姚方明，范懷斌，楊 超，覃 峰，陳其龍

（1.廣西新港灣工程有限公司，廣西南寧 530200；2.廣西壯族自治區(qū)水下破巖工程研究中心，廣西南寧 530200；3.桂林理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林 541004；4.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530023)

引言

水下鉆孔爆轟過程中沖擊會(huì)沖出介質(zhì)面在水中形成沖擊波，是水下爆破最主要的有害效應(yīng)。在已有文獻(xiàn)中，周方毅等對(duì)無限水介質(zhì)中爆炸的沖擊波壓力計(jì)算公式在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)如何選用進(jìn)行了辨析，提出了不同條件下推薦使用的公式；周俊祥等基于理論研究計(jì)算分析了鋁化炸藥水下爆炸沖擊波特征參數(shù)對(duì)反應(yīng)速率的依賴關(guān)系；Swisdak 等通過理論計(jì)算分析了水深對(duì)沖擊波影響規(guī)律；周睿等研究了條形藥包各部分爆炸產(chǎn)生的沖擊波的衰減特性；李春軍等針對(duì)水下爆破多樣性影響因素，運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法，建立了水下爆破最優(yōu)設(shè)計(jì)方案模型[1-7]。

通過對(duì)諸多研究成果分析得知: 國(guó)內(nèi)外學(xué)者在水下爆破沖擊波方面進(jìn)行了一些探索。然而，到目前為止,大部分的研究都是理論推導(dǎo)和試驗(yàn)室研究為主，缺乏工程實(shí)踐中水擊波超壓峰值傳播衰減規(guī)律的分析。本文以新港灣工程有限公司貴港二線船閘下游船墩工程爆破實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)為支撐，對(duì)水擊波傳播衰減規(guī)律展開系統(tǒng)研究。

1 工程概況

新港灣貴港二線船閘下游靠船墩前沿爆破施工區(qū)域?yàn)榇涨把鼐€外5.5 m 至9.5 m 處12#和13#位置，爆破面積約160 m2，水深在3 至5 m，水流平緩，爆區(qū)地質(zhì)屬白云巖、石灰?guī)r，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況如圖1。

圖1 試驗(yàn)區(qū)域?qū)崨r圖

乳化炸藥爆破試驗(yàn)，每次試驗(yàn)起爆12 個(gè)炮孔，炮孔直徑115 mm，孔距1.25 m，炮孔至臨空面距離1.25 m，每孔裝乳化炸藥2.3～2.7 公斤，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合裝藥形式，采用毫秒延時(shí)逐孔起爆方式，每孔為一個(gè)段別，采用并聯(lián)起爆網(wǎng)路連接。

2 試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 檢測(cè)儀器

試驗(yàn)采用Blast-Pro 型沖擊測(cè)試系統(tǒng)。檢測(cè)水下乳化炸藥爆破的水擊波超壓，根據(jù)檢測(cè)的水擊波超壓峰值、裝藥及測(cè)距進(jìn)行水擊波傳播衰減規(guī)律的回歸計(jì)算。

地震波檢測(cè)儀器采用TC-4850 爆破測(cè)振儀檢測(cè)地震波振速。檢測(cè)水下乳化炸藥爆破的地震波峰值，根據(jù)檢測(cè)的地震波峰值分析振動(dòng)數(shù)值。

2.2 檢測(cè)內(nèi)容

為降低水擊波在各種界面反射波疊加作用的影響，計(jì)算水擊波超壓的衰減規(guī)律，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本次試驗(yàn)布置5 個(gè)水擊波測(cè)點(diǎn)位置，各測(cè)點(diǎn)呈直線布置，水擊波傳感器布置在水面下2 m位置，距水下巖面大于2 m；此外，布置兩個(gè)地震波測(cè)點(diǎn)，其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)DC1#布置在靠船墩頂，另一個(gè)測(cè)點(diǎn)DC2#布置在靠船墩底部臨水面位置；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示。

圖2 水擊波和地震波測(cè)點(diǎn)布置圖

2.3 檢測(cè)結(jié)果

水下鉆孔乳化炸藥爆破水擊波超壓檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表1 所示，典型波形圖如圖3～5 所示。

圖3 1#測(cè)點(diǎn)水擊波歷時(shí)曲線

表1 水擊波檢測(cè)成果表（12 個(gè)炮孔）

圖4 3#測(cè)點(diǎn)水擊波歷時(shí)曲線

圖5 3#測(cè)點(diǎn)水擊波歷時(shí)曲線

進(jìn)行水下鉆孔乳化炸藥爆破地震波振動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2，波形圖見圖6～7 所示。

