2011水下爆破1

江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班齐世福教授解放军理工大学PLA.UniversityofScienceandTechnology水下爆破江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班1、水下爆炸的理论基础2、水下钻孔爆破3、水下裸露爆破4、软基处理水下爆破5、水下岩塞爆破主要内容江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水下爆破概念：在水中、水底或水下固体介质内进行的爆破作业称为水下爆破。水下爆破与水上（陆地）爆破的区别，通常是以施工期的水位来划分的。临空的自由面在水位以上者称为水上爆破；自由面在水位以下这者称为水下爆破。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班在航道疏浚整治、港湾码头建设、水利水电建设、海洋开发、沉船打捞以及抗洪抢险等方面，水下爆破技术越来越显示出其不可替代的优势。比如用爆破法在港口、桥梁、水工建筑物等建设工程中进行水下基岩开挖；用爆破法加深港湾、海峡、河流、人工渠道和运河等的水深；用爆破法对水饱和非粘性土地基进行爆炸压密加固处理；在水利水电建设中，用爆破法打通岩塞、拆除水下围堰和岩坎等；抗洪抢险中使用爆破法抢堵洪水和泥石流、疏通堰塞湖和炸凌等。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水下爆破的特点水下爆破与陆地爆破的原理虽然类似，都是利用炸药爆炸能量对土石进行破碎、松动和抛掷。但是，由于水下爆破是在水中或水下岩层中实施的，因此受水的影响较大。归纳起来，大致有以下几方面的特点：（1）爆破器材：要求有良好的防水性能，在水压作用下不能失效，也不能过于降低其原有性能。如采用陆上使用的普通器材时，必须采取严格的防水措施。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班（2）爆破方法：必须考虑水深、流速、风浪的影响。由于水的传爆能力较大，爆破参数设计时要注意殉爆的可能性。施工操作要特别谨慎、细致，避免拒爆，否则比陆上爆破更难处理。（3）爆破效果：水具有加强或代替填塞物的作用，故能提高水下裸露装药的破碎效果。但对于抛掷爆破却增大了阻力，降低了抛掷、定向效果（特别在深水区）。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班（4）爆破安全：在相同药量情况下，水下爆破产生的地震波大于陆地爆破，有些爆破伴生强烈的水中冲击波。故水下爆破的爆点要离开建筑物（特别是水中建筑物）、船舶、生物等一定的安全距离，并注意采取必要的防护措施。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水下爆破分类1、按照爆破作用分类（1）水中爆破将装药悬挂在水面以下，利用爆炸产生的水中冲击波破坏目标、破碎岩石、压实土层等，其作用方式与空气中爆炸相似，但水中冲击波的破坏作用大于后者。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班（2）水底裸露爆破将装药安放在水下的目标表面，紧贴水底、礁石实施爆破。这是长期以来最常见的水下爆破方法，施工设备简易，经济可行。但爆破效果差、耗药量大，且受水深、流速和风浪的限制，不宜大规模施工。（3）水下岩层内部爆破将装药置于水下岩层的钻孔或硐室内实施爆破。随着施工机具和施工技术的发展，在水下大方量开挖工程中已成为水下爆破的主要方法。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班2、按照爆破工程性质分类（1）水下抛掷爆破利用炸药的爆破作用，将装药周围及装药上方的土石破碎和抛掷，部分抛至沟槽以外，部分被水流冲走，爆后无须清渣即可获得要求的沟、槽（航道、管线）。这是一种较为有效的水下爆破方法，但炸药耗量大。采用裸露装药爆破时，单耗药量比松动爆破高出几倍至几十倍。且要求流速较大，才能冲走破碎的岩石。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班（2）水下松动爆破利用水底裸露装药或钻孔装药爆破破碎岩石，再用挖泥船清渣达到水下开挖的目的。这种方法技术可靠、经济合理，适合于水下面积大、方量集中或深水炸礁工程。