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【摘 要】水下钻孔爆破是水下爆破的一种较常用和有效的施工方法。水下钻孔是在浮在水面上的平底驳船或专用的作业平台上进行的。水下钻孔爆破按较早的施工方法是这样操作的：在钻孔之前，先要将一根下端带有环形钻头的中空套管钻过砂砾、淤泥、沙等覆盖层，并钻入基岩中一定深度，然后将钻孔的钻杆插入套管中，在基岩中进行钻孔，一直钻到所要求的深度。本文主要分析了水下钻孔爆破减震安全措施与施工。
【关键词】水下钻孔爆破；减震安全措施；技术
众所周知，水下钻孔爆破工程，由于其施工时，现场水面以下间隔一水层而无法直观岩石表面纹理、溶岩缝等构造情况和爆破效果，水域中急流、横流、漩流的不良流态以及岩面的淤泥、沙砾的覆盖等工况，从而导致水下钻孔爆破开挖工程的难度更显突出。炸药的爆破，是一种高速的化学反应现象，其爆速一般民用炸药可达3500-5000m/s，并伴随着产生空气冲击波、水冲击波和地震波等主要应力。这些应力对爆点附近的人畜、船舶和建筑物的安全造成威胁与破坏的可能，必须引起足够的重视。
一、水下钻孔爆破设计
1.主要设備的选择。目前国内较为先进的浚通2号炸礁船作为水下钻孔爆破的主要设备。该船配备的钻机采用液压控制系统，自动化程度高，可选用直径为110-133mm的钻头。共设6台钻机，可同时作业，一次性钻爆面积达30m2，能够满足工程进度要求。
2.炸药与起爆网路。适用于水下钻孔爆破的炸药通常有乳化炸药、硝化甘油炸药和TNT炸药等。根据工程特点，选择防水性能好、爆能较高、运输使用安全系数大、价格便宜的乳化炸药。起爆网路采用非电爆网路，雷管为防水8号铜壳毫秒延期导爆雷管，每个起爆体内装2发并联的导爆雷管，整个起爆网路采用簇联的方式联接。非电雷管由电雷管引爆。起爆电流用直流电源。爆管采用特制被覆型工业用管。
二、水下钻孔爆破减震安全措施与施工
1.套管在水下钻孔中的作用表现为。第一，探测岩面标高。通过测量套管进入水中的长度，可以准确测定岩层标高，进而测定钻孔深度，为确定装药长度、重量提供可靠的现场数据。第二，保护钻杆，防止钻杆弯曲、折断；第三，起到隔离作用。孔内覆盖层和冲碎的岩碴等可以排到管外，而管外的则不能回流到孔内，可以避免砂砾、淤泥、沙、岩碴等覆盖层回填堵塞钻孔，使钻孔工作能顺利进行；第四，保护导爆管，防止在起吊套管时，导爆管被回填的散、碎或块石损伤，防止临近已装药炮孔的导爆管被正在钻孔的钻杆缠绕而损伤，进而造成盲炮或发生安全事故。
2.减震防护技术
（1）爆破荷载分析。水下爆破可分为水中爆破和水下钻孔爆破。两者对周围建筑物的影响主要有冲击波和地震波。但水中爆破产生的冲击波是破坏周围建筑物的主要爆破荷载，其传播途径是通过水介质直接到码头或海岸；而水下钻孔爆破的炸药埋藏在基岩中一定深度，因此在炸药爆炸时能量分布、冲击波传播途径以及边界条件等方面都与水介质中的水中爆炸不同。据有关资料，水下钻孔爆破所产生的冲击波压力只有水中爆炸冲击波的几分之一到几十分之一。其主要爆破荷载是地震波。所以在研究水下钻孔爆破施工区域周围建筑物的安全防护时，可将如何降低爆破产生的地震波作为重点。在确定水下钻孔爆破方案时，综合考虑其爆源、传播介质、建筑物地基的地质、地形条件，通过认真的技术论证拟定了多项减震措施和地震波的检测方案。
（2）爆破安全距离和一次起爆药量的控制。首先根据现场勘测确定爆破点到被保护建筑物的最近距离；其次依据地质资料选取有关的计算系数和地震波衰减指数值；再按照《爆破安全规程》选定被保护建筑物地面质点的安全震动速度，最后根据《爆破安全规程》提供的爆破震动安全允许距离。
