水下爆破（精选5篇）
水下爆破 篇1
由于水下隧道掘进爆破施工, 必然对隧道周围岩石以及覆盖岩石造成损伤和破坏, 严重的情况下会引起突水, 造成灾难性的事故。从防灾减灾角度出发, 合理保护围岩的唯一途径就是对爆破进行主动控制, 也就是需要对爆破实施优化。本文从安全判据的选取、最小覆盖层厚度的确定、损伤范围的确定、现场监测、数值模拟等方面分别考虑, 最终实现爆破参数优化。
爆破前预测爆破可能造成的岩体损伤范围, 一般根据质点峰值振动速度衰减规律, 结合引起岩体损伤的质点峰值振动速度临界值判据计算获得。可以通过数值方法或解析公式计算质点峰值振动速度。数值计算能够综合考虑炸药特性、岩体特性、装药结构和炮孔布置, 有效地模拟爆破地震波传播规律。
1 安全判据
1.1 允许速度选定标准
1) 宏观调查。
国外众多学者通过对大量岩石损伤状况的调查结果, 根据质点峰值振动速度衰减规律, 结合引起岩体损伤的质点峰值振动速度临界值, 提出了爆破损伤质点峰值振动速度判据, 并在国内外得到普遍使用 (见表1) 。
2) 《爆破安全规程》规定。
根据我国《爆破安全规程》的安全标准, 对于交通隧道其允许速度为15 cm/s, 考虑上部水库的存在, 可适当地加强设防, 即在此基础上可适当降低允许速度值。
3) 根据极限拉应变计算。
爆破震动对围岩的影响主要体现在:削弱岩石的力学性能, 岩石的强度和弹性模量降低;在围岩内产生裂纹或使原生裂纹扩展, 从而影响围岩的稳定性和渗透率。
1.2 最小覆盖层厚度的确定
为了降低钻爆法修建水下隧道施工过程中的风险, 减少辅助施工工程的费用, 一般要求隧道位于岩石地层中且洞顶具有一定的岩石保护层厚度, 该厚度与岩体强度、破碎程度及隧道开挖跨度有关。最小岩石覆盖厚度是影响水下隧道造价和安全的最重要的设计参数之一。一般情况下, 确定水下隧道顶板最小厚度时, 应该从三方面综合考虑:围岩稳定性 (风险的控制) 、隧道长度 (造价的控制) 和隧道涌水量的大小 (运营费用的控制) 。为了防范较大风险的发生, 将建设风险控制在一个可以接受的范围内, 必须要对围岩稳定及支护结构的稳定进行投入。因此隧道最小顶板厚度的优化实际上是一个使整个隧道投资最小化的优化决策问题。选择最小岩石覆盖厚度通常采用以下两种途径和方法:工程类比分析和围岩稳定性分析 (数值分析) 。
2 现场监测
现场监测应本着两个原则:1) 在数值模拟中, 利用实测数据为所建模型中的荷载等参数提供校核依据, 其中采集这类数据时, 测点布置参照图1中的1号测点;2) 利用实测数据进行拟合回归得出本爆破场地的爆破震动衰减规律, 进而预测水库底部质点的震动强度, 数据收集时测点布置参照图1中的2号测点。
3 数值模拟
利用ANSYS LS-DYNA对隧道整个爆破过程进行模拟, 实时观察整个爆破过程中隧道围岩及衬砌的应力应变变化情况。在进行数值模拟的过程中, 利用掌子面后15 m～20 m内测点的监测数据, 对掌子面处的爆炸荷载进行校核, 在确保荷载准确的前提下, 对水库底部质点振动及荷载分布情况做重点分析。
实验表明, 对 Ⅳ级围岩断面, 隧道覆盖岩层中速度峰值、加速度峰值在拱顶约12 m范围内衰减比较明显, 其他范围趋于稳定, 可以不考虑爆破震动引起的动力响应;对于Ⅴ级围岩断面, 隧道覆盖岩层中速度峰值、加速度峰值在拱顶约18 m范围内衰减比较明显, 其他范围趋于稳定, 可不考虑爆破震动引起的动力响应。由于场地的复杂性, 所以不能直接引用以上的结论, 需要利用数值模拟方法来确定该场地的合理衰减范围, 以便在确定岩石极限应变[ε]时明确是否考虑动力响应的问题。
4 针对水下隧道的减震措施
