武理工控制爆破课件07水压控制爆破

第七章

水压控制爆破水压控制爆破概述1设计2施工3实例41概述

在容器状构筑物中注满水，起爆悬挂在水中一定位置的药包，利用水作为中间介质，传递爆破压力，达到破坏构筑物，并使爆破中产生的振动、飞石和噪音等有害效应都得到有效控制的施工方法，称为水压控制爆破。水压爆破拆除对象：容器类构筑物、旧楼房和高耸建筑物水介质为传能形式的爆破水压爆破1水孔爆破2水封爆破3水下爆破4以水介质传递爆炸能对介质破碎的基本爆破方法：水压控制爆破特点

不需钻孔，节约了钻孔费用和钻孔时间；药包数量小，雷管用量少，爆破网络简单；水介质易获得，传能效率高，炸药用量少；飞石飞散距离小、爆破粉尘少、爆破噪音小；拆除速度快、爆破直接成本低；只能用于容器类构筑物；采用齐发爆破，爆破地震动大；容器体积大时，水患问题严重。水压爆破的基本原理炸药在水中爆炸的载荷形式：冲击波作用载荷，峰压大，衰减快，作用时间短；高压气团的膨胀压力及由它产生的高速水流。两者大约占全部炸药爆炸能量的80％，其余大约20％的能量则消耗于所产生的光能和热能之中，这些能量的确切比例取决于炸药的品种和密度。药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰值以指数的形式衰减。水中初始冲击波压力比空气中的大得多。例如空气中初始冲击波压力约为80～130MPa，而在水中初始冲击波压力则超过1万MPa。随着水中冲击波的传播，其波阵面压力和速度下降很快，且波形不断拉宽。例如球形装药爆炸产生的冲击波，在离爆炸中心1～1.5ro时，其压力下降极快，而在约l0ro，(r0为装药半径)处压力下降为初始压力的1/100。药包在无限水域下爆炸水中冲击波等量装药时在水中爆炸与空气中爆炸的不同水中冲击波的压力比空气冲击波压力大得多；水中冲击波的作用时间要比空气冲击波的作用时间小得多；水中冲击波

高压爆炸气体生成物—气泡在周围水介质的作用下膨胀和压缩，产生一次或多次脉动压力。冲击波到达自由面后，在一定的水域内产生水冢效应。试验表明，水下爆炸冲击波、气泡脉动压力是水下非接触爆炸破坏容器类构筑物的二种主要载荷。气泡脉动现象重250克的特屈儿在91.5m的深水爆炸，高速摄影机拍摄到气泡半径随时间的变化关系在脉动过程中，由于水的浮力作用，气泡逐渐上升。气泡膨胀时，上升缓慢，几乎原地不动，而气泡受压缩时上升较快。爆炸产物所形成的气泡一般均接近于球形。如果装药本身非球形，长与宽之比在1～6范围之内，则离装药25ro的距离处就接近于球形了。气泡脉动现象梯恩梯装药水中爆炸137kgTNT在水中爆炸，冲击波峰值压力随距离变化的情况：爆炸近区，压力下降极快，远区，压力下降较缓慢。水中冲击波正压作用时间随着距离加大而逐渐增加，但比同距离用药量的空气冲击波的正压作用时间要小，前者约为后者的1／100。因为水中冲击波阵面速度与其尾部传播速度相差较小，例如水中冲击波压力为P水＝500MPa时，冲击波速度V水=2040m/s当压力下降到25MPa时，水中冲击波阵面传播速度实际上已接近于声速(P水约为1450—1500m/s)，此时波头与波尾几乎以同一速度传播(P气=5MPa时，V气=2230m/s)。137kg梯恩梯装药水中爆炸当p=50~160MPa时潜艇将沉没，无装甲的舰艇将受到严重破坏。p=30~45MPa时潜艇将受到破坏。冲击波到水面如下图所示，当炸药在水下附近爆炸时，水中冲击波首先到达水面，在水面上出现一个迅速扩大的暗灰色的水圈，它的移动速度很大，约几十个毫秒后就会消失；冲击波在自由表面发生反射，在稀疏波的作用下，表面处水的质点进一步向上飞溅，形成一个特有的飞溅水冢(右下图)。气泡到达水面气泡到达水面时，气泡上升速度很快，这时气泡上方所有的水都垂直向上喷射，从而形成一个高而窄的喷泉式水柱，其高度和上升速度决定于装药的深度。当装药在足够深的水中爆炸时，气泡到达自由表面以前就被分散和溶解了，水面上没有喷泉出现．如果在很深的水中爆炸，则在自由表面看不到上述的水中爆炸现象．对普通炸药，此种深度为h=9Q0.33

