维普资讯 http://www.cqvip.com 第１ ３卷 第４期 工程爆破 Ｖｏ１．１３．Ｎｏ．４ ２ ０ ０ ７年１ ２月 Ｅ ＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＢＬＡＳＴＩ Ｇ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００７ 文章编号：１００６—７０５１（２００７）Ｏ４一。Ｏｌ５一Ｏ５ 水下钻孔爆破水中冲击波试验研究 孙远征，龙源，邵鲁中，谢兴博 （申国人民理工大学工程兵工程学院，南京２１０００７） 摘 要：通过海边浅层水中钻孔爆破试验，实测得到了水中冲击波波形蓝线及压力数据；分析了水下 钻孔爆破水中冲击波的特性和传播衰减规律，并给出了水中冲击波的半理论半经验公式，验证并总结出 部分相关结论，为进一步的研究积累了经验。 关键词：水下钻孔爆破；水中冲击波；压力测试；传播规律；试验研究 中图分类号：ＴＶ５４２＋．５；０３８３＋．１ 文献标识码：Ａ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ ＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＨＯＣＫ ＷＡＶＥ ＩＮ ＷＡＴＥＲ ＯＦ ＵＮＤＥＲＷＡＴＥＲ ＤＲＩＬＬＩＮＧ ＢＬＡＳＴＩＮＧ ＳＵＮ Ｙｕａｎ—ｚｈｅｎｇ，ＬＯＮＧ Ｙｕａｎ，ＳＨＡＯ Ｌｕ—ｚｈｏｎｇ，ＸＩＥ Ｘｉｎｇ—ｂｏ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｓ，ＰＬＡ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂｙ ｄｏｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｈａｌｌｏｗ ｕｎｄｅｒｓｅａ ａｔ ｂａｎｋ，ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｃｕｒｖｅｓ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ １ａｗ ｏｆ ｉｔｓ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｅｍｉ—ｔｈｅｏｒｙ—ｓｅｍｉ—ｅｘｐｅｒｉ— ｅｎｃｅｄ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｏｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ ａｎｄ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｓｏｍｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｍｕｃｈ ｖａｌｕａｂｌｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ；Ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ；Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｒｕｌｅ； Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ １ 引 言 行研究，试图对水下钻孔爆破冲击波的特性和传播 规律给予一些定性的分析与解释，并对相关的结论 相对于水中爆炸和水下裸露爆破，水下钻孔爆 进行验证。 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 ２ 试验测试方案 都与水介质中的水中爆炸不同。