1) 隧道微振控制爆破设计。在弱风化和微风化岩层中需要进行钻眼爆破, 由于是在水底进行施工, 必须尽量减少对围岩的扰动, 严格控制用药量, 为此将采取微振控制爆破技术, 并尽量采用台阶法、光面爆破开挖。2) 炸药选型。理论和实践证明, 低威力、低爆速的炸药可以有效降低爆破震动效应, 因为炸药爆速对爆破质点振动速度有直接影响, 爆速越高, 爆破产生的振动越大, 对于周边眼采用小直径低爆速的光爆炸药。3) 非电微差起爆网络设计。爆破震动与同段起爆的炸药量密切相关, 采用非电微差起爆技术, 不但控制单段雷管的起爆药量, 又能有效地控制每段雷管间的起爆时间, 使爆破地震波形不叠加。这样既能保证岩体破碎达到理想爆破效果, 又能消除爆破震动的有害效应。网络起爆采用孔内微差的方式, 选用1 ms～20 ms非电毫秒, 雷管段差控制在50 ms～80 ms。4) 掏槽形式。隧道爆破的掏槽眼是爆破成败的关键, 也是产生最大振动速度的部位, 大量实践和研究表明采用楔形掏槽能有效减少爆破震动, 为此, 隧道掏槽设计均采用楔形掏槽形式。5) 钻爆施工要求。所有装药的炮眼均堵塞炮泥, 周边眼的堵塞长度不小于20 cm, 确保连线无漏连现象, 另外, 为减少粉尘的扩散, 在炮眼堵塞时, 装入水袋。6) 改变装药结构。在钻眼爆破中采用小直径的不耦合装药, 大爆破中采用空室条形药包且装药尽量分散, 在药孔布置时尽量保证各排药包中心连线要平行于隧道壁。不耦合作用是利用药包和孔壁之间存在的空隙, 以降低炸药爆炸后, 爆轰产物作用在孔壁的初始压力, 使孔壁不压缩破坏, 由于岩石抗拉强度远小于其抗压强度, 所以爆破后产生的冲击波张拉应力, 仍然可以使炮孔周围产生径向裂缝 (其强度减弱) 。
5 参数优化
5.1 最大装药量优化
结合现场实测爆破震动数据, 利用最小二乘法思想, 对《爆破安全规程》中的萨道夫斯基公式进行回归拟合, 得出爆破场地的爆破震动衰减规律, 表达式如下:
令v=[v], 利用式 (2) 反算装药量, 得出Qmax。
按正常的起爆顺序, 一般掏槽孔优先起爆以便为其他装药孔的成功爆炸提供可靠的自由面;同时, 由于掏槽孔没有足够的爆破临空面, 其爆破地震强度比辅助眼、周边眼等炮孔爆破时都要大。所以在确定Qmax的情况下, 应对掏槽孔的装药方式及掏槽形式进行严格的设计。
5.2 最大进尺优化
结合以上算法, 在求得最大安全药量的前提下, 可对最大掘进尺度进行优化设计, 其依托表达式如下:
其中, lmax表示炮孔的最大深度, m;Qmax为单个爆破循环的总用药量, kg;q为单位炸药消耗量, 与岩石性质有关;η为炮眼利用率, 一般取0.85～0.9;S为开挖断面面积, m2。
5.3 炮孔布置优化
根据确定的岩石损伤范围, 可事先确定最后一排主爆孔离设计轮廓面的最小距离 (预留保护层的厚度) , 指导需要严格控制振动速度的预留保护层的爆破开挖, 以控制岩体的损伤范围。
实践证明[5]:增大孔底距、减小抵抗线, 可以使应力降低区处在固体介质之外的介质中, 炸药的爆炸能主要用于破碎岩石, 从而有利于减小大块的产生, 并降低爆破地震效应。所以在底眼布置中可适当的增大孔底距, 同时减小抵抗线, 即增大炮孔密集系数, 使炸药尽可能的分散装填。
5.4 微差时间优化
根据干扰降震理论[6], 当延时间隔Δt= (2n-1) T/2 (n为炸药段数;T为震波周期) 时, 各部分药包爆炸效应会出现干涉相减;当延时间隔Δt=nT时, 各部分药包爆炸效应会出现叠加。所以在确定微差时间时尽量寻求最佳的延时间隔, 确保爆破震动效应最小。
6 结语
对于水下隧道其设计理念首先是防止任何坍塌, 并遵循“预报先行、加强支护、控制变形、优化工序、快速封闭”的原则, 严格控制周边围岩的渗透水量、减小开挖对围岩的扰动、控制隧道周边围岩及开挖工作面围岩的变形、初期支护及时封闭、二次衬砌紧跟开挖面施作等, 因此从衬砌结构的计算到支护参数的确定, 从超前预支护的设置到施工方法等的选择, 均环环相扣, 每一步都十分重要。所以在施工优化时, 应综合考虑, 统筹思考各个施工工艺, 力求最小的经济开支下取得最理想的效果。
摘要：结合水下隧道掘进爆破施工特点, 从防灾减灾角度出发, 对爆破施工优化进行了探讨, 从安全判据的选取, 最小覆盖层厚度的确定, 现场监测, 数值模拟等方面进行了分析, 最终实现了爆破参数的优化, 并得出了水下隧道的减震措施。
关键词：水下隧道,爆破施工,覆盖层厚度,减震措施
参考文献
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[5]李夕兵, 凌同华, 张义平.爆破震动信号分析理论与技术[M].北京:科学出版社, 2009.