（3）采用预裂爆破技术降低爆破震动。预裂爆破是主爆破区爆破之前，预先在预定的轮廓线上形成一道有一定宽度的岩石裂缝（预裂缝）的控制爆破。预裂缝可以降低爆破地震波的传播，也减小对保留侧的岩体破坏。据有关资料提供的试验表明，水下预裂缝可削弱50%-70%的爆破震动强度。第一，影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、炸药品种以及施工因素等。当相邻的两预裂孔连心线上的法向拉应力超过岩石的抗拉强度时，就可能形成裂缝。第二，预裂孔与主炮孔之间要有一定的距离（见图），其值与主炮孔药包直径及单段最大起爆药量有关。第三，预裂孔的深度不应浅于主炮孔爆破的破坏深度（即不应浅于基槽标高）；预裂孔两端的延伸长度应超出主炮孔爆破时地表的破坏范围。
（4）采用微差爆破降低地震波。第一，微差爆破的作用。微差爆破的先爆孔可为后爆孔增加新的自由面，爆炸产生应力波的相互作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并使地震波在时间和空间上分散，各段炸药爆炸的地震波峰值无法叠加，同时因先后产生的地震波还会相互干扰，有效地降低地震波。第二，微差间隔时间的确定。微差间隔时间主要与岩石性质、抵抗线、对破碎效果和降震要求等因素有关。微差间隔时间过长有可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路，过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影响爆破质量。通常微差时间在25-200ms范围内基本可达到预期效果。
（5）采用渐进爆破方法减震。主爆破采用由远而近，逐渐推进的爆破方法，利用控制最小抵抗线降低地震波，减小对周边建筑物的影响。施工中先用抓斗式挖泥船进行岩石覆盖层的开挖，从而降低爆破点的最小抵抗线，达到减震目的。
3.采用气泡帷幕减弱水冲击波。
（1）水冲击波压力，水下爆破产生的水冲击波，其压力大小与单段最大药量和起爆距离有关，这是影响其大小的两个因素。由于起爆距离已定，所以对水冲击波压力的控制，就变成是对单段起爆药量的控制。实践证明，在某种条件下，最大限度地减小单段起爆药量，仍无法将水冲击波压力控制在安全范围内，反而降低施工效率，影响施工进度。因此，只能通过其他外部条件来寻求解决方法。
（2）气泡帷幕减压原理。采取气泡帷幕方案来控制水冲击波的危害。其原理是：从许多小孔中喷出的高压气体，在水中形成一排不断上升、浓密的帷幕状气泡，组成一堵水中空气墙，当水冲击波通过这一气泡帷幕墙时，由于气体的可压缩性质，使冲击波波峰的动能转化为受压缩气泡的内能，在冲击波波峰过后，压缩气泡中储存的内能才逐渐在气泡的膨胀过程中释放出来，因此水冲击波压力就会被衰减，从而起到保护水下设施的作用。
（3）气泡帷幕施工工艺。在爆破区域周围设置气泡围幕，具体施工工艺：采用无缝钢管制作的帷幕网管，网管上布置适当孔径和密度的小孔，通过与高压气胶管相连，构成一根柔性气泡帷幕管，放置在水下水工建筑物前约5m的水中，并用直立的钢管固定，气泡帷幕管两端封堵，并用高压胶管连接至空压机。在帷幕前后布置监测点。
4.减震防护效果。水下钻孔爆破施工中，对工程的水下钻孔爆破进行震动速度测试。采取了多种减震防护措施，使实际测得的结果比按无减震措施的爆破方法的理论计算值小了很多。如当爆破距离为65m、一次起爆炸药量50kg的情况下测得的最大震动速度为0.989cm/s；而无减震措施的理论计算值为1.50cm/s，降低34%。整个水下钻孔爆破过程均处于受控状态，未发现异常。因此，可以认为水下钻孔爆破施工对周边建筑物结构安全影响很小，完全达到安全施工要求。
水下工程爆破采用钻孔爆破，炸药的利用率高，比较安全，于控制爆破有害效应。在复杂环境下确定一次齐爆药量时，应进行试爆来确定K、a值；根据控制的震速算出一次齐爆的药量。在近距离实施水下钻孔爆破，通过采用水下预裂、气泡帷幕、多殷延时起爆等措施，能有效地削减地震波和水击波。
参考文献：
[1]伊左林，田庆华.近距离水下钻孔爆破的防护技术[J].中国港湾建设，2005（6）：17-19.