水下钻孔爆破是水 ２．１试验条件 下工程爆破实践中应用最广泛的一种形式，但鉴于 试验在上海洋山深水港区大指头岛近海区域， 其众多的影响因素，关于水下钻孔爆破的裂隙扩展 利用海水潮汐进行试验。事先根据潮汐表，在低潮 范围、水中冲击波传播规律等的研究相对则较少。 时进行钻孔装药施工，高潮时实爆测试。此区域海 为深入全面研究水下钻孔爆破产生的水中冲击波作 流以潮流为主，径流影响很小，潮流性质属于正规半 用机理，除了采用理论分析、数值模拟等方法外，试 日潮流，为典型的往复流。沿岸陆域主要为红土台 验研究也是非常必要的手段。本文对近岸海底浅水 地，间有小型海积平原低地和基岩残丘，沿岸潮滩较 中钻孔爆破小型试验取得的试验数据及压力波形进 为发育，多为平缓的泥滩、沙泥滩，水域多礁石，低潮 时大片淤泥潮滩出露。沿岸出露的地层有燕山期花 收稿日期：２００７—０９—０９ 作者简介：孙远征，硕士研究生。 岗岩及风化残积红土层。钻孔试验部分主要岩性有 花岗闪长岩、黑云母花岗岩的全风化～强风化带。 维普资讯 http://www.cqvip.com 工程爆破 试验场地事先用挖机清理平整，爆破区域处理去掉 岩石表面覆盖层，试验水域水深１．５～２．５ｍ，随潮水 而定。 ３ 试验结果与分析 ３．１水下钻孔爆破波系分析 测试采用国产ＣＹ—ＹＤ一２０２冲击波测量传感器。 水中爆炸测试系统程序如下：装药一压力传感器一 电荷放大器一数据采集分析仪一计算机。数据采集 处理系统为四川纵横系列ＪＶ５２ＯＯ，放大器为 ＹＥ５８５３电荷放大器。采样频率取２Ｍ，采样长度取 １０００ｋ。适用于水下钻孔爆破的炸药通常有乳化炸 水下钻孔爆破研究是冲击波在海水与海底介质 之间的扰动问题，其压力时程、能量在水中的分布规 律等问题是一个十分复杂的水下爆炸效应研究课 题，涉及多项因素，波系较为繁杂。水下钻孔爆破产 生的水中冲击波主要是由于炸药爆炸后，爆轰波转 化为冲击波从炮孔中冲出而形成的。爆炸产物压缩 药、油炸药和ＴＮＴ炸药等。根据本试验特 点，选择防水性能好、爆能较高、使用安全系数大且 价格便宜的乳化炸药，利用塑料导爆管引至岸边点 火引爆。 ２．２试验设计 由于是靠近海岸，试验采用岸测方法。在岸边 用挖机堆出一高台，将试验设备置于其上，保证试验 仪器和人员处于最高潮以上的安全位置。于海水低 潮露出基岩后进行作业，并做好量测标记，待海水涨 到预定位置时进行爆破测试。试验采用￣４０ｍｍ的 ４ｑＬ径钻头，孔深１．Ｏ～２．５ｍ，单孔装药量在０．９～ ２．５ｋｇ，尽量与实际爆破情形相接近。在不同药量、 孔深、水深等情况下进行一系列实爆测试，钻孔装药 和传感器位置设置如图１所示。传感器固定于底部 为混凝土块的钢管上，混凝土块尽量埋于海底固定 牢。传感器距离炮孔水平距离４～１０ｍ，之间相距一 定距离（１ｍ或２ｍ）并排成一条直线，距水面高度一 致，这样一次爆破可测得一条直线上若干个连续波 形数据。由于影响因素众多，为简化试验并不进行 梯段爆破研究，主要研究单自由面（只有顶部临水临 空面）条件下单孔爆破形成的水中冲击波压力。鉴 于实际工程中水下钻孔爆破多为不填塞，试验中也 未对炮孔进行填塞作业。 图１ 水下钻孑Ｌ爆破测试示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ 岩石水底介质使其破碎、形成爆堆，同时在其中形成 岩石中应力波，该波以地震波的形式传播，参考一些 相关文献可知，这一过程消耗了大部分能量，因此水 中冲击波的能量一般只有水中裸露爆破时的几分之 一。这个波在流固交界面处会产生折射到水中的冲 击波，该波沿海底面传播时会产生不规则反射，变成 压力逐渐增加的低频耦合波，而特别是在贴近海底 的位置，往往先于水中入射冲击波到达（前驱波）。 此外，还有水中冲击波在海底反射而形成的反射波， 在水面处水中入射冲击波反射为水中稀疏波；当海 底不平坦时，还会产生水中绕射冲击波。