內河橋區航道保護性爆破施工技術研究

中圖分類號：U615.6 文獻標識碼：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，水下疏浚作業需求大增。水下爆破是航道疏浚的核心工藝，但其產生的振動波對鄰近橋梁、油管線和泵房等敏感構筑物的安全性構成威脅。現有研究集中于單一減振技術，缺乏系統性解決方案。付文俊等1通過對比不同爆破參數下的振動監測數據，得出了影響建筑結構的關鍵因素，并提出了相應的減振措施。農志祥等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，計算得出的質點振動速度衰減率具有理論指導意義，而在現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驗和借鑒，并形成了一套水下鉆孔水不耦合裝藥爆破技術施工工藝。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、深度以及距離對于河岸地表的質點峰值振速和減振率的影響狀況。傅其忠等[4]研究表明，爆區后方的爆破振動主要來自柱狀藥包沖擊炮孔孔壁所產生的振動，而爆區的正前方的爆破振動主要是裝藥包對炮孔底部的沖擊，擾動爆區下部巖層傳播形成的，減緩孔內炸藥對炮孔底部的沖擊就能有效地控制爆區前方的爆破地震。張超逸等5認為在入射波與巖石介質條件相同的情況下，多排減振孔的減振率隨應力波入射角度減小而減小，雖然應力波經過多排減振孔后會產生減振效果，但隨著應力波傳播距離增加，應力波恢復穩定傳播，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呈現減小趨勢，減振孔屏障前后測點的隔振率呈現顯著增大趨勢，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于減震溝措施；綜合減震措施下部的減震孔會繼續阻礙應力波的傳播，進一步削減應力波能量，從而達到保護隔震屏障后方建（構）筑物安全的目的。

本文以廣西來賓西橋區航道整治工程為依托，通過“爆源控制一傳播阻斷一動態優化”三位一體的技術路徑，實現爆破能量的精準分配與有害效應的多級衰減。

其中，爆源控制聚焦于裝藥結構與起爆時序優化；傳播阻斷通過預裂帶、減振溝等物理屏障削弱能量傳遞；動態優化依托實時監測反饋機制調整參數，形成閉環控制。通過工程實踐驗證，該技術可顯著降低爆破有害效應，為類似工程提供重要參考。

1工程概況

工程區位于來賓市大黃牛灘附近，按Ⅱ級航道標準設計，通航2000噸級船舶。為改善航道整治后的流速流態，橋軸線上下游200m之外由航道寬度128m漸變至現狀航道寬度40m，采用縱向坡度為 1：20 ，由橋區Ⅱ級航道底高程54.94m（設計水深4.0m漸變至現狀V級航道底高程57.34m（維護水深1 6m 。施工區周邊存在油管線（160m）、橋梁拱座（100m）、電灌站泵房 （82m） 等敏感構筑物（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，爆破時應采取措施，減小爆破振動、沖擊波、飛石等的影響。

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

表1爆破施工區域周邊環境構筑物情況表

2 工程地質概況

勘察區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，設計常水位下岸坡多數為巖質岸坡，航道挖槽邊坡主要以巖質邊坡組成。

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

3水下爆破技術工藝原理

3.1爆破工程測控技術

爆破工程測控技術是確保水下爆破安全、高效實施的關鍵環節。在爆破施工區域選取合適位置開展小規模試爆試驗。試爆前，須詳細勘察爆破區域的地質條件，獲取巖石硬度、完整性、結構等參數，這些參數是爆破施工的關鍵控制因素。基于勘察結果，初步設定裝藥結構、起爆網路、孔網參數等。

試爆過程中，利用專業監測設備對爆破產生的有害效應，尤其是爆破振動進行實時監測。通過分析監測數據，掌握爆破振動的傳播規律和幅值大小，并與設計的安全范圍進行對比。經過多次試爆和參數調整，最終確定適用于本工程地質條件的最佳裝藥結構、起爆網路和孔網參數，確保爆破有害效應滿足設計要求。

3.2爆破工程振控技術

爆破工程振控技術旨在降低爆破振動對周邊環境的影響，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，合理設定最佳延時時間，通過優化起爆順序，使爆破能量分散釋放，減少振動疊加。根據巖石特性和爆破效果要求，精準確定最佳單段藥量，避免單段藥量過大導致振動過強。同時，選擇合適的起爆網路和起爆方式，可采用微差逐孔起爆技術，進一步降低振動幅值。在爆破振動波傳播過程中，采用設置減振孔（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筑物的振動強度。通過研究水下爆破沖擊波的產生和傳播過程，分析水下爆破的特點，確定振動速度、頻率等關鍵監測參數，以便對爆破振動進行有效監測和控制。

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

針對橋區航道復雜環境及鄰近敏感構筑物的保護需求，該工程采用“爆源控制一傳播阻斷一動態優化\"三位一體技術體系，通過精細化設計與動態調控實現保護性爆破施工目標?，F從關鍵施工技術環節展開論述。