但要求机械化程度高，必须配备钻孔工作船及水下清渣设备。（3）水下振动爆破除用于破坏敌方水面或水下目标外，有时也用于水下地震探矿。应用中还可分为水中装药悬挂爆破和水底岩面装药裸露爆破两种。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班（4）水下装药夯实爆破对于水工建（构）筑物的非岩质地基，可利用水下装药爆炸后产生的冲击波和振动作用，使土层密度增加，提高地基的承载能力和稳定性。这是一种处理水下基础的新方法。（5）水下装药排淤爆破利用炸药在水中爆炸产生的冲击、振动和压缩作用，排除水下淤泥，是在江河湖海中建造堤坝和水下平台时进行软基处理的一种新技术。主要有爆夯法、爆炸排淤填石法和堤下爆炸挤淤法。目前已在多个实际工程中得到推广应用。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水面基岩abc药包a——水中吊挂爆破b——水下裸露爆破c——水下钻孔爆破江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班各种水下爆破方法适用条件及其特点比较爆破方法作业方式适用条件爆破效果特点和问题裸露爆破直接往水中抛投药包5m水深以内的静水区差施工简单，可用普通炸药，但药包难以正确定位，冲击波压力大由潜水员安放药包一般在15m深以内静水区较好施工简便，可用普通炸药，但药包只能单个安放，不能大范围作业，炸礁效果好，冲击波压力大江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班爆破方法作业方式适用条件爆破效果特点和问题钻孔爆破由潜水员在水底进行简单钻孔和装药10m深以内的静水区较好钻孔深度在2m以内，作业效率低，同时起爆孔数有限，脚线易碰断在浮船上钻孔装药15m深以内静水区或低流速区良好钻孔深可达5～8m，可用机械完成钻孔装药，多孔同时爆破自升式作业平台以套管钻孔，在作业台上钻孔及装药可在30m水深，流速达3m/s以及中等风浪时作业良好用耐水耐压雷管和炸药，孔深可达8m，实现钻孔装药机械化，可大范围作业江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班爆破方法作业方式适用条件爆破效果特点和问题硐室爆破在陆地上开挖导洞或竖井通向临水面药室位置水深不限，不受流速、风浪和天气的影响良好属于干法施工，对地形地质测绘要求较高，水冲击波压力小，地震波强度较大江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班10.1水下爆破的理论基础江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班10.1.1水中爆炸的物理现象装药在水中爆炸后，形成高温高压的爆炸产物，装药表面上的爆轰波压力急剧增加到约20×109Pa。由于爆炸产物的压力比周围介质—水的静压超过很多，爆炸产物迅速发生膨胀。水在高压作用下，具有一定的可压缩性。因此，爆炸产物高速膨胀时，就如同在空气中一样，在水中亦形成冲击波。而在爆炸产物和水的界面处产生的反射稀疏波，以相反的方向往爆轰产物中心运动。水中冲击波的传播规律与空气冲击波的传播规律基本上是相似的。但由于水的特殊性质，水中冲击波亦有它的特点。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班1、水中冲击波特点水的可压缩性比空气小得多。在一般的压力下，水几乎是不可压缩的，例如当压强为100×106Pa，密度的变化。但是在爆炸产物的高压作用下，水成为可压缩的，因而形成水中冲击波。水的密度比空气大得很多，因此爆炸产物的膨胀在水中要比空气中慢得多。因为水的密度大，可压缩性小，这就使得水中冲击波的初始压力比在空气中大得多，其初始压强仅比爆轰波压力小30～35％，可达10×109Pa以上（对于梯恩梯约为14×109Pa）。而爆炸空气冲击波的初始压强，计算表明，不超过（80～130）×106Pa。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水中的声速极高，在18℃的海水中，声速为1494m/s。装药附近冲击波的初始传播速度比爆轰波速度低20～25%，可达6000m/s左右，比声速大数倍。但随着冲击波的推进，波阵面的压强和传播速度下降很快，如球形冲击波在约10倍装药半径处压强下降为初始压强的；当压强下降到约为25×106Pa时，虽然波阵面的压力仍有相当大的数值，但波阵面的传播速度实际上已下降到接近声速。