[6]熊代余, 顾毅成.岩石爆破理论与技术新进展[M].北京:冶金工业出版社, 2002.
水下爆破 篇2
水下钻孔爆破技术在西江航道整治工程中的应用分析
航道中的礁石是影响航道整治工程的重点和难点,水下钻孔爆破技术在水下炸礁和航道整治中具有非常重要的应用价值.本文试图结合西江航道整治作为分析案例,对水下钻孔爆破技术在西江航道整治中的.应用做出一定的探讨.
作 者：韦庆学 作者单位：广西柳州航道管理局刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(26)分类号：U6关键词：水下钻孔爆破 航道整治 冲击波
水下爆破 篇3
关键词：桥梁,深水基础,水下爆破,施工技术
1 工程概述
依托工程是新建湘江特大桥, 该桥梁位于长沙市区西北14 km的湘江西岸月亮岛, 距离既有线的右侧17.5 m~28.5 m不等, 横跨湘江。主桥结构为悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥, 跨径布置 (63.65+8×96+61.5) m, 跨越湘江主河道, 下部为35号墩~45号墩。40号墩~42号墩之间两孔为通航航道。根据桥址处的地质图勘察, 38号~42号桥墩处覆盖层浅, 钢管桩打入艰难, 基础施工难度大, 根据研究分析, 应用水下钻孔爆破法可以有效开展。
目前, 国内外对于嵌入岩石的低桩承台施工, 需用水下爆破法进行基岩的开挖, 而后采用钢围堰进行承台的施工。大部分水下爆破区域周围无任何建构物[1];本工程的水下爆破区域毗邻既有铁路、高速公路桥, 爆破施工要确保营业线行车安全及湘江主河道内船舶的正常通航;其施工难度大、安全风险高, 因此需要制定详细爆破施工技术和方法。
2 总体施工方案策划
通过对桥址施工条件调研, 拟采用水下钻孔爆破方法, 钻机采用YQ100A型潜孔钻。钻孔爆破所涉及的主要内容是:钻孔方法、炸药保管及运输、炸药放置方法和起爆。
1) 钻孔方法。采用100型潜孔冲击钻, 施工方法如下:首先, 将钻孔平台进行精确定位, 并收紧绞锚机上的钢丝, 以保证平台不会发生移动;其次, 采用直径110 mm套管通过液压系统压至岩层表面, 并套管下钻头, 通过冲击作用打碎岩石;最后, 将高压水泵连接到主钻杆, 将孔内的石渣排出形成钻孔。
2) 炸药放置方法。根据地质情况分析, 确定本项目的炸药使用为:70 mm孔径, 长400 mm, 重1.6 kg的乳胶炸药。首先, 根据单孔用药量用套管将炸药送到钻孔内, 并用泥浆封堵;其次, 将导线从套管底部拿出并与其他部分进行连接。这样, 炸药放置就不会受到水位和水流影响。
3) 起爆。起爆前需要检查电雷管, 用2H-1型专用欧姆表;然后, 制造起爆药并放入钻孔内用导爆管连接;最后, 将导爆管和电雷管连接处放置在泡沫浮球上, 并用电雷管引爆。
4) 清渣。爆破结束后, 采用抓斗或挖机进行清渣, 清渣顺序为从南向北方向逐步推进, 用装渣船配合运到环保部门指定地点倾倒。
3 爆破施工技术及要点
爆破施工通过设计精确的爆破参数, 并采用跟踪监测和现场管理技术, 保证爆破工作的顺利开展和实施。
3.1 爆破参数设计
爆破基岩以中、微风化石为主, 基坑进入岩层深约1.5~5.0。开挖工程总量约12 800 m3, 其中需爆破方量约4 000 m3。根据当地的施工条件和工期的要求, 具体的爆破参数确定如下:
爆破顺序为:从南向北方向逐步推进, 即从远距离开始爆破, 逐步推向近距离桥墩位置。
花岗岩层平均开挖深度3 m~4 m, 根据现场环境情况只能采取水下分层爆破, 根据桥墩位置进行调整, 布孔形式采用“矩形”布孔。
水下爆破的方法需要应用分段延期微差起爆技术, 采用一次起爆多次爆炸技术, 这里面需要控制好最大段装药量, 以降低爆炸所引起的地震波和水中冲击波对既有高速公路行车、铁路大桥及运营的影响。