水中爆炸计算公式容重为1.525g/cm3的TNT在水中爆炸,水中冲击波峰值压力P,比冲量I，水流能量密度E计算公式：水压爆破的基本原理

炸药在水中爆炸的瞬间，冲击波到达容器周壁时，冲击波压力在几十MPa以上。在冲击波作用下，容器壁开始向外位移变形。当周壁上的环向拉应力达到材料的抗拉强度极限时，周壁产生裂纹，出现破裂。接着周壁上又受到爆炸产生的高压气团膨胀引起的水压力。将能量再次传递给建筑物的周壁，又一次形成冲击性的加载，更加剧了周壁破坏。具有残压的水流从容器壁裂缝中向外喷出，并带出少量飞石四处飞散。

高压水传能特点水做为传能介质，可压缩性小，传能效率高。当压力为100Mpa时，水的密度变化5％，具有微压缩性,与空气相比，炸药在水中爆炸时，水本身所消耗的变形能小，因而水的传能效果好。水具有缓冲作用：水中冲击波均匀地作用在被爆介质上，介质只产生破裂，而不产生在岩中接触爆破时的塑性流动和过粉碎，不仅提高了能量利用率，而且也起到了缓冲作用。水楔作用：高压水对已经产生裂纹的容器进入到裂纹中，使其产生扩展和延伸作用。而水楔比气楔作用要大得多，因为水携带的能量远大于气体所携带的能量。水压控制爆破分类按照容器有无顶盖分类:开口式和封闭式容器。开口式容器水压爆破，容器内形成的水柱上冲高度大，高压气团产生的水膨胀压力耗散快，因而容器壁破碎效果也较差。在封闭式容器内水压爆破，水的膨胀压力耗散慢，炸药能量利用率高，因而容器壁破碎效果较好。水压控制爆破分类根据容器式构筑物的位置不同，可将容器分为架高式、平地式、半埋式和全埋式。距壁面不同距离时的破坏范围当药包距离容器壁近时，对容器壁的破坏作用面积小；较远时，作用面积较大。水压爆破效果与容器的壁厚、强度和药包的药量及放置距离有关。当容器壁厚度不变，药量不变，随R的增加，容器壁的破坏范围增加，容器壁的破碎程度降低，飞石飞散距离减少。当容器壁厚度不变，R不变，随Q的增加，作用于容器壁单位面积上的能量增加，因而容器壁的破碎程度加剧，飞石飞散距离增加。水压爆破效果2水压控制爆破技术设计1药2.1药量计算公式包重量：根据壁面材质、厚度，确定药包到壁面的距离，计算药包重量2药包数量：根据容器形状、容积大小确定药包数量3药包位置：药包在容器内水中的放置位置爆破设计内容2.1药量计算公式

许多学者都渴望从理论上解决水压控制爆破炸药量计算问题，并取得了可喜的成果，但由于水压爆破涉及的因素太多，迄今以半理论半经验计算公式为主。推荐爆破界常用的三个水压爆破药量计算公式：考虑注水体积的药量计算公式能量公式冲量准则公式⑴考虑注水体积的炸药量计算公式

Q—药量，kg；δ—构筑物壁厚，m；V—注水体积，m3；

σ—周壁材料的抗拉强度，MPa；n—炸药包个数K—与炸药性能、容器结构特征有关的参数硝铵炸药开口式容器

k=0.1,

封闭式容器K＝0.08⑵能量公式

k1—结构特征系数。封闭式:0.7~1.0，开口式:0.9~1.2k2—材质系数。砖砌体:0.15~0.25，砼:0.2~0.4，钢砼:0.5~1.0，取下限值，碎块飞散距离控制在10m以内，取上限值，碎块飞散距离可达20mk3—炸药换算系数。黑梯:0.9，2号硝铵:1.0，铵油:1.1；B—圆形容器内直径，矩形容器短边长,m。⑵能量公式