因此，海底 地质地貌对波系的影响是非常大的。 ３．２试验波形分析 试验实测典型波形如图２、３所示。总体来看此 次水中钻孔爆破基本上是浅水爆破，由于边界条件 的变化，伴随着爆炸水面会出现水羽现象并有较大 的波浪，水中冲击波的压力、作用时间等参数计算及 波形不再是理想的状态，它受到水下界面反射、水面 切割等作用而呈现出较为复杂的波形。与理想的无 限水域中爆炸相比，此时水中冲击波压力值明显地 减小，冲击前缘变缓，冲击波频率大为降低，而作用 时间则稍有延长。 分析波形图可知，在距离较远的而且靠近海底 的传感器处，由于迎面装药爆炸波传播距离较长，冲 击波对于水底的反射作用角逐渐增大，并引起不规 则反射，形成先于直达波的水底反射波（前驱波），见 图２（ｂ）中２ｍｓ之前的波形。在峰值压力之后形成 不规则杂乱波形，则大都是由于海底地形不平整和 海底岩石内的岩性不完整，使得冲击波在传播过程 中多次发生海底折射、反射，以及在凹凸不平的海底 绕射过程中，引起拐角作用而形成水流扰动涡流导 致的综合效应。一般来说离海底越近，波形不规则 度越明显。 维普资讯 http://www.cqvip.com 孙远征等：水下钻孑Ｌ爆破水中冲击波试验研究 ｆ） ２ ４ ６ ８ ｌ１） １２ 时间／ｍｓ 图２ 实测水中冲击波典型压力一时间曲线 Ｆｉｇ．２ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ 图２、３均为１．５ｋｇ装药。图２（ａ）与２（ｂ）相比 因距离不是很远，所以在一定范围（传感器设置４～ 较，冲击波上升迅速，正压作用时间则较短，冲击波 １０ｍ）内测点距装药越近，ａ角度越大，冲击波峰值 压力随距离衰减明显。图２（ｂ）中的２～４ｍｓ间的水 压力越大，前驱波波形越难测到，波形也越接近无限 面反射稀疏波作用也比较明显，自由水面使波峰尾 水域理论波形。 部被截断。波峰后面水中冲击波基本上具有“白噪 ４ ３ ３．３冲击波压力测试数据分析 声”的特性，脉动持续时间超过人射波的持续时间，Ｓ ０ ５ ０ ２ 在水下工程爆破安全控制中，一般以水中冲击 具有强度不大的变向压力，分析其能量约为初始波 波的峰值压力作为安全控制指标。据有关资料，水 的１０％～２０％。 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。 以装药量１．５ｋｇ组为例，相关数据统计如表１ 所示．。钻孔深度约１．７５ｍ，其中无填塞部分控制在 ｊ ｆ 。 ４５ｃｍ左右，若不考虑孔深、地形等其他因素，在水深 １．５～２．３ｍ之间测得冲击波压力见表ｚ；除去可能 由于量测系统自身导致偏差特别大的数值（此处分 一 舳． …… ’ ’ ｍ２２析忽略传感器位置差异），总结其初始峰值压力分布 １ ８（１ 如图４所示。从中我们可以看出，在数据量足够的 条件下，水中钻孔爆破峰值压力基本遵循指数规律。 ｒ ～ ．． 八 ． 试验数据较多，但由于影响因素众多，数据间相差也 －０． 【】 Ｊ Ｚ ４ ６ 比较大。 时间／ｍｓ 随着测点与爆心直线距离的增加，冲击波的峰 图３不同位置处冲击波压力曲线对比图 值压力逐渐减小。由图２、３和表１、２可以看出，在 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ 试验条件下峰值压力随距离衰减的规律，与无限水 ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ 介质中单个装药爆炸峰值压力随距离衰减的规律相 由图３可见，冲击波压力表现非常清楚，由于 似（见图４）。 传感器设置为前后相隔２ｍ，由后台所记录数值可以 水深作为一种特殊的填塞，对水中冲击波特性 直接估算出此时的冲击波波速约１５００ｍ／ｓ。此外也 和压力也有一定的影响，但本试验中冲击波峰值压 可以看出，在２ｍ左右的浅水区域，装药距离８ｍ的 第１个波形与距离装药４ｍ的第３个波形相比，峰 力与水深变化（１．