[2]汪旭光.爆破安全规程实施手册[M].北京：人民交通出版社，2004.
[3]张志波，李春军，李红勇，等.气泡帷幕在水下爆破减震工程中的应用[J].爆破，2003，20（2）：75-76.
【关键词】水下钻孔爆破；减震安全措施；技术
众所周知，水下钻孔爆破工程，由于其施工时，现场水面以下间隔一水层而无法直观岩石表面纹理、溶岩缝等构造情况和爆破效果，水域中急流、横流、漩流的不良流态以及岩面的淤泥、沙砾的覆盖等工况，从而导致水下钻孔爆破开挖工程的难度更显突出。炸药的爆破，是一种高速的化学反应现象，其爆速一般民用炸药可达3500-5000m/s，并伴随着产生空气冲击波、水冲击波和地震波等主要应力。这些应力对爆点附近的人畜、船舶和建筑物的安全造成威胁与破坏的可能，必须引起足够的重视。
一、水下钻孔爆破设计
1.主要设備的选择。目前国内较为先进的浚通2号炸礁船作为水下钻孔爆破的主要设备。该船配备的钻机采用液压控制系统，自动化程度高，可选用直径为110-133mm的钻头。共设6台钻机，可同时作业，一次性钻爆面积达30m2，能够满足工程进度要求。
2.炸药与起爆网路。适用于水下钻孔爆破的炸药通常有乳化炸药、硝化甘油炸药和TNT炸药等。根据工程特点，选择防水性能好、爆能较高、运输使用安全系数大、价格便宜的乳化炸药。起爆网路采用非电爆网路，雷管为防水8号铜壳毫秒延期导爆雷管，每个起爆体内装2发并联的导爆雷管，整个起爆网路采用簇联的方式联接。非电雷管由电雷管引爆。起爆电流用直流电源。爆管采用特制被覆型工业用管。
二、水下钻孔爆破减震安全措施与施工
1.套管在水下钻孔中的作用表现为。第一，探测岩面标高。通过测量套管进入水中的长度，可以准确测定岩层标高，进而测定钻孔深度，为确定装药长度、重量提供可靠的现场数据。第二，保护钻杆，防止钻杆弯曲、折断；第三，起到隔离作用。孔内覆盖层和冲碎的岩碴等可以排到管外，而管外的则不能回流到孔内，可以避免砂砾、淤泥、沙、岩碴等覆盖层回填堵塞钻孔，使钻孔工作能顺利进行；第四，保护导爆管，防止在起吊套管时，导爆管被回填的散、碎或块石损伤，防止临近已装药炮孔的导爆管被正在钻孔的钻杆缠绕而损伤，进而造成盲炮或发生安全事故。
2.减震防护技术
（1）爆破荷载分析。水下爆破可分为水中爆破和水下钻孔爆破。两者对周围建筑物的影响主要有冲击波和地震波。但水中爆破产生的冲击波是破坏周围建筑物的主要爆破荷载，其传播途径是通过水介质直接到码头或海岸；而水下钻孔爆破的炸药埋藏在基岩中一定深度，因此在炸药爆炸时能量分布、冲击波传播途径以及边界条件等方面都与水介质中的水中爆炸不同。据有关资料，水下钻孔爆破所产生的冲击波压力只有水中爆炸冲击波的几分之一到几十分之一。其主要爆破荷载是地震波。所以在研究水下钻孔爆破施工区域周围建筑物的安全防护时，可将如何降低爆破产生的地震波作为重点。在确定水下钻孔爆破方案时，综合考虑其爆源、传播介质、建筑物地基的地质、地形条件，通过认真的技术论证拟定了多项减震措施和地震波的检测方案。
（2）爆破安全距离和一次起爆药量的控制。首先根据现场勘测确定爆破点到被保护建筑物的最近距离；其次依据地质资料选取有关的计算系数和地震波衰减指数值；再按照《爆破安全规程》选定被保护建筑物地面质点的安全震动速度，最后根据《爆破安全规程》提供的爆破震动安全允许距离。
（3）采用预裂爆破技术降低爆破震动。预裂爆破是主爆破区爆破之前，预先在预定的轮廓线上形成一道有一定宽度的岩石裂缝（预裂缝）的控制爆破。预裂缝可以降低爆破地震波的传播，也减小对保留侧的岩体破坏。据有关资料提供的试验表明，水下预裂缝可削弱50%-70%的爆破震动强度。第一，影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、炸药品种以及施工因素等。当相邻的两预裂孔连心线上的法向拉应力超过岩石的抗拉强度时，就可能形成裂缝。第二，预裂孔与主炮孔之间要有一定的距离（见图），其值与主炮孔药包直径及单段最大起爆药量有关。第三，预裂孔的深度不应浅于主炮孔爆破的破坏深度（即不应浅于基槽标高）；预裂孔两端的延伸长度应超出主炮孔爆破时地表的破坏范围。