4.1雙RTK-GPS精準定位與鉆孔參數優化

采用雙RTK-GPS定位系統（平面精度 ±3cm） 實時校準鉆機船姿態，結合 1：500 鉆孔孔位平面圖與實時水位數據動態調整超深參數 （Δh=1.5m） 。梅花形拓撲布孔設計（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% 。借鑒航道工程中穩船定位經驗，通過液壓錨纜穩定鉆機船體（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技術建立鉆孔軌跡偏差預警系統，實現孔深誤差實時修正，巖層適應性調整響應時間縮短至5min。

圖2錨纜設置示意圖

4.2數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計算出最大單段藥量門 Q_Πmx=36kg） ，通過試爆驗證，采用數碼雷管實現孔內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） ，優化起爆時序，避免振動疊加。該技術參照城市地鐵隧道精細爆破經驗，通過電子雷管高精度延時控制（誤差 ≤0.1ms） ，將主振頻率調整至與保護對象固有頻率錯開（頻率差gt;15+（2） ，有效避免共振風險。同時采用“V形”起爆網絡拓撲，使爆轟波傳播效率提升 18% 。

4.3減振屏障協同設計與施工

（1）預裂帶隔振：沿主爆區布設孔距為1.25m的預裂孔，采用 30% 裝藥量的不耦合裝藥結構（裝藥直徑32mm/ 孔徑 90mm ，形成貫穿裂縫阻斷應力波傳遞，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驗中預裂技術原理一致，裂縫寬度監測值達 8～ 12mm ，可有效阻斷主爆區 80% 以上應力波能量。

（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% 。該設計參考了建筑物拆除爆破中減振溝技術，結合聲發射監測系統驗證能量衰減梯度為 1.2dB/m ，顯著優于傳統單排減振孔設計。

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

圖3減振溝、減振孔、預裂孔布置示意圖

4.4實時振動監測與動態調控

布設5個三通道測振點，構建回歸模型 V=K?（Q ，通過迭代優化實現振動速度峰值控制（ K 值收斂至 148±5，α 值為 1.52±0.03） 。采用云平臺監測系統實時傳輸數據（采樣率為 2000Hz） ，形成“監測-反饋一調整”閉環控制，參數修正響應時間 ?5 min。該體系借鑒了重慶地鐵隧道爆破工程經驗，引入機器學習算法預測振動疊加效應，模型預測精度達 92% 。見圖6。

4.5保護性裝藥工藝與防浮措施

采用沙袋壓載（孔頂預留1.5m）與間隔裝藥技術（孔深 35 m時為0.5m間隔），結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，通過增加配重（單孔配重比達 1：1.2） 和分散裝藥結構實現能量精準釋放。裝藥密度控制為 0.8～1.2 9/cm³ ，爆轟壓力梯度優化 30% 。

裝藥結構如圖4所示。

圖4連續裝藥、間隔裝藥結構示意圖

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% （精準定位減少補孔）；炸藥單耗降低 15% （裝藥結構優化）；工期縮短12d（動態調控減少返工）。

監測數據驗證了《爆破安全規程》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用的技術范式。

4.7 結論與推廣價值

通過集成創新形成復雜環境爆破施工技術體系，主要結論包括：

（1）技術協同效應顯著：爆源控制（定位精度 ±3cm ）傳播阻斷（預裂帶降振 32% ）與動態調控（模型 R²=0.92AA 的協同作用，使綜合降振效率達理論極限值的 85% 。（2）經濟環保效益突出：相較傳統工藝，施工成本降低 18% （主要源于炸藥節約與工期壓縮），粉塵濃度控制在2 ：mg/m³ 以下（低于國標 30% ）。（3）智能監測體系成熟：云平臺監測與機器學習預測的結合，使參數調整響應速度提升4倍，為數字孿生技術在爆破工程中的應用奠定基礎。（4）推廣適用性強：技術體系已成功應用于橋梁樁基中 m近距防護）水下航道（流速3m/s工況）等多種場景，形成標準化施工指南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 + 北斗的毫秒級動態調控系統；（2）開發環保型納米降振材料；（3）建立基于BIM的爆破效應數字李生平臺。該工程實踐為城市復雜環境爆破施工提供了完整技術范式，具有重要工程借鑒價值。

5結語

本研究構建的爆源控制一傳播阻斷一動態優化三位一體技術體系，通過精準調控爆破參數與振動防護措施協同應用，成功保護復雜環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”及平陸運河建設背景下，該技術對保障跨河構筑物安全、提升航道建設效能具有重要推廣價值。未來可進一步拓展至礦山開采、城市基建等領域，通過智能化監測與精準爆破技術融合，持續推動工程建設向綠色化、精細化方向發展。

參考文獻

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