爆破技术参数:孔径D=100 mm;最小抵抗线W=0.6H=1.60 m;外径:a=1.3 m;排距:b=1.5 m;单孔装药量:Q=Qo·a·b·H, 其中, Ho=1.0 m;Qo为水下单位耗药量, 根据经验确定, 花岗岩一般为1.3 kg/m3~2 kg/m3, 本工程岩基为全风化花岗岩, 取1.3 kg/m3, 通过计算:Q=1.3×1.3×1.5×1.0=2.5 kg。
堵塞长度:为了满足爆破效果, 一般堵塞长度不小于最小抵抗线0.6倍, L=0.6W=0.96 m。由于本项目是进行水下爆破, 依照《爆破安全规程》堵塞长度取0.5 m。
为了爆破安全, 需要对爆破可能产生的水中冲击安全距离、飞石距离、振动安全允许距离等进行计算明确。
3.2 水下爆破施工的跟踪监测
为了安全掌握水下爆破水工的实时过程和影响, 需要建立监测系统[2], 保障施工安全。
1) 监测方法。
爆破中心和监测物距离以及炸药用量都是很关键的因素。根据石长铁路湘江特大桥桥墩基岩水下爆破的周边环境, 重点监测爆破开挖区域附近2个~3个桥墩 (原石长铁路) , 最近距离约12 m。结合已有的爆破地震监测经验, 考虑到震动信号的幅值范围和频率范围, 水下钻孔爆破选用成都中科测控有限公司TC-3850型振动测试仪和检波器 (传感器) 。过程中需进行爆破震动观测, 主要监测垂直向爆破震动和水平向爆破震动;每个测点同时布置垂直向传感器和水平向震动传感器。现场记录完毕后, 振动测试仪保存数据, 通过电脑连接通信, 采用专用软件处理, 并输出所需数据。
具体的测试系统:速度传感器→TC-3850型振动测试仪→台式电脑或笔记本电脑→打印机。
整个监测系统进行了多频率的系统标定, 以检查监测仪器的性能和误差。由于铁路大桥暂无震动安全标准, 同时行业标准相关资料中也无法确认震动安全标准。
2) 监测结果。
根据水下钻孔爆破设计方案, 最近距离为12 m的爆破区域最大单段药量为2.5 kg, 最远距离为40 m的爆破区域最大单段药量为15.0 kg, 并参照国家标准GB 6722—2003爆破安全规程 (2003.09.12发布, 2004.05.01实施) 中有关规定及取值和类似工程, 取K=150, α=1.55, 经计算各监测区城震动值如下:最近距离:5.1 cm/s;最远距离:2.0 cm/s。
3.3 水下爆破管理技术
1) 炸药的保管及押运。
炸药的保管和押运极为重要, 应该委托本地有资质的单位押运保管, 并签订相关协议和责任状, 保障爆破用药的安全性。
应该如实记录爆破工作中具体的爆物类型、发放数量、发放人员等信息。规定:所领取的爆炸物量不能超过当班用量, 完成工作后所剩余爆炸物应该退回。
如果爆炸工作完成或者不再需要使用民用爆炸品时, 需要将剩余的爆炸品如数归还登记, 也可以上报所在地区的县级人民政府公安机关, 进行监督和销毁。
2) 施工现场管理。
凡是接触到爆破器材的所有人员, 包含包药员、下药员、押运员、安全员、库房保管员和爆破员, 都应该明确爆炸器材的使用危害性, 需要参加安全教育和培训, 并经过严格审查后才能上岗。
3) 爆破警戒。
为了使爆破工作的安全威胁降至最低, 需要设定警戒。警戒范围为距离爆破地点100 m。在爆破前需要将相关人员、车辆和船只等疏散到安全区域, 并在爆破过程中封锁所有的通道, 在四周设定警戒。具体警戒方法如下:
a.在爆破开展前张贴告示, 通知所有过往行人、车辆、船只等爆破工作的开展时间, 并明确该工作的危险性, 服从爆破人员管理方法。
b.在引爆前约半个小时, 疏散警戒范围内的所有行人、车辆和船只到安全区域, 工作区域只有爆破工作人员。
c.在引爆前还需要在水流的上下游约100 m处警戒, 防止小船、小艇靠近。
d.引爆前各个警戒人员需要配备对讲机, 在完成上述所有准备工作后, 向引爆人员发信号, 才能进行引爆。
e.爆破工作完成后, 发第三次警报, 撤除警戒, 恢复正常秩序。
