～5 5～10 10～19 19～36 36～72 72～141國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（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中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)加速度/(cm·s-2)21～45 45～90 90～178 178～354 354～708 708～1414

3.1 預(yù)裂帶防振措施

根據(jù)該項(xiàng)目碼頭的基礎(chǔ)特點(diǎn)，為了有效緩沖爆破產(chǎn)生的地震波和沖擊波的影響，沿設(shè)計(jì)開挖線應(yīng)預(yù)先施工一條寬度為20m左右爆破預(yù)裂帶，使爆破產(chǎn)生的地震波到達(dá)胸墻壁時(shí)，緩沖削減到安全振速之內(nèi)，保證碼頭結(jié)構(gòu)安全。

3.2 合理安排施工順序

為了盡量減少碼頭現(xiàn)澆混凝土的受損程度，對(duì)水下爆破的施工順序應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理的安排，應(yīng)當(dāng)最先施工距碼頭最早施工完成的部位最近距離的減震預(yù)裂帶，當(dāng)預(yù)裂帶的寬度達(dá)到要求后，再由近及遠(yuǎn)按順序施工。

3.3 控制一次爆破作業(yè)的齊發(fā)藥量

為了降低水下爆破產(chǎn)生的地震波，應(yīng)對(duì)一次爆破藥量進(jìn)行合理的控制:

公式中:本項(xiàng)目V取6cm/s；K取180～600；a取1.05～1.55。

不同爆心距的齊發(fā)藥量的限制要求見下表

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

在鄰近建筑物的起爆位置應(yīng)減少一次起爆藥量，采取布置1/2-2/3船位的孔位起爆，必要時(shí)采取分組分段起爆，超深孔位采取孔內(nèi)延時(shí)起爆。

3.4 采用微差延時(shí)工藝爆破作業(yè)

水下爆破時(shí)，地震波通過水介質(zhì)傳至陸地對(duì)周圍建筑物和構(gòu)筑物造成影響。為有效控制爆破地震波效應(yīng)，在水下爆破作業(yè)當(dāng)中，可以采用微差爆破的方法。微差爆破技術(shù)是按照一定順序在規(guī)定毫秒時(shí)差內(nèi)依次起爆藥包，通過有序的差分延時(shí)起爆，避免震動(dòng)應(yīng)力疊加，以此有效削弱地震波和沖擊波的強(qiáng)度，保證周圍構(gòu)筑物的安全。

3.5 加強(qiáng)施工過程跟蹤監(jiān)測(cè)

在施工過程中，必須加強(qiáng)水下爆破的相關(guān)監(jiān)測(cè)工作，做到施工與監(jiān)測(cè)同步，監(jiān)測(cè)過程中若發(fā)現(xiàn)存在監(jiān)測(cè)值與規(guī)定值不一致的情況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)評(píng)估及預(yù)警，必要時(shí)應(yīng)停止施工，對(duì)施工工藝進(jìn)行全面檢查，對(duì)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化或調(diào)整施工方案，保證安全。

4 結(jié)語

水下爆破工程施工必須采取有效的安全防護(hù)措施以保證鄰近構(gòu)筑物的安全，本文結(jié)合施工實(shí)例，分析了水下爆破施工對(duì)水工構(gòu)筑物影響的有關(guān)因素，本工程通過采取切實(shí)有效的防護(hù)安全措施，保證了周邊構(gòu)筑物的安全，具有一定的參考和借鑒作用。

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