（4）采用微差爆破降低地震波。第一，微差爆破的作用。微差爆破的先爆孔可为后爆孔增加新的自由面，爆炸产生应力波的相互作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并使地震波在时间和空间上分散，各段炸药爆炸的地震波峰值无法叠加，同时因先后产生的地震波还会相互干扰，有效地降低地震波。第二，微差间隔时间的确定。微差间隔时间主要与岩石性质、抵抗线、对破碎效果和降震要求等因素有关。微差间隔时间过长有可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路，过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影响爆破质量。通常微差时间在25-200ms范围内基本可达到预期效果。
（5）采用渐进爆破方法减震。主爆破采用由远而近，逐渐推进的爆破方法，利用控制最小抵抗线降低地震波，减小对周边建筑物的影响。施工中先用抓斗式挖泥船进行岩石覆盖层的开挖，从而降低爆破点的最小抵抗线，达到减震目的。
3.采用气泡帷幕减弱水冲击波。
（1）水冲击波压力，水下爆破产生的水冲击波，其压力大小与单段最大药量和起爆距离有关，这是影响其大小的两个因素。由于起爆距离已定，所以对水冲击波压力的控制，就变成是对单段起爆药量的控制。实践证明，在某种条件下，最大限度地减小单段起爆药量，仍无法将水冲击波压力控制在安全范围内，反而降低施工效率，影响施工进度。因此，只能通过其他外部条件来寻求解决方法。
（2）气泡帷幕减压原理。采取气泡帷幕方案来控制水冲击波的危害。其原理是：从许多小孔中喷出的高压气体，在水中形成一排不断上升、浓密的帷幕状气泡，组成一堵水中空气墙，当水冲击波通过这一气泡帷幕墙时，由于气体的可压缩性质，使冲击波波峰的动能转化为受压缩气泡的内能，在冲击波波峰过后，压缩气泡中储存的内能才逐渐在气泡的膨胀过程中释放出来，因此水冲击波压力就会被衰减，从而起到保护水下设施的作用。
（3）气泡帷幕施工工艺。在爆破区域周围设置气泡围幕，具体施工工艺：采用无缝钢管制作的帷幕网管，网管上布置适当孔径和密度的小孔，通过与高压气胶管相连，构成一根柔性气泡帷幕管，放置在水下水工建筑物前约5m的水中，并用直立的钢管固定，气泡帷幕管两端封堵，并用高压胶管连接至空压机。在帷幕前后布置监测点。
4.减震防护效果。水下钻孔爆破施工中，对工程的水下钻孔爆破进行震动速度测试。采取了多种减震防护措施，使实际测得的结果比按无减震措施的爆破方法的理论计算值小了很多。如当爆破距离为65m、一次起爆炸药量50kg的情况下测得的最大震动速度为0.989cm/s；而无减震措施的理论计算值为1.50cm/s，降低34%。整个水下钻孔爆破过程均处于受控状态，未发现异常。因此，可以认为水下钻孔爆破施工对周边建筑物结构安全影响很小，完全达到安全施工要求。
水下工程爆破采用钻孔爆破，炸药的利用率高，比较安全，于控制爆破有害效应。在复杂环境下确定一次齐爆药量时，应进行试爆来确定K、a值；根据控制的震速算出一次齐爆的药量。在近距离实施水下钻孔爆破，通过采用水下预裂、气泡帷幕、多殷延时起爆等措施，能有效地削减地震波和水击波。
参考文献：
[1]伊左林，田庆华.近距离水下钻孔爆破的防护技术[J].中国港湾建设，2005（6）：17-19.
[2]汪旭光.爆破安全规程实施手册[M].北京：人民交通出版社，2004.
[3]张志波，李春军，李红勇，等.气泡帷幕在水下爆破减震工程中的应用[J].爆破，2003，20（2）：75-76.