4 结语
在确保营业线行车安全及湘江主河道内船舶的正常通航情况下, 针对本工程38号~42号墩基础的特点提出了水下精细爆破施工的思路, 顺利推动了水下基础的快速施工。相关结论如下:
1) 爆破区域紧邻石长铁路湘江大桥, 最近距离12 m, 结合以上特点, 本工程水下爆破施工引入精细爆破的理论, 并制定了相应的施工措施。
2) 由于铁路大桥暂无震动安全标准, 爆破区域紧邻石长铁路湘江大桥, 本节提出水下爆破施工时的安全评价方法, 即监测列车通行的大桥的震动和爆破震动, 通过对比大小, 参照类似构筑物震动安全标准, 指导爆破施工。
3) 根据多年的爆破地震监测经验、水下钻孔爆破方案的爆破参数和地形地质条件, 考虑到震动信号的幅值范围和频率范围, 选用成都中科测控有限公司TC-3850型振动测试仪和检波器 (传感器) 对爆破开挖区域附近2个~3个桥墩进行了监测, 即控制水下钻孔爆破质点震动速度, 实现了对既有高速公路行车、铁路运营及航道内船舶通行“0”干扰的目标。
参考文献
[1]李杰.水下爆破对邻近铁路桥梁震害的防护与监测[J].铁道建筑, 2004 (7) :8-11.
水下爆破 篇4
某特大桥的10号墩采用双壁钢围堰施工,墩基础位于主航道河床斜坡上,墩位处河床基岩裸露,为灰色变质砂岩。局部低洼处有砂、小卵石、碎石或块石覆盖。经实测,双壁钢围堰基础施工范围内河床面标高最高为27.6 m,最低处为22.9 m,坡度为23.5%。按设计要求,钢围堰刃脚要安置在23.55 m标高处,因此,必须进行水下钻孔爆破,最大爆破高度为4.5 m。
2 水下钻孔施工
2.1 钻孔平台搭设
利用两只木船组成船组,在两船间用小钢轨搭设一固定钻机平台。钻机采用ZY-100型地质钻机,钻孔直径为91 mm。钻孔平台锚碇系统由6个重180 kg的四齿锚组成。
2.2 钻孔范围的确定
根据施工要求,以墩基础中心为圆心,布孔范围为半径10 m的圆平面。根据实测的河床面标高,确定钻孔范围为墩中心靠南岸方向以及北岸方向半圆下游的一部分,其余部分因河床面标高达到设计要求不需进行钻孔爆破,孔底标高定为23.2 m,即比钢围堰刃脚标高要超钻0.3 m,钻孔深度为1 m～4.5 m,钻孔平面布置如图1所示。
2.3 钻孔施工
1)孔位的确定:根据河床断面实测资料,计算好各钻孔点坐标,在岸上某一控制点用全站仪对各钻孔点进行放样定位,为确保孔位的精确,在定好孔位后,要对其从不同的测点进行复核,在孔位确认无误后,才能进行钻孔作业。钻完一孔后,再用同样的方法将钻孔平台移至下一孔位处进行钻孔。2)钻孔施工:孔眼位置定好后,由潜水员下水将钻孔位置处碎石或孤石处理完毕后才能开孔。钻孔时先采用直径130 mm的钻头开孔,待钻进深度约为0.5 m后改用直径91 mm的钻头钻孔,此时直径为130 mm的钻杆就当套管使用。3)孔眼的保护:为防止孔眼被砂和碎石淤塞,当孔钻好后立刻由潜水员下水用堵孔器将孔眼堵住。4)孔位的检查及清孔:待所有孔眼钻好后,在铁驳船的一侧搭设一个悬臂工作平台,由潜水员下水找孔,用高压风冲孔,待孔内杂物冲清干净后,再用40的长黑铁管插入孔内,这样一方面可以避免孔再度被堵塞,另一方面黑铁管露出水面后可以直观地检查水底孔位的实际位置。所有孔位清理检查完毕后,应立即进行装药施工。
3 水下爆破设计与施工
3.1 爆破方案选择
为减少爆破地震动对岸上民房及相邻桥墩基础的影响,拟采用多排微差控制爆破。先进行第6排(中间1排)拉底开槽,再进行分排按次序爆破,分排爆破顺序为7,8,9,10,11,5,4,3,2,1。排差50 ms,炸药采用乳胶炸药。起爆器材采用非电毫秒雷管,网路连接采用簇联方式,起爆方式采用火雷管引爆。为确保爆破成功,每个起爆体内装有两个毫秒雷管。
3.2 孔网参数
根据实际情况,最小抵抗线应比在陆地上钻孔浅眼爆破要减少15%左右,取抵抗线W=1.4 m。孔距a=1.5 m,排距b=1.2 m,呈梅花形布置。钻孔深度H=1 m～4.5 m,超钻深度Δh=0.3 H=0.3 m～1.35 m。