５～２．５ｍ）关系不明显，可能是与 值压力波形上升坡度明显变缓，是因为相对海底孔 浅层水的环境和水深变化不大有关。但是作为小口 径钻孔试验，冲击波峰值压力与孔深和无填塞长度 口的测点方位角ａ变大，海底影响加剧，前驱波作用 增强。而图２（ａ）中的典型波形则没有测到前驱波， （药包顶端到孔口的距离）有明显的关系，随着孔深 和无填塞长度的增加，虽然药量也在增加，但是峰值 究其原因主要是在本试验海底地域相对平整，而且 传感器尽量置于海水中间的位置以减少界面影响， 压力却显著降低，这与加尔基Ｂ Ｂ的研究结论“形成 水中冲击波的并不是深孔药包的整个药量，而是临 维普资讯 http://www.cqvip.com 工程爆破 近孔口的局部药量”相一致。 表１ １．５ｋｇ组相关峰值压力的统计数据 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃ ｄａｔａ ｏｆ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｏｒ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｇｒｏｕｐ ｏｆ １．５ｋｇ 编号 Ｒ／ｍ Ｈｊ／ｍ Ｈｚ／ｍ．Ｈ３／ｍ 户／（１０ Ｐａ） 编号 Ｒ／ｍ Ｈ１／ｍ Ｈ２／ｍ Ｈ３／ｍ ｐ／（１０ Ｐａ） １ ５．５ ０．８５ １．５０ １．６０ ３．９９９６０ ９．２ ０．４０ １．８０ １．９７ ２．１３２１１ ６．５ ０．８５ １．５０ １．６０ ２．０５００２ １１．２ ０．４０ １．８ １．９７ １．７１５４２ ８．０ ０．８５ ｉ．５０ ｉ．６０ ｉ．５２７０８ ７ ４．０ ０．５０ １．８Ｏ ２．２０ ２１．１７７３３ ２ ４．０ ０．８０ １．６０ １．６５ ７．１９４３０ ５．０ ０．５０ １．８Ｏ ２．２Ｏ １８．３９１７５ ６．０ ０．８０ １．６０ １．６５ ４．４７７４０ ６．０ ０．５Ｏ １．８Ｏ ２．２０ ５．６３５００ ６．０ ０．８Ｃ １．６０ １．６５ ３．３８６Ｏ０ ６．０ ０．５０ ｉ．８０ ２．２０ ７．３０ｉ７３ ６．０ ０．８０ １．６０ １．６５ ４．７２７７０ ８．０ ０．５０ ｉ．８０ ２．２０ ｉ．８７２６７ ７．９ ０．８０ １．６０ １．６５ ４．０１２５３ ８ ４．０ ０．５０ １．８５ １．９７ ２３．１７１４０ ３ ４．０ ０．４０ １．６８ ２．２０ ６．４８０５ｉ ６．０ ０．５Ｏ １．８５ １．９７ ６．３９１６８ ６．０ ０．４０ ｉ．６８ ２．２０ ３．Ｏ８２７４ ６．０ ０．５Ｏ １．８５ １．９７ １０．２２８９０ ６．０ ０．４０ １．６８ ２．２Ｏ ３．２５４９２ ８．０ ０．５Ｏ １．８５ １．９７ ４．９９６６７ ８．０ ０．４０ １．６８ ２．２０ ０．６８９５４ ９ ６．５ ０．５０ ２．Ｏ０ １．４９ ３．７５６５４ １０．０ ０．４０ １．６８ ２．２Ｏ ０．９６２４６ １０ ６．４ ０．５０ ２．Ｏ０ ０．６４ ３．８８１８９ ４ ４．０ ０．５０ １．７５ ２．１０ ２０．１３７２０ ８．４ ０．５０ ２．Ｏ０ ０．６４ ０．６６２３３ ６．０ ０．５０ １．７５ ２．１０ １２．６３２９０ １１ ５．６ ０．７３ ２．Ｏ０ １．６０ ５．７１７１７ ６．０ ０．５０ １．７５ ２．１０ ８．５３６７２ ９．６ ０．７３ ２．Ｏ０ １．６Ｏ １．９０５７２ ６．０ ０．５０ １．７５ ２．１０ ９．０２４６４ １２ １０．２ ０．５Ｏ ２．Ｏ０ ２．１０ １．３８４ＯＳ ８．０ ０．５０ １．７５ ２．１０ ３．６６８３３ １１．９ ０．５０ ２．Ｏ０ ２．１０ ０．５７８２３ ５ ４．０ ０．５０ １．８Ｏ １．５Ｏ １７．Ｏ８３６６ １３ ４．