表2 地震波振動(dòng)數(shù)值檢測(cè)成果表（12 個(gè)炮孔）

圖6 靠船墩頂-1#測(cè)點(diǎn)地震波波形圖

圖7 靠船墩臨水面-2#測(cè)點(diǎn)地震波波形圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

乳化炸藥水下鉆孔不耦合裝藥爆破水擊波檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

從檢測(cè)結(jié)果可知，水擊波超壓峰值最大值為1.8649 MPa，最小值為0.1451 MPa。比較3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的至爆區(qū)距離和水擊波超壓，1#測(cè)點(diǎn)、3#測(cè)點(diǎn)、5#測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)距離分別為6 m、12.1 m、21 m，水擊波超壓值分別為 0.7238 MPa、0.3284 MPa、0.1853 MPa，水擊波超壓因距離增加下降趨勢(shì)明顯，最大變化幅度達(dá)3.9 倍。

第一次試驗(yàn)的 1#測(cè)點(diǎn)水擊波超壓為 0.0366 MPa，第二次試驗(yàn)的1#測(cè)點(diǎn)水擊波超壓為0.0142 MPa，至爆區(qū)的距離同為1 m，其它條件也基本一樣，但是水擊波超壓變化達(dá)2.58 倍。第一次試驗(yàn)的5#測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)的距離為13 m，水擊波超壓為0.0067 MPa，第四次試驗(yàn)的1#測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)的距離為12.5 m，水擊波超壓為0.0021 MPa，3#測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)的距離為13.1 m，水擊波超壓為0.0010 MPa，3 個(gè)測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)距離基本相同，其它條件也基本一樣，第一次試驗(yàn)12 孔爆破，第四次試驗(yàn)1 孔爆破，水擊波超壓變化達(dá)3.19～6.7 倍。

4 水擊波超壓衰減規(guī)律回歸計(jì)算

對(duì)表3 水下鉆孔乳化炸藥爆破水擊波檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，乳化炸藥水下鉆孔爆破水擊波超壓衰減規(guī)律經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：

P 為水擊波超壓峰值，Mpa；

Q 為乳化炸藥裝藥量，kg；

L 為炮孔至水擊波測(cè)點(diǎn)的水平距離，m。

由于爆破邊界條件、水擊波傳播方向、路徑差異以及結(jié)構(gòu)邊界條件影響，本公式具有一定局限性，使用時(shí)應(yīng)注意自變量的取值方法及范圍，取值只宜內(nèi)插、不宜外推。即乳化炸藥距離取值范圍為6～23 m，單段裝藥量取值范圍為2～3 kg。

5 結(jié)論

本文以解決實(shí)際工程問題為基本出發(fā)點(diǎn)，在研究水下鉆孔爆破水擊波傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行超壓峰值傳播衰減規(guī)律回歸計(jì)算，綜合分析水中沖擊波有害效應(yīng)影響規(guī)律，進(jìn)而對(duì)水下鉆孔爆破有害效應(yīng)傳播衰減規(guī)律展開系統(tǒng)深入研究，其結(jié)果不僅對(duì)保護(hù)水中環(huán)境安全具有重要促進(jìn)意義，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步補(bǔ)充、豐富、完善水下爆破基本理論，具有積極推動(dòng)作用。

大量實(shí)踐表明，乳化炸藥在經(jīng)受壓力作用時(shí)，其爆炸敏感性會(huì)下降，爆炸產(chǎn)生的能量也會(huì)受到影響。乳化炸藥在受到外界靜壓作用時(shí)，油膜發(fā)生收縮變形，水相和油相平衡遭到破壞，乳膠基質(zhì)流入氣泡內(nèi)，這種流動(dòng)導(dǎo)致乳膠基質(zhì)本身黏滯溫升和對(duì)氣泡的壓縮，氣泡體積減小，氣泡溫度因而升高并高于其周圍的基質(zhì)。因此，所產(chǎn)生的熱量從氣泡散逸到乳膠基質(zhì)中。同時(shí)界面上的敏化氣泡受到擠壓和壓縮，并有一小部分逸出，氣泡表面積減小，接收沖擊波面積減少，形成熱點(diǎn)能力下降，如果是膨脹系珍珠巖會(huì)有一部分被壓碎，在受壓狀態(tài)下的乳化炸藥爆轟性能下降，當(dāng)壓力解除后由于被壓縮的氣泡體積恢復(fù)，爆炸性能會(huì)由于被壓縮的氣泡體積恢復(fù)，爆炸性能會(huì)有一定程度上的復(fù)原。