3.3 药量计算
1)单位药量:该基础河床为变质细砂岩,风化轻微。炸药单位药量可按下式计算:
根据岩石硬度系数,查表可得水下垂直爆破时q1=1.5 kg/m3;q2=0.01 H0,H0为水深,m;q3=0.02h3,h3为覆盖层厚度,m;q4=0.03 H,H为孔深,m。
由上式可求得单位药量q=1.6 kg/m3～1.8 kg/m3。
2)单孔药量计算:单孔的药量可由以下公式计算:Q=α·q·a·b·H。其中,α为乳胶炸药换算系数,取0.87;q,a,b,H分别为单位药量、孔距、排距及孔深。
3.4 爆破安全计算
1)爆破地震安全距离。根据文献[6]可知爆破点与被保护建筑物的安全距离R由下式计算:
其中,Q为一次起爆药量,kg,微差起爆取最大一段的装药量;V为爆破地震安全速度,cm/s;K,α分别为与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数,根据实际情况,取V=2 cm/s,K=300,α=1.8。由上式计算可得R=80.79 m,而现场河堤及河堤上建筑物距爆破点的最小距离大于200 m,因此爆破不会对周边建筑物造成危害。
2)飞石的影响。由于水深达10 m左右,大于6 m,根据规范规定,无需考虑飞石的影响。
3)水中冲击波安全距离。钻孔爆破水中冲击波对建筑物影响远小于地震波,爆破点到河堤及堤上建筑距离较远,因此无需考虑此项影响;而爆破对水中人员、船舶的安全距离,在爆破施工时严格执行相关规范要求。
3.5 爆破施工
1)搭设装药平台,潜水员在水下装药将带来诸多不利因素,如装药时间过长,容易混段、漏装和破坏起爆网路等,故采用水上装药方案。为便于水上装药作业,另用一艘70 t的铁驳船搭设一悬臂平台,与清孔用的平台连接成一体,形成水上装药平台。2)水上装药作业,由潜水员下水作业,在炮孔内插入内径为80,外径为90的聚氯乙烯硬塑料管,管口须露出水面。由工作人员在装药平台上直接从塑料管往炮孔内装药,墩位处水深达10 m左右,由于水具有不可压缩性,可以考虑采用水作为封孔材料,形成水封。3)副网路的搭设,为避免水流及水中漂流物造成塑料导爆管受拉力而影响引爆,在爆破区选择3个孔眼,呈三角形分布,在孔内插入40的黑铁管,管口高出水面约1 m,用粗尼龙绳将3根黑铁管连成一整体,组成水面副网路。再将各炮孔引出的塑料导爆器连接其上,由尼龙绳承受拉力。4)将各炮孔引出的导爆管严格按段位分组后与接力雷管固定在水面副网路上再连接至岸上总起爆点。
4 结语
10号墩于2009年8月20日上旬开始钻孔,于9月16日下午顺利引爆,历时36 d,共钻孔106个,总深度357.1 m,总装药量728 kg。爆破产生的地震波、水中及空气中冲击波、飞石均控制在设计要求内,对周边建筑物及人员未造成任何破坏,达到了预期的安全目标,岩石破碎均匀、块度小,无需进行二次爆破。爆破未留埂坎,基床断面尺寸及底面标高均符合设计要求,完全满足钢围堰沉放及封底混凝土施工要求,取得良好的爆破效果。
为顺利完成水下爆破作业,爆破施工前,要根据爆破处的地形、地质条件,综合各方面的要求进行爆破设计,确保设计技术上可行,安全可靠,经济合理,并严格按照爆破设计进行施工;水下钻孔时,由于水、风浪等多方面的影响,尽量选用高效率的钻孔机械,且要求钻孔孔位准确,以保证爆破质量。
摘要：通过对某大桥双壁钢围堰基础水下爆破施工的详细介绍,阐明了水下爆破中的炮孔设计、装药计算、起爆网路设计等关键工序,并详细介绍了水下爆破施工工艺,有效地克服了围堰下沉施工的技术难题,为类似工程提供了有意义的借鉴和指导。
关键词：桥梁工程,双壁钢围堰,水下爆破,施工
参考文献
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水下爆破 篇5
