中圖分類號：U615.6 文獻標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wCcst.2025.04.060

文章編號：1673-4874（2025）04-0215-03

0 引言

平陸運河工程與眾多港航新建、改擴建工程紛紛開展，水下疏浚作業(yè)需求大增。水下爆破是航道疏浚的核心工藝，但其產(chǎn)生的振動波對鄰近橋梁、油管線和泵房等敏感構(gòu)筑物的安全性構(gòu)成威脅。現(xiàn)有研究集中于單一減振技術(shù)，缺乏系統(tǒng)性解決方案。付文俊等1通過對比不同爆破參數(shù)下的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出了影響建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，并提出了相應(yīng)的減振措施。農(nóng)志祥等2研究表明水不耦合裝藥爆破在水下爆破中具有明顯的減振作用，計算得出的質(zhì)點振動速度衰減率具有理論指導(dǎo)意義，而在現(xiàn)場試驗獲得的實際效果，為水下爆破工程的振動控制提供了實踐經(jīng)驗和借鑒，并形成了一套水下鉆孔水不耦合裝藥爆破技術(shù)施工工藝。王明俊等3研究了在凹形地貌水下鉆孔爆破進程中減振孔的位置、排數(shù)、深度以及距離對于河岸地表的質(zhì)點峰值振速和減振率的影響狀況。傅其忠等[4]研究表明，爆區(qū)后方的爆破振動主要來自柱狀藥包沖擊炮孔孔壁所產(chǎn)生的振動，而爆區(qū)的正前方的爆破振動主要是裝藥包對炮孔底部的沖擊，擾動爆區(qū)下部巖層傳播形成的，減緩孔內(nèi)炸藥對炮孔底部的沖擊就能有效地控制爆區(qū)前方的爆破地震。張超逸等5認為在入射波與巖石介質(zhì)條件相同的情況下，多排減振孔的減振率隨應(yīng)力波入射角度減小而減小，雖然應(yīng)力波經(jīng)過多排減振孔后會產(chǎn)生減振效果，但隨著應(yīng)力波傳播距離增加，應(yīng)力波恢復(fù)穩(wěn)定傳播，此時減振孔喪失減振作用。趙蕊等研究表明，隨著減振孔直徑、減振孔排數(shù)的增大，或者減振孔間距、減振孔距爆源距離的減小，鄰近地下洞室和地表測點的PPV呈現(xiàn)減小趨勢，減振孔屏障前后測點的隔振率呈現(xiàn)顯著增大趨勢，即減振孔減振效果增強。鄒烽等研究表明：綜合減震措施在水平徑向和垂直向上的減震率相對最大，分別達 81.91% .75. 74% ；綜合減震措施由于減震孔的存在，對爆破地震波高頻成分的濾波作用優(yōu)于減震溝措施；綜合減震措施下部的減震孔會繼續(xù)阻礙應(yīng)力波的傳播，進一步削減應(yīng)力波能量，從而達到保護隔震屏障后方建（構(gòu)）筑物安全的目的。

本文以廣西來賓西橋區(qū)航道整治工程為依托，通過“爆源控制一傳播阻斷一動態(tài)優(yōu)化”三位一體的技術(shù)路徑，實現(xiàn)爆破能量的精準(zhǔn)分配與有害效應(yīng)的多級衰減。

其中，爆源控制聚焦于裝藥結(jié)構(gòu)與起爆時序優(yōu)化；傳播阻斷通過預(yù)裂帶、減振溝等物理屏障削弱能量傳遞；動態(tài)優(yōu)化依托實時監(jiān)測反饋機制調(diào)整參數(shù)，形成閉環(huán)控制。通過工程實踐驗證，該技術(shù)可顯著降低爆破有害效應(yīng)，為類似工程提供重要參考。

1工程概況

工程區(qū)位于來賓市大黃牛灘附近，按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，通航2000噸級船舶。為改善航道整治后的流速流態(tài)，橋軸線上下游200m之外由航道寬度128m漸變至現(xiàn)狀航道寬度40m，采用縱向坡度為 1：20 ，由橋區(qū)Ⅱ級航道底高程54.94m（設(shè)計水深4.0m漸變至現(xiàn)狀V級航道底高程57.34m（維護水深1 6m 。施工區(qū)周邊存在油管線（160m）、橋梁拱座（100m）、電灌站泵房 （82m） 等敏感構(gòu)筑物（圖1），爆破振動速度須嚴格控制在 見圖1）。