因此，水中冲击波传播到一定距离之外（当波阵面压强小于100×106Pa时），对于水中冲击波的传播和反射可以采用声学近似。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班图6-1-1为137kg的梯恩梯装药在水中爆炸时的压强分布情况。在离爆心l.525m、15.25m和152.5m处的最大压强分别为240×106Pa、15.6×106Pa、1.13×106Pa。可见，在离爆心较近距离处，波阵面压强下降较快，而较远距离处则较缓。爆心l.525ml2.25ml5.25ml49.5ml52.5m240×106Pa15.6×106Pa1.13×106Pa图6-1-1水中冲击波的传播江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班水中冲击波的正压区作用时间比同距离同药量的空气冲击波正压区作用时间短，前者约为后者的，这是因为水中冲击波阵面速度与其尾部速度相差较小。如水中冲击波压强P=500×106Pa时，冲击波速度为2040m／s，而当其压力下降为25×106Pa时，波阵面传播速度已实际接近于声速，此时波头与波尾几乎以同一速度运动。水中冲击波经过介质时，由于水相对来说是不可压缩的，所以，水的温度不会显著上升。而空气冲击波通过介质时，可使空气温度升高到4000℃～5000℃。所以，水中爆炸能很少转变为热能而消耗，绝大部分用于推送水运动。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班2、气泡的运动冲击波离开后，爆炸产物在水中以气泡的形式继续高速膨胀，迅速增大其体积。气泡表面把水与爆炸产物分隔开来。应用水下高速摄影装置，可以看到气泡半径的变化情况，例如，250g的特屈尔炸药在海中深91.5m处爆炸时，气泡半径随时间的变化情况如图6-1-2所示。由该图可以看出，当球形气泡最初迅速膨胀以后，膨胀速度逐渐缓慢下来，在爆炸结束后的0.014s时，气泡停止膨胀。然后，气泡以不断增加的速度压缩至最小（0.028s）。此后，气泡再次膨胀，产生第二次脉动。当气泡膨胀时，水流也以高速度向外径向流动。随着气泡的急剧膨胀，气泡内的压力将随之降低，并且在某一时刻与周围介质的静水压力相等，但气泡的膨胀并不停止，水流继续顺其惯性向外运动，气泡作“过度”膨胀，一直到最大半径，这时气泡内的压力低于周围介质的静压力，约为其。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班图6-1-2中虚线表示气泡第一次脉动时爆炸产物气体在水的静压力作用下的平衡半径之值（气泡平衡半径即是当气泡内的压力与周围介质静压力相等时的气泡半径）。半径（cm）0142028406080时间（ms）图6-1-2气泡半径随时间变化曲线2015105江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班图表明，在约为第一个周期的80％的时间内，气泡里面的压力都小于周围水的静压力。当气泡膨胀到它的最大半径时，周围的水开始反方向的向内运动，水流压缩爆炸产物，使气泡不断收缩，气泡内压力逐渐增加。同样，聚合水流惯性运动的结果，气泡被‘“过度”压缩，使气泡的半径再一次小于平衡半径，气泡中又积聚一定的压力，其压力高于周围介质的静压力，直到气体压力高达能阻止气泡的压缩而达到新的平衡。于是，气泡脉动的第一次循环结束。但是，由于气泡内的压力比周围介质的静压力大，从而产生气泡的第二次膨胀和压缩的脉动过程，如图6-1-3所示。江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班但是，由于气泡内的压力比周围介质的静压力大，从而产生气泡的第二次膨胀和压缩的脉动过程，如图6-1-3所示。这种由于爆炸产物所形成的气泡脉动，由于水的密度大、惯性大，这种气泡脉动次数要比空气中爆炸的多。当装药爆炸发生在水下足够深处时，在气泡浮至水面以前，通常可以观察到三次或四次脉动，而在深度很大处爆炸时，脉动可达十次以上。第一次最大第二次最大第一次最小第一个周期第二个周期图6-1-3水中爆炸时的气泡脉动江苏省公安厅工程爆破技术人员培训班在脉动过程中，由于气体产物的浮力作用，气泡逐渐上升。在具有自由表面的有限水域中，气泡朝着自由表面移动。当气泡膨胀时，上升极缓慢；当气泡受压缩时，则上升较为迅速。图6-1-4为质量137kg的TNT装药在自由表面下