关键词：静水压,爆破,深水,浸泡,施压
装药到起爆的时间在大型水下爆破施工中, 通常需要经历漫长的时间, 该过程短则几个小时, 长则几十个小时, 炸药爆炸的性能一般都会受到静水压力和渗流作用的影响, 因此, 水下爆破的效果会受到较大的影响。随着社会的进步, 乳化炸药也得到了迅速的发展, 其性能与工艺都有了较大的改善, 并且, 已经成为了水下爆破施工在现阶段最为适用的产品。因此研究乳化炸药的抗水性能与抗压性能有利于水下爆破工作的展开。
1 实验背景
乳化炸药是泛指一类用乳化技术制备的使氧化剂盐类水溶液的微滴, 均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中, 形成一种油包水型 (W/O) 的乳胶状含水工业炸药。乳化炸药是含水炸药的一种。
乳化炸药通常都是由硝酸铵等无机氧化剂盐水溶液和油相燃料组分构成的, 一般不含单质炸药。按照炸药起爆时的灼热核 (热点) 理论, 在该类炸药中均匀分布着的无数微小气泡就成为炸药起爆时的灼热点。亦即在外界起爆冲量的机械能作用下被绝热压缩, 机械能转化为热能, 微小气泡不断加热升温, 在10-3~10-5s的极短时间形成一系列温度高达400~600℃的灼热点, 从而激发炸药爆轰。
为了使炸药中产生灼热点, 获得必要的爆、轰敏感度和足够的爆炸能量, 在敏化工序加入载有气泡的材料如珍珠岩、空心玻璃微珠等, 或者加入亚硝酸钠溶液等与乳化炸药中游离硝酸铵反应以生成细小气泡, 从而调节炸药密度, 起到敏化作用。
乳化炸药以往通常用于矿山开采、隧道掘进等, 乳化炸药在设计方面较少考虑到其水下爆破的实际性能, 炸药在一定深度的水下爆破时, 会有水分渗入其中, 影响其爆破效果, 并且, 在水下, 有静水压的存在, 静水压力强度随着水的深度的增加而增加, 炸药在受到静水压的作用之后, 同样会影响其起爆感度和作功能力。因此, 通常需要明确炸药产品的性能, 明确其在一定水压下的起爆感度等性能指标, 为了使乳化炸药在实际应用中具备较详细的使用效果说明, 需对其在水下爆破的情况进行实验研究, 以便于将其投入到生产中。
目前, 炸药抗水性的测定方法可分为模拟实验测定法和现场实测法。现场实测法:在含水炮孔中或是需要爆破的深水中进行实际装药, 浸泡一定时间 (以现场可能发生的最长浸泡时间为准, 如8h等) 后再引爆, 以拒爆与否和爆破效果好坏来相对评价乳化炸药的抗水性。这种测定方法与实际爆破作业的条件保持一致, 测试结果比较符合客观实际情况;但操作比较麻烦, 万一发生拒爆后, 其盲炮处理不易。现有的模拟实验测定法只能测试乳化炸药浸水前后爆炸性能衰减, 无法测定炸药在水压作用的真实条件下起爆感度和爆炸性能, 而在水下爆破工程中发现现有模拟实验测定法判定能正常起爆的乳化炸药在使用过程中常会发生拒爆现象, 因此, 能够真实测定乳化炸药在一定水压作用下起爆感度和爆炸性能的实验装置亟待被开发出来并加以应用。
2 实验方法
在本次研究中, 在实验室中将乳化炸药进行一定水压下进行模拟深水浸泡, 达到设定时间后起爆受压状态下的乳化炸药, 同时也测定经过模拟深水浸泡后解除水压后的乳化炸药、未经模拟深水浸泡的乳化炸药的性能。对比浸泡前后其性能的改变, 以及研究其对爆炸效果的影响程度, 从而判断出乳化炸药的抗水抗压性能。
2.1 实验原理
水下装药一共受到两种压力: (1) 静水表面的大气压; (2) 静水压力。静水表面的压力会对水下装药的压力产生直接影响, 其中, 水的深度越深, 静水压力就会越大, 要想在水深条件不足的情况下做出深水乳化炸药的抗水抗压实验, 可以通过增加静水表面大气压力的方式来实现, 也可以将压力管直接与炸药管相连接, 以达到直接增压来模拟深水测试的目的, 本文就是利用了最后一种原理来进行实验研究。
2.2 实验装置与炸药的选择
