工程爆破理论与技术系列培训_水下爆破霍永基教授

水下爆破
四.有害效应与安全防护
1、水中冲击波的影响； 2、爆破冲击波与气浪压力对隧道的影响； 3、岩塞爆破的地震效应； 4、石渣运动的危害影响。
水下爆破
围堰结构爆破拆除技术
霍永基
（中国水利水电科学研究院）
一.概述
围堰结构是一项用途广泛的临时挡水建筑物。为使主体工程能在旱地上修建, 一般先在滩地或水域中修筑挡水围堰，然后抽干围堰内的基坑积水，再进行主体 建筑物基础开挖和筑造。因此，围堰结构应具有良好的挡水能力和防渗稳定性。 围堰工程广泛用于水利电力、铁道交通、港口码头和桥涵隧洞工程施工。围堰结构 种类繁多，按使用材料可分为土石围堰、混凝土围堰、岩坎围堰、竹笼围堰、 木笼围堰、草土围堰、钢板桩围堰以及复合型围堰等。 按水利水电拦河大坝及电站厂房施工用途又可分为上、下游围堰，纵、横向围堰， 汛期临时过水围堰和不过水围堰等。围堰爆破拆除工作亦常用于配合截流工程， 实施爆破分流。围堰拆除时机为，当主体工程具备自身挡水能力，或已基本完建， 需投入使用时，围堰需全部（或部分）拆除。采用何种拆除方法应视围堰结构类 别和工程环境的限制要求等具体条件而定。钢板桩围堰一般采用机械拔桩法拆除 以利重复使用。而岩坎围堰和混凝土围堰等通常采用爆破法拆除。因此，非溢流 围堰工程除满足安全挡水条件和要求（堰顶高于最高档水位，堰体稳定、不透水 和耐冲刷）外，还应考虑建筑工程量小，结构简单，施工方便，造价低，工期短 并有利于拆除清运。由于围堰爆破拆除时，离主体建筑物一般都很近，爆破对 工程环境的各种有害效应及安全影响威慑都较大，因此研究围堰工程爆破拆除 的优化设计，合理施工和有效的安全防护措施对确保工程项目的胜利完成具有 重大的现实指导意义和巨大的社会经济效益。
围堰结构爆破拆除技术
三.几类典型围堰结构爆破拆除的基本方法
1、混凝土防渗心墙土石围堰结构爆破拆除法。 混凝土心墙是一道现场连续建筑的高大刚性墙体，必须爆破 破碎后才能清运。为此，采用沿墙体中轴线布置一排垂直 超深孔钻爆法设计最为适宜。而炮孔参数则应按挤压破碎 相似条件选定。炮孔装药结构宜采用间隔耦合（准耦合） 药卷，起爆药包放置须根据炮孔装药长度布设，各自选用 上、下正反向起爆药包微差延时爆破。
围堰结构爆破拆除技术
几类典型围堰结构爆破拆除的基本方法
2、混凝土重力式围堰爆破拆除法
此类围堰结构特点为迎水面近乎垂直面，而背水面约为1：0.6 左右的斜面，故一般宜采用垂直孔为主或垂直孔与斜孔相结合 的分层钻孔爆破法。为确保围堰拆除范围以外部分的堰体与之 相连接的主体结构物不至受损，应在边缘连接处布置必要的预 裂孔、隔振孔（拉裂孔）。炮孔临空面应以朝向挡水面为主， 采用抛掷爆破或加强松动的微差爆破“V”型起爆法，以确保爆 破后形成形态标准、尺寸正确的过水口门。同时为了尽量避免 大量爆破破碎物抛向主体工程造成损坏。对朝向基坑内的炮孔， 应选取以松动或加强松动爆破为主的炮孔设计参数。
围堰结构爆破拆除技术
围堰爆破拆除工作的特点和有害效应分析
当水头（水位差）较大时会产生水跃现象，对基坑产生强烈冲刷，对主体
建筑结构迎水面产生强大的破碎浪压力，甚至在闸门井控制室通道产生
“井喷”现象，并携带大量淤积物及堰体破碎物涌入基坑，并淤积于进水 设施 通道里外和基坑上，造成不利影响。因此，无论围堰内充水与否，爆破时 都应分别采取相应的安全保护措施。譬如，用气泡帷幕削减水中冲击波； 用临时屏障阻挡泥沙、碎石直接灌入进水口门，冲刷毁损建筑设施等。
水下爆破
水下爆破工程技术
(3)药包适宜质量Q： Q=K3HB (4)土层有效压密深度he=⊿h=K4 Q1/3 (5)响应爆炸最大作用半径R： R=K5Q1/3 (6)药包间距：a=2R (长方形布置药包）
水下爆破
水下爆破工程技术
各种土层悬挂药包爆炸压密常数
土的种类 K1 K2 K3 B K4 K5
砂、砾石
松饱和沙土 块石垫层
2.32
2.32 2.1~2.6
0.35
0.35 0.25~0.3
0.1
0.1 0.1~0.1 5 0.07~0. 11
2.46
2.46 2.3
1.8
3.0