對于爆破周邊需要保護的對象，爆破時應(yīng)采取措施，減小爆破振動、沖擊波、飛石等的影響。

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204—2008）選取合理爆破振動允許值，以下周圍構(gòu)筑物與爆破區(qū)最近距離與其允許安全振速如表1所示。

表1爆破施工區(qū)域周邊環(huán)境構(gòu)筑物情況表

2 工程地質(zhì)概況

勘察區(qū)總體上為溶蝕平原地貌，地形起伏小，地面高程為 66.6～86.3m ，相對高差為19. 7m 。航道開挖邊界均遠離河岸，設(shè)計常水位下岸坡多數(shù)為巖質(zhì)岸坡，航道挖槽邊坡主要以巖質(zhì)邊坡組成。

工程施工范圍主要是石炭系上統(tǒng)（C3）灰?guī)r，其中中風(fēng)化灰?guī)r ③ 揭露最大層厚為11.70m且未鉆穿，橋區(qū)航道開挖區(qū)域無覆蓋層，灰?guī)r抗壓強度達63.7 MPa 。

3水下爆破技術(shù)工藝原理

3.1爆破工程測控技術(shù)

爆破工程測控技術(shù)是確保水下爆破安全、高效實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在爆破施工區(qū)域選取合適位置開展小規(guī)模試爆試驗。試爆前，須詳細勘察爆破區(qū)域的地質(zhì)條件，獲取巖石硬度、完整性、結(jié)構(gòu)等參數(shù)，這些參數(shù)是爆破施工的關(guān)鍵控制因素?；诳辈旖Y(jié)果，初步設(shè)定裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路、孔網(wǎng)參數(shù)等。

試爆過程中，利用專業(yè)監(jiān)測設(shè)備對爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)，尤其是爆破振動進行實時監(jiān)測。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握爆破振動的傳播規(guī)律和幅值大小，并與設(shè)計的安全范圍進行對比。經(jīng)過多次試爆和參數(shù)調(diào)整，最終確定適用于本工程地質(zhì)條件的最佳裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路和孔網(wǎng)參數(shù)，確保爆破有害效應(yīng)滿足設(shè)計要求。

3.2爆破工程振控技術(shù)

爆破工程振控技術(shù)旨在降低爆破振動對周邊環(huán)境的影響，主要從爆源和爆破振動波傳播兩個方面采取措施。

在爆源方面，合理設(shè)定最佳延時時間，通過優(yōu)化起爆順序，使爆破能量分散釋放，減少振動疊加。根據(jù)巖石特性和爆破效果要求，精準(zhǔn)確定最佳單段藥量，避免單段藥量過大導(dǎo)致振動過強。同時，選擇合適的起爆網(wǎng)路和起爆方式，可采用微差逐孔起爆技術(shù)，進一步降低振動幅值。在爆破振動波傳播過程中，采用設(shè)置減振孔（帶、溝）等方式減振。減振孔（帶、溝）能夠改變振動波的傳播路徑，吸收和散射振動能量，從而減弱到達周邊構(gòu)筑物的振動強度。通過研究水下爆破沖擊波的產(chǎn)生和傳播過程，分析水下爆破的特點，確定振動速度、頻率等關(guān)鍵監(jiān)測參數(shù)，以便對爆破振動進行有效監(jiān)測和控制。

4爆破施工

爆破施工工藝流程詳見圖1。

圖1爆破施工工藝流程圖

針對橋區(qū)航道復(fù)雜環(huán)境及鄰近敏感構(gòu)筑物的保護需求，該工程采用“爆源控制一傳播阻斷一動態(tài)優(yōu)化\"三位一體技術(shù)體系，通過精細化設(shè)計與動態(tài)調(diào)控實現(xiàn)保護性爆破施工目標(biāo)。現(xiàn)從關(guān)鍵施工技術(shù)環(huán)節(jié)展開論述。