要求R＞2δ，1m≤R≤3m；圆形或正方形容器。容器断面形状为矩形，布多个药包，可用长与宽之比乘以k4=0.85~1.0的结构调整系数；大容器，布置多个药包，上式再乘以药包调整系数k5，k5=1.05~1.35，药包数量越多，系数越大(3)冲量准则公式—与材质、破碎程度有关的系数，kg/m3—非圆容器的等效半径(m)—非圆容器的等效壁厚（m）K材质砖砼钢筋砼钢筋砼钢筋砼系数K1～32～434～68～10破碎程度碎而不飞飞石少，距离4～6m飞石距离小于20mk系数(p137表7-6)(3)冲量准则公式非圆容器的等效半径

非圆容器的等效壁厚SR——

容器内空腔横截面积，m2Sδ——容器壁横截面积，m2。冲量准则公式上式计算结果对于δ/R值为0.1左右时，效果较好，而对于厚壁容器则需增加一个调整系数k1（见表7-7）才能获得较理想破碎效果。δ/R0.100.20.40.60.81.0k11.0

1.109

1.2331.369

1.514

1.667

有人总结了水压爆破的几个药量计算公式，提出如下计算公式为：

并指出公式中的指数，m+n=3。药量计算通式2.2药包数量小体积的圆形、方形断面容器：在容器中心布一个药包，使爆破容器四壁承受均匀的荷载，从而达到良好的爆破效果。大体积容器直径大于高度的大型容器，可单层布药，对称布置多个集中药包。高度和直径/宽度尺寸均较大的大体积容器：多层布药，每层多个药包大体积容器2.3药包位置的确定

药包布设的位置恰当与否，将直接影响到水压爆破的效果。药包位置的确定主要取决于容器式构筑物的形状、大小和介质强度。药包布置的内容主要有：小容器单个药包：药包入水深度、药包平面位置小直径高容器多药包：竖向多层布药间距大直径矮容器多药包：药包平面布置、到容器壁的距离、药包间距大直径高容器多药包：药包层间距、每层药包布置偏炸药包布置2.2.1入水深度的确定

Ho

—

药包入水深度，m；

Hw—

容器注水深度，m。对于单个药包布药，炸药包一般放在水面以下2／3的水深处：h=（0.6~0.7）Hw方形容器圆形容器最小入水深度hmim

hmim≥Q1/3

Hmim＞0.4mhmim≥(0.7～1.0)Rw

h=（0.8～1.2）Rw

小容器单个药包竖向多层布药药包位置当H≥2.8Rw，竖向多层布药，以获得均匀的破碎效果。h1≥1.375Rwh2=1.75Rwh2=(1.5～2)Rw小直径高容器多药包2.2.2药包平面布置

(1)对于对于体积不大的圆形和正方形容器式建筑物，尽可能采用集中药包方案，并应放置在横断面的几何中心处。小容器单个药包2.2.2药包平面布置

(2)矩形容器，长宽比大于1.4时，可布置2个或2个以上的药包，使容器受到均匀的破碎作用。药包间距：a=1.3~1.4Rw大型容器布药

大直径矮容器多药包高度H小于1.5R布单层药包D≥1.2H布置多层药包、每层又布多个药包。每层内药包间距和药包层间距

a=1.3~1.4Rw每个药包药量按7-6式

进行计算容器的中间布置补充能量的药包特大型容器布药偏炸布药

x——偏炸距离，m；R——药包中心至侧壁的距离，m；δ——容器的厚度，m公式推导如图所示,药包布置在非等厚的容器内，偏炸药包距容器左右壁距离不同。根据水压爆破冲量准则公式得到：………[1]因为是同一个药包所以有：因为左右壁破碎效果相同所以有：根据偏炸布药又知：代入1式得：整理上式得：长方形不同壁厚容器总装药分成两个大小不同的药包，两药包等距分布，大药包在厚壁侧。偏差药包药量3水压爆破施工技术

虽然水压爆破与钻孔爆破相比具有许多优点，但也有其特定的使用条件和安全注意事项，在爆破施工时应引起足够重视，才能安全高效地完成水压爆破施工。构筑物开口的封闭处理起爆网路炸药的选择药包固定方式开挖明沟贮水渲泄的处理飞石、水患、振动、挤压3水压爆破施工技术1构筑物开口的封闭处理