2.0
2.5~3.0 1.5~2.2
砂砾垫层
2.1~ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.6
0.4~0.6
2.5
1.8~2.5
水下爆破
水下爆破工程技术
围堰结构爆破拆除技术
二.围堰爆破拆除工作的特点和有害效应分析
1、围堰爆破拆除工作特点
围堰拆除的时机需视主体建筑物施工进度和完建日期而定，两者 应同步安排。围堰拆除工作包括预拆除和正式爆破拆除。围堰预拆除 目的是减少正式爆破的工程量、降低爆破对主体建筑物和环境的有害 效应和减少水下清运工作的困难、缩短施工工期和降低施工费用，并 有利于工程项目胜利安全竣工。 但是，围堰何时预拆除至何等地步，要紧密结合当地水情、工程分析 和雨情预报，严格按照水工建筑物围堰工程等级划分和防汛安全标准 的有关规定，研究不同类型围堰的安全挡水条件和要求。土石围堰顶 高程还需考虑风浪爬高的影响，应分析汛期不同期间的可能最高挡水 位并具有必要的堰顶超高，避免因水位上升造成堰顶溢流，冲刷破坏 和基坑积水等带来的损失。
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水下爆破工程技术
埋深爆破压实的优点：
爆破效果好、4~5次爆破夯实即可达到目的。
裸露腰包爆破爆炸压密法，爆破效率低、爆破压实有效半径 为深埋的一半。方法简单，易行。
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水下爆破工程技术
水下淤泥地基爆炸处理技术
1、爆破夯实法；
2、排淤填石法； 3、堆石下爆破挤淤法； 4、水下触底爆夯挤淤法。
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水下爆破工程技术
5、爆破施工 ① 打贯通孔、检查、核对岩性及尺寸； ② 导洞开挖打超前勘察孔； ③ 准确测量断面；
④ 采取封堵和堵漏措施；
⑤ 控制钻孔深度，一般孔底至临水空面的距离0.2~0.5m； ⑥ 调整药量使孔底药量均匀； ⑦ 抗水炸药与抗水措施准备； ⑧ 网路的准爆性、可靠性；
⑨ 进行必要的爆破实验。
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水下爆破工程技术
(四)水下岩塞爆破 1、岩塞爆破的技术难点 ① 岩塞口的位置、形式、参数； ② 对环境结构物的保护； ③ 岩塞爆破施工的生产安全保证。 2、勘察设计与测量 ① 勘察现场与岩性 ② 位置选择原则： 符合洞口设计要求；有利设计，一次爆通； 岩塞厚度保证强度与稳定要求；
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水下爆破工程技术
一、水下爆破概述
1、水下爆破的工程的作用 概念：爆源置于水域制约区内与水体介质相互作用的爆破； 工程类型：深水、浅水、近水面、水底裸露、水底钻孔、 水下峒室、挡水体爆破。 普通炸药的性能在水下有有很大变化。 水的易流动性、弱粘性、微压缩性，深水压力使水下爆与 露天爆破有明显区别。
水下爆破
水下爆破概述
能力大大下降。
岩石的移动受水压的作用大大减慢，单耗增加，移动、 抛掷减少。 冲击波、应力波、地震波在水中衰减减慢，爆破危害效应 增加。
水下爆破
水下爆破工程技术
2、水下钻孔爆破装药量计算 一般比露天爆破装药量增加（15~20）%与岩性和炮孔 布置有关； 3、水下炮孔爆破布孔原则 布孔一定结合钻孔方式进行；潜水员钻孔孔深深度与孔距 受到限制。 平台钻孔：孔深和孔距合理实现。 参数：坚硬完整岩石 a=(1.0~1.25)w; b=(0.8~1.2)w; 裂隙发育、中硬 a=(1.25~1.5)w b=(1.2~1.5)w 超深：国内1.0~1.5m,一般不低于2米，达到3米。 采用的钻孔形式：直孔、尽量选用斜孔。
(Q1/3/R)2.05
水下爆破
水下爆炸冲击波理论及分析计算
3.其它水下爆炸参数计算 水体界面对水中冲击波的影响； 水下爆炸气泡脉动及参数的计算； 浅水爆炸水喷和波浪效应.