０ ０．５８ ２．Ｏ０ ２．３Ｏ １１．３２８８１ ４．２ ０．５０ １．８Ｏ １．５Ｏ １７．７４９６５ ６．０ ０．５８ ２．Ｏ０ ２．３０ ３．ｉ００１０ ５．０ ０．５０ １．８Ｏ １．５Ｏ ６．２１１９１ ６．０ ０．５８ ２．Ｏ０ ２．３Ｏ ６．Ｏ２７０３ ６．２ ０．５Ｏ １．８０ １．５０ ７．１８７５６ ８．０ ０．５８ ２．Ｏ０ ２．３０ １．４３８５９ ８．２ ０．５０ １．８０ １．５０ ２．５０４５６ １０．０ ０．５８ ２．Ｏ０ ２．３０ １．３２３５２ ６ ７．２ ０．４０ １．８０ １．９７ ５．７１０４６ １４ ５．ｉ ０．７０ ２．１Ｏ １．９Ｏ ８．５４４６６ ８．９ ０．４０ １．８０ １．９７ ３．５０１０５ ５．ｉ ０．７０ ２．１０ ｉ．９０ ８．６５５５１ ８．９ ０．４０ １．８０ １．９７ ３．３５３９０ ７．０ ０．７０ ２．ｉ０ ｉ．９０ ３．２２７０２ ３（） 表２列举了其他装药量的部分典型数据，基本 ２５ 上可以看出与１．５ｋｇ装药组相似的压力衰减特性。 育２Ｏ 由表１可以看出，当其它因素相近、爆炸初始能 曼 晕ｌ５ 量固定时，随着孔深和无填塞部分的增加，水中冲击 ｌ（） 波峰值压力锐减，更多的能量被用于岩石中破碎。 此外还发现，岩石层的物理性质也对峰值压力起到 。 很大影响，当岩性较完整较好时，其反射作用更明 （１ ４ ６ ８ ｌＯ 】２ 显，出炮口的能量越多、压力越大，波形也更理想，很 距离，ｍ 容易从中总结出参数明晰的压力衰减规律。当岩石 图４ １．５ｋｇ药量时冲击波峰值压力一距离分布曲线 中裂隙较多、岩性更脆或中间夹杂泥水层等，则使爆 Ｆｉｇ．４ Ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 炸能在岩层内逸散更多，对能量的吸收作用显著，导 ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ（ｃｈａｒｇｅ １．５ｋｇ） 致测得的水中冲击波压力变小，波形也相对杂乱。 装药在水域中爆炸的峰值压力计算，大多采用 表２其他药量部分典型数据 Ｃｏｌｅ Ｐ的经典的峰值压力公式形式： Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｃｈａｒｇｅｓ 一药量 距离 压力／ 药量 距离 压力／ ｋ（Ｃ 。／Ｒ）。（单位：１０ Ｐａ） ／ｋｇ ／ｍ （１０５Ｐａ） ／ｋｇ ／ｍ （１０ Ｐａ） 式中：在无限水域条件下，ｋ一５２２。８７、ａ—１．１３是 ０．９ ３．２５ ５．７６０８０ ７．８０ ２．２４３４２ 和炸药及环境条件相关的系数；Ｃ为密度 ４．００ ４．１１８７９ ８．００ １．０ｉ０７４ ５．２５ ２．１１６６０ ９．６０ ０．７３４４８ １．５２ｇ／ｃｍ。的ＴＮＴ装药量，ｋｇ；Ｒ为装药中心到测 ６．Ｏ０ １．５２４０８ ２．１ ４．３５ ７．１８６５７ 点的距离，ｍ（Ｒ＞１０Ｒ。，Ｒ。为球形装药的几何半 ６．００ １．８９１５３ ６．Ｏ０ ２．８０２６０ ６．Ｏ０ ２．２０８００ ６．０Ｏ ２．５７４６８ 径）。 ６．１０ ４．７３８５１ ６．３ｏ ２．８５２７５ ７．２５ ２．４４０８６ ８．２４ １．８００００ 由所测数据，在仅考虑装药量和距离的条件下， 运用线性回归方法，得到单孑Ｌ条形装药浅层水中爆 维普资讯 http://www.cqvip.com 孙远征等：水下钻孑Ｌ爆破水中冲击波试验研究 ．１９． 一１．（） ＿（）９ ＿（）．８ 一】．７ ＿（Ｊ．６ ＿（）．５ Ｉｇ（Ｃ ／Ｒ） 图５ 回归经验公式曲线 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｔｕｒｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｃｕｒｖｅ 炸时所产生水中冲击波峰值压力的半理论半经验公 式（回归经验公式曲线见图５）： Ｐ 一２２４．