在向容器类构筑物内注水前，必须封闭出入口、射击孔和门窗等开口，做到不渗水，并使封闭材料具有足够的强度。封闭处理方法。薄壁容器，小直径开口，用钢板锚固在构筑物壁面上，并用橡皮圈作垫层以防止漏水；厚壁容器，大尺寸开口，浆砌筑砖石、可浇灌混凝土或用木板夹填粘土夯实。封闭部位是容器结构物中的薄弱环节，不管采用哪种封闭方法，都要使其强度接近容器壁，否则爆破时堵口材料可能飞出较远距离。开口的封闭处理2起爆网路采用电雷管、导爆管雷管起爆网路均可为提高水压爆破起爆的安全可靠性，每个药包放2发或多发雷管，或用复式爆破网路。网路联接应注意避免在水中出现接头，塑料导爆管内切勿进入水滴或杂物，以免拒爆。3炸药的选择

首选梯恩梯、水胶、乳化油炸药。普通岩石销铵炸药要采取防水措施。4药包固定方式药包在容器中固定方式：悬挂式、支架式，但药包容重大于1。5结构体非爆除部分保护方法

对结构体非爆除部分，以及对不爆除，但与爆破体有联结的结构部分，应事先将其与爆破部分切割，以免爆破时产生破坏。对同一容器状构筑物的保留部分（底部），与爆破段交界处预裂或者预加金属箍圈予以保留以防破坏。6爆破体底面基础的处理

底部基础不要求爆除，允许局部破坏：按一般水压爆破进行布药对于特别厚或特别坚固的底板，可在底板上事先钻孔装药，与容器壁的水压爆破同网起爆。底部基础要求爆除时，破碎效果一般不佳。通常加大用药量20％~50％，并将药包位置向下放。在加大用药量时，一定要对爆破振动、飞石等进行安全校核后确定。特厚或特坚固的底板，在底板上事先钻孔装药，与容器壁的水压爆破同网起爆。7半理式或全埋式容器挖出自由面

水压爆破拆除容器，必须具备良好的自由面。对半理式或全埋式容器进行水压爆破前，要将其四周的自由面开挖出来，否则将严重影响到爆破效果，并使爆破地震效应加剧。为降低容器膨胀破碎中对周围地层所产生的挤压影响，也需要在爆破体外侧开挖明沟。在开挖出自由面的侧沟内，不应该充水。8严防水柱上冲

采用开口式水压爆破时，水柱上冲高度较大，有时可高达20多米。如爆体上空有高压电线时，必须在爆破前安排临时停电。必要时在水面上作些防护处理，但要防止防护物被水柱冲起。

9贮水渲泄的处理

炸药起爆后，在容器被破碎的同时，容器内的水立即向外涌出。这部分水流具有一定的势能和动量，水流速度和流量都较大。特别是一些位于地表以上的高大容器，巨大的水流会迅速向四周排泄，如不作好防护，将会产生水患，对周围的建/构筑物或地面设施造成损失。因此，水压控制爆破施工中，要设计一个良好的泄水环境。还要防止水流裹挟的爆渣充入下水道，造成堵塞。10水压爆破的安全问题

水压爆破时可能出现的安全问题除水患外还有：飞石、振动、容器膨胀对地层的挤压作用。飞石：认真地校核药量和严格控制单位耗药量；对爆破体覆盖防护；设置围挡防护。10水压爆破的安全问题振动：水压爆破一次齐爆的炸药量较大，其爆破振动效应较之相同药量的钻孔爆破要强烈，而且地震波衰减慢，频率低，持续时间长和传播距离远。因此，对半埋式全埋式容器水压爆破产生的振动效应必须予以足够重视。根据药包距离周围建筑物所允许承受的振动强度来校核一次起爆的最大安全炸药量。若不能满足安全要求，对于多个集中药包采用微差爆破，或在拟拆除容器周围开挖减振沟。水压爆破在其他方面的应用第四节水压控制爆破工程实例

1工程概况水压爆破法拆除一钢筋混凝土水池。水池东距二层砖结构居民楼15m;南距餐馆12m，其它方位25m内无需保护的重要建筑物。爆区环境

水池结构尺寸水池壁为钢筋砼。水池内壁4边长均为6m，净高内壁为2.5m，容器的容积90m3。壁厚、顶盖厚0.18m，底厚0.15m爆破技术设计

药包数量确定

如果采用一个药包，由于水池净高为2.5m，药包入水深度为1.5m，药包到侧壁的距离为3.0m，侧墙破碎效果变差，故决定采用4+1个药包的布药方式H＜1.5R=1.5×3=4.5M

单层药包2.2药包位置确定

药包入水深度：h=2/3×2.5=1.67m药包到顶盖的距离：h=1.5m药包到底板的距离：h=1.0m药包距测墙的距离：Rw=1.6m两相临药包间距：a=1.75Rw=2.8m实践证明：