水下爆破
三.水下爆破工程技术
(一 )、水下钻孔爆破 1、水下钻孔爆破机理： 水饱和岩体的波阻抗大，使冲击波对水中岩体的拉伸破坏
3、爆破设计方案
① 钻孔爆破方案； ② 洞室爆破方案； ③ 钻孔与洞室爆破结合方案。 ④ 深厚覆盖层水下岩塞爆破： 集中药包一次爆破成功；深孔爆破法； 4、药量计算 ① 药量考虑：比陆地多增加10~30%； ② 爆破作用指数：n=0.8~1.2； ③ 抵抗线W：临洞临空面 W； 临水临空面 W=1.15~1.20； ④ 深孔爆破，平均单耗增加30~50%。
水下爆破
水下爆破概述
浅水爆炸的特征与现象 1、冲击波反射在水的表面形成水柱。 2、气泡上冲形成水喷； 3、接近水底爆破形成弹坑； 4、形成涌浪爬高现象； 5、近水爆炸形成水面弹坑现象。
水下爆破
二、水下爆炸冲击波理论及分析计算
1、冲击波理论 水中爆炸的压力峰值： P=k(Q1/3/R)a 冲量 I =LQ1/3 (Q1/3/R)B 能流密度 E=mQ1/3 (Q1/3/R)r 其中：k.L.m;a.B.r与爆源性质和炸药品种参数。
爆炸参数与悬挂关系
H ⊿h h R H
R
h ⊿h Q
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水下爆破工程技术
爆破次数与相对沉陷关系
相 对 沉 陷 砂砾层
碎石层
爆炸夯实次数
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水下爆破工程技术
深埋药包爆破压密法 1、药包与埋深的关系 Q=K1h3=0.055h3 2 、有效埋深度： he=K2Q1/3=4.0Q1/3 3、单个药包最大影响半径R： RMax=K3Q1/3 4、单个药包有效压密半径Re=K4Q1/3 5、药包间距：a=b=Re
围堰结构爆破拆除技术
围堰爆破拆除工作的特点和有害效应分析
2.围堰爆破拆除有害效应分析
无论围堰在预拆除或正式爆破拆除时都应充分考虑爆破的各种有害效应。 预拆除工作一般在围堰挡水位以上或不受水位影响的围体部位进行陆地 施工。故其爆破的有害效应主要是飞石和地震效应。但正式爆破拆除时， 因一次爆破拆除量大，且存在围堰内基坑充水与否两种不同的选择。 其相应产生的有害效应各有利弊。假若围堰内充水，则除爆破飞石外， 对主体建筑及其设施（通水管道、挡水闸门以及起闭室等）将产生的水 中冲击波和动水压力以及地震荷载都较无充水情况强烈。同时围堰爆破 物落入水中将产生波浪效应。但围堰爆破破碎物及淤积物大部分原地堆积， 若基坑内充水位高于围堰外水位时，部分堆积物还可能随水流流向围堰 外侧。但无充水情况爆破拆除时，除了同样产生爆破飞石和地震效应外， 由于挡水围堰爆除后，将形成水体突泄，从爆破口门涌进基坑。