4.1雙RTK-GPS精準(zhǔn)定位與鉆孔參數(shù)優(yōu)化

采用雙RTK-GPS定位系統(tǒng)（平面精度 ±3cm） 實時校準(zhǔn)鉆機船姿態(tài)，結(jié)合 1：500 鉆孔孔位平面圖與實時水位數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整超深參數(shù) （Δh=1.5m） 。梅花形拓撲布孔設(shè)計（縱向孔距為2.5m、橫向排距為 2.2m） 使破碎均勻度提升 20% ，三維建模驗證孔位誤差 6% 。借鑒航道工程中穩(wěn)船定位經(jīng)驗，通過液壓錨纜穩(wěn)定鉆機船體（抗流速能力達 3m/s） ，有效降低水流擾動對鉆孔精度的影響（見圖2）。同時引入BM技術(shù)建立鉆孔軌跡偏差預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)孔深誤差實時修正，巖層適應(yīng)性調(diào)整響應(yīng)時間縮短至5min。

圖2錨纜設(shè)置示意圖

4.2數(shù)碼雷管逐孔微差起爆與單段藥量控制

基于薩道夫斯基公式動態(tài)計算出最大單段藥量門 Q_Πmx=36kg） ，通過試爆驗證，采用數(shù)碼雷管實現(xiàn)孔內(nèi)30～50ms） 、孔外 150～200ms） 毫秒微差起爆。通過試爆建立藥量-振速線性模型 R²=0.92） ，優(yōu)化起爆時序，避免振動疊加。該技術(shù)參照城市地鐵隧道精細爆破經(jīng)驗，通過電子雷管高精度延時控制（誤差 ≤0.1ms） ，將主振頻率調(diào)整至與保護對象固有頻率錯開（頻率差gt;15+（2） ，有效避免共振風(fēng)險。同時采用“V形”起爆網(wǎng)絡(luò)拓撲，使爆轟波傳播效率提升 18% 。

4.3減振屏障協(xié)同設(shè)計與施工

（1）預(yù)裂帶隔振：沿主爆區(qū)布設(shè)孔距為1.25m的預(yù)裂孔，采用 30% 裝藥量的不耦合裝藥結(jié)構(gòu)（裝藥直徑32mm/ 孔徑 90mm ，形成貫穿裂縫阻斷應(yīng)力波傳遞，拱座測點振速降低 32% 。該措施與重慶航道工程局水下爆破經(jīng)驗中預(yù)裂技術(shù)原理一致，裂縫寬度監(jiān)測值達 8～ 12mm ，可有效阻斷主爆區(qū) 80% 以上應(yīng)力波能量。

（2）減振帶耗能：油管線前方的5排梅花形減振孔（孔距為 0.5m） 通過密集鉆孔散射能量，振速降幅達17% 。該設(shè)計參考了建筑物拆除爆破中減振溝技術(shù)，結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)驗證能量衰減梯度為 1.2dB/m ，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)單排減振孔設(shè)計。

（3）減振溝隔振：開挖寬2m的減振溝反射沖擊波（溝深達設(shè)計底高程 +2m） ，使泵房測點振速降幅 50% 。該措施驗證了《爆破安全規(guī)程》技術(shù)要求，通過高頻振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)10Hz以下低頻振動衰減率達 65% 。詳見圖3。

圖3減振溝、減振孔、預(yù)裂孔布置示意圖

4.4實時振動監(jiān)測與動態(tài)調(diào)控

布設(shè)5個三通道測振點，構(gòu)建回歸模型 V=K?（Q ，通過迭代優(yōu)化實現(xiàn)振動速度峰值控制（ K 值收斂至 148±5，α 值為 1.52±0.03） 。采用云平臺監(jiān)測系統(tǒng)實時傳輸數(shù)據(jù)（采樣率為 2000Hz） ，形成“監(jiān)測-反饋一調(diào)整”閉環(huán)控制，參數(shù)修正響應(yīng)時間 ?5 min。該體系借鑒了重慶地鐵隧道爆破工程經(jīng)驗，引入機器學(xué)習(xí)算法預(yù)測振動疊加效應(yīng)，模型預(yù)測精度達 92% 。見圖6。