本文中应用到的实验装置操作更加快捷简便, 安装过程也比以往的同类装置更加方便。可以将该装置进行多次反复利用, 本文中对爆炸管进行加压的方式有两种选择: (1) 利用空气压缩机对炸药管进行加压; (2) 利用打气筒对炸药管进行加压。在该实验装置中, 实验具体操作如下:
(1) 将待测试的炸药药卷装进爆炸管中。
(2) 将装有炸药的爆炸管与施加压力的管道进行连接, 在连接过程中, 为确保试验的准确性, 要求爆炸管与管道密闭装接, 形成密闭腔体, 同时引出炸药引线等待后续引爆。
(3) 腔体内注水, 注水量淹没药卷后, 封闭注水口。
(4) 利用加压管对闭腔体进行加压, 腔体内乳化炸药所受到的压力应满足实验要求。
(5) 起爆雷管, 引爆待测试炸药, 并观察在模拟深水压力下, 乳化炸药的性能是否正常。图1展示了该结构装置。
本装置的核心在于雷管之导爆管 (或电雷管脚线) 和爆速探针出口处的密封。
在该实验中, 选用A、B两组炸药。A、B两组炸药有相同的水相配方, 但两组炸药的油相材料不同, 采用化学敏化时敏化剂配方也不同。A组炸药第一种是采用a配方化学敏化的乳化炸药 (记为Aa化学敏化) , 第二种是珍珠岩敏华的乳化炸药 (记为A珍珠岩) , 第三种是玻璃微球敏华的乳化炸药 (记为A玻璃微球) ;B组炸药第一种是采用b配方化学敏化的乳化炸药 (记为Bb化学敏化) , 第二种是珍珠岩敏华的乳化炸药 (记为B珍珠岩) ) , 第三种是玻璃微球敏华的乳化炸药 (记为B玻璃微球) 。这两组炸药的生产工艺是相同的, 具有可比性, 我们选用的式样没有经过任何的防水处理, 且均为32mm的小药卷。
2.3 实验方案
(1) 分别测试未经浸水的两组共六种炸药的爆速, 每个样品测2次取平均值;
(2) 将炸药在压力表表压为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa水压下浸水8h, 取出炸药, 观察炸药变化情况, 分别测定爆速, 每个样品测2次取平均值;
(3) 将炸药在压力表表压为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa水压下浸水8h后, 分别测定两组共六种炸药在上述水压作用下的爆速, 每个样品测2次取平均值。
2.4 实验结果
经过8h浸泡后的乳化炸药, 其包裹炸药的蘸有石蜡牛皮纸有变软现象, 药卷外观基本保持原来形状, 但在药卷两端口的乳化炸药出现较为严重的破乳现象, 破乳炸药厚度约为 (2~4) mm左右。
在浸水时间相同的条件下, 两组炸药在静水压力作用下的爆炸性能具有相同特点。对其施加的压力越大, 其爆破性能下降越快, 对其施加的压力越小, 其爆破性能下降越慢。依据实验中的推理, 本文中主要运用对炸药腔体进行施压的方式来模拟乳化炸药在深水环境中的爆破效果, 因此, 在此实验研究中, 对腔体施加的压力越大, 可代表在实际现场爆破过程中, 水的深度越深, 这就可以说明, 在实际现场爆破的过程中, 乳化炸药的性能会随着水的深度的增加而降低。两组六种炸药的测定结果见表1。
3 结论与分析
(1) 由于化学敏化的乳化炸药中微气泡受压逃逸、珍珠岩/玻璃微球受压破裂导致乳化炸药密度增大, 乳化炸药在深水压力作用下, 由于受到压力的作用, 其爆速、起爆感度明显下降;
(2) 玻璃微球敏化的乳化炸药有较好的抗水压性能;
(3) 因乳化炸药所采用的油相材料不同、化学敏化配方不同, 化学敏化的乳化炸药有不同的抗水压性能;
(4) 浸水受到较大压力后取出能正常起爆的化学敏化的乳化炸药在浸水带压时有可能拒爆;浸水受压后取出乳化炸药进行测试存在误判的可能;原因是解除压力后炸药中原有气泡变大、炸药密度变小, 提高了炸药的起爆感度;
(5) 珍珠岩的抗压性能差于玻璃微球, 珍珠岩敏化的乳化炸药抗水压性能劣于玻璃微球敏化的乳化炸药。
参考文献
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