７（Ｃ 。／Ｒ）。＿弘。（单位：ｌＯ Ｐａ） ０．０９６２＜（Ｃ ／。／Ｒ）＜０．２９７１ 式中Ｃ为乳化炸药装药量，Ｒ为装药到测点的水平 距离。水下钻孔爆破时直接将药包放置于岩石内，孔 隙被水填满，爆炸时水面上出现水柱冲击的现象，这 样就会减小水中冲击波的能量，使水中冲击波压力 减小，随距离的衰减也会较快，所以经验计算式中系 数是还不到无限水域水下爆炸时的一半。这样简化 考虑压力只与比例距离有关，此时衰减系数ａ比水 中裸露爆炸还大，增大至２．３４２，作用时间有所延 长。国内其他一些水下钻孔爆破实测所得的回归公 式，如黄埔港水下钻孔爆破时计算系数和指数分别 为１５６和１．１３，又如中国水利水电科学研究院在河 南鸭河口电厂引水渠水下开挖中，实测水中冲击波 压力回归分析得到的计算式为 Ｐ 一７０（Ｃ 。／Ｒ） 弱（单位：ｌ０ Ｐａ） 与上述相比，本文得到的公式中是、ａ值偏大，分 析认为可能与现场条件有关：浅水情况下，水作填塞 的因素远没有深水时明显，对冲击波压力的削弱作 用不大，且海底岩石岩性不强，破碎消耗的炸药能量 相对较少；此外测点位置距离海底的垂直高度一般 仅在ｌｍ左右，与装药水平距离均集中在４～１０ｍ小 范围内，水中冲击波压力衰减不是非常明显。 梁向前等按照国家爆破安全规程的相关规定， 并参考其它工程的经验，提出水中冲击波压力安全 控制标准如下：后引桥基础Ｐ ≤２．０×ｌ０ Ｐａ，卸货 码头基础Ｐ ≤２．０×ｌ０ Ｐａ，货船Ｐ ≤１．０× １０ Ｐａ。此次单孔爆破药量并不大，但结合试验数据， 发现一定距离内超压还是大于上述的安全控制标 准。可见在实际工程中进行大药量水下钻孔爆破时， 必须充分考虑到水中冲击波压力对周围的影响，做 好相关防护工作。 ４ 结 论 （１）对于单孔药包，孔深、填塞长度等装药结构 因素对水下钻孔爆破水中冲击波的影响很大，冲击 波压力受岩石地质条件制约明显。而本实验浅水条 件下的水深变化对压力影响并不是很显著，需进一 步研究。 （２）海岸环境的浅层水中很难测到单独明晰的 二次波波形，波峰过后波形震荡较为剧烈，主要是多 界面条件下冲击波绕射、反射、折射，并与水流扰动 涡流导致的综合效应，可见水底地形对波形有很大 影响。 ’ （３）通过水下钻孔爆破的现场试验结果，初步了 解了水中冲击波的传播衰减规律。大量数据回归得 到水中冲击波超压半理论半经验公式，为类似研究 提供参考。 （４）浅层水域中钻孔爆炸的防护主要考虑初始 波峰值，基本不用考虑爆炸产物后来在水中形成的 脉动水压力造成的低频脉动的影响，因其能量一般 不超过第１个波能量的２０％。 与水中裸露爆破相比，水下钻孔爆破因其复杂 多变地质条件和装药结构，有其独特的一些性质。 此次试验简化了很多条件，忽略了一些可能对水中 冲击波压力有很大影响的因素，下一步将在改变装 药结构、起爆方式以及多孔、多排孔等形式时的冲击 波特性变化做重点研究。 参考文献： ［１３［苏］加尔基Ｂ Ｂ，等．水下爆破工程［Ｍ］．王中黔，吕毅， 张旭译．北京：人民交通出版社，１９９２， ［２３粱向前，张芳，陆遐龄，等．爆破挤淤水中冲击波特性分 析及工程监测口］．工程爆破，２００６，１２（２）：１６—１８． ［３３李洪涛，赵琳，宁永成，等．球形装药海底裸爆压力测试 与分析［Ｊ］．工程爆破，２００５，１１（１）：１６—２１． ［４３顾文彬，郑向平，刘建青，等．浅层水中爆炸冲击波对混 凝土墩斜碰撞作用试验研究［Ｊ］．爆炸与冲击，２００６，２６ （４）：３６２—３６６． ［５３梁向前，谢定松，陆遐龄，等．爆破挤淤水中冲击波对环 境影响的安全评估与监测ＥＪ］．中国水利水电科学研究 院学报，２００６，４（２）：９７—１００． ［６３陆遐龄，粱向前，胡光Ｊｌ』，等．水中爆炸的理论研究与实 践［Ｊ ．爆破，２００６，２３（２）：９—１３．