4.5保護性裝藥工藝與防浮措施

采用沙袋壓載（孔頂預(yù)留1.5m）與間隔裝藥技術(shù)（孔深 35 m時為0.5m間隔），結(jié)合竹片捆綁加固措施（抗拉強度 ≥50MPa， ，確保藥柱定位誤差 ?0.1m 。該工藝融合了航道水下爆破中抗水流擾動技術(shù)，通過增加配重（單孔配重比達 1：1.2） 和分散裝藥結(jié)構(gòu)實現(xiàn)能量精準(zhǔn)釋放。裝藥密度控制為 0.8～1.2 9/cm³ ，爆轟壓力梯度優(yōu)化 30% 。

裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4連續(xù)裝藥、間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

實際藥柱加工如圖5所示。

圖5藥柱加工示意圖

4.6實施效果與保護性驗證

減振措施實施后，泵房測點振動速度由1.8cm/s降至0.9cm/s（見表2），油管線測點振動速度穩(wěn)定在0.25cm/s（ 低于允許值 17% ）。

表2減振措施效果對比表 單位： cm/s

鉆孔效率提升 20% （精準(zhǔn)定位減少補孔）；炸藥單耗降低 15% （裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化）；工期縮短12d（動態(tài)調(diào)控減少返工）。

監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了《爆破安全規(guī)程》中 K=150，α=1.5 的取值合理性，爆堆塊度合格率提升至 占比達 82% ），為類似工程提供了可復(fù)用的技術(shù)范式。

4.7 結(jié)論與推廣價值

通過集成創(chuàng)新形成復(fù)雜環(huán)境爆破施工技術(shù)體系，主要結(jié)論包括：

（1）技術(shù)協(xié)同效應(yīng)顯著：爆源控制（定位精度 ±3cm ）傳播阻斷（預(yù)裂帶降振 32% ）與動態(tài)調(diào)控（模型 R²=0.92AA 的協(xié)同作用，使綜合降振效率達理論極限值的 85% 。（2）經(jīng)濟環(huán)保效益突出：相較傳統(tǒng)工藝，施工成本降低 18% （主要源于炸藥節(jié)約與工期壓縮），粉塵濃度控制在2 ：mg/m³ 以下（低于國標(biāo) 30% ）。（3）智能監(jiān)測體系成熟：云平臺監(jiān)測與機器學(xué)習(xí)預(yù)測的結(jié)合，使參數(shù)調(diào)整響應(yīng)速度提升4倍，為數(shù)字孿生技術(shù)在爆破工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（4）推廣適用性強：技術(shù)體系已成功應(yīng)用于橋梁樁基中 m近距防護）水下航道（流速3m/s工況）等多種場景，形成標(biāo)準(zhǔn)化施工指南12項，獲省部級工法認證。

未來可進一步研究方向包括：（1引入5G + 北斗的毫秒級動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)；（2）開發(fā)環(huán)保型納米降振材料；（3）建立基于BIM的爆破效應(yīng)數(shù)字李生平臺。該工程實踐為城市復(fù)雜環(huán)境爆破施工提供了完整技術(shù)范式，具有重要工程借鑒價值。

5結(jié)語

本研究構(gòu)建的爆源控制一傳播阻斷一動態(tài)優(yōu)化三位一體技術(shù)體系，通過精準(zhǔn)調(diào)控爆破參數(shù)與振動防護措施協(xié)同應(yīng)用，成功保護復(fù)雜環(huán)境下航道整治工程的安全高效施工。工程實踐表明，該體系在降低爆破振動峰值 50% 的同時，提升鉆孔效率 20% 、節(jié)約炸藥 15% 、縮短工期12d，為同類工程提供了可靠范式。在“一帶一路”及平陸運河建設(shè)背景下，該技術(shù)對保障跨河構(gòu)筑物安全、提升航道建設(shè)效能具有重要推廣價值。未來可進一步拓展至礦山開采、城市基建等領(lǐng)域，通過智能化監(jiān)測與精準(zhǔn)爆破技術(shù)融合，持續(xù)推動工程建設(shè)向綠色化、精細化方向發(fā)展。

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