潮汐条件下浅海沉船爆破清障实践.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 1 6 年9 月 爆破 B L A S T D 叮G V 0 1 ．3 3N o ．3 S e p ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 3 ．0 2 1 潮汐条件下浅海沉船爆破清障实践 王辛，张少光，王从银 中国人民解放军工程兵学院，徐州2 2 1 0 0 4 摘要针对潮汐条件下浅海沉船爆破清障面临的特殊情况，在使用梯恩梯炸药实施水下集团装药非接触 爆破的方案基础上，重点分析了浅海潮汐条件对装药设置、参数选择和安全防护等方面的影响和特殊要求， 并结合当地海况获取了导爆索、电雷管等火工品的防水测试数据，改善了防水工艺。同时采取电爆网路与导 爆索簇联网路相结合的方案，有效提高了起爆网路的可靠性与安全性。防水设计与加固措施简便有效，为潮 汐条件下的浅海沉船爆破清障提供了设计参考和经验数据。 关键词潮汐；水下；沉船爆破；非接触装药 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 6 0 3 0 1 1 0 一0 4 E x p l o s i o nD e m o l i t i o no fS e a s i d eS u n k e nS h i pu n d e rT i d e w a t e r W A N GX d n ，Z H A N GS h a o g u a n g ．W A N GC o n g - y i n P L AI n s t i t u t eo fE n g i n e e rC o r p s ，X u z h o u2 210 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h es p e c i a lc a s et ot h ee x p l o s i o nd e m o l i t i o no fs e a s i d es u n k e ns h i pu n d e rt i d e w a t e r ，t h e s c h e m eb yu s i n gT N Tg r o u pc h a r g e sa n dn o n - c o n t a c ts e t t i n g su n d e r w a t e rW a si n t r o d u c e d ．T h ei n f l u e n c e so fc h a r g e s e t t i n g ，p a r a m e t e rs e l e c t i o na n ds a f e t yp r o t e c t i o nw e r ec o n s i d e r e d ．W a t e r p r o o ft e s to fd e t o n a t i n gc o r da n de l e c t r i cd e t - o n a t o rw e r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h el o c a ls e ac o n d i t i o n s ，a n dt h ew a t e r p r o o fd a t aw a sa l s oc o l l e c t e d ．T h ed e s i g no f e l e c t r i cb l a s t i n gn e t w o r ka n dd e t o n a t i n gc o r dc l u s t e rn e t w o r ki m p r o v e dt h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo fp r i m i n gc i r c u i te f - f e c t i v e l y ，S Od i dt h ew a t e r p r o o fd e s i g na n dr e i n f o r c e m e n tm e a s u r e s ．D e s i g nr e f e r e n c ea n de x p e r i e n c ed a t ap r o v e dt ob e e f f e c t i v et ot h ed e m o l i t i o no fs e a s i d es u n k e ns h i pu n d e rt i d e w a t e r ． K e yw o r d s t i d e ；u n d e r w a t e r ；s u n k e ns h i pd e m o l i t i o n ；n o n - c o n t a c tc h a r g e 沉船水下爆破清障是目前水运航道清理工程面 临的常见问题。目前通用的技术手段，主要有分次 爆破逐步降高，搭建围堰抽水后进行钻孔爆破，以及 设置集团装药一次起爆等。由于沉船所在位置不 同，周边环境各异，施工条件所限等各种原因，往往 作业难度较大，且起爆网路的可靠性面临较大考验。 浅海潮汐动水下的沉船爆破是一种较为复杂的 爆破清障环境。由于潮汐周期性强，高潮位持续时 间有限，对爆破作业时间，特别是动水冲击条件下的 收稿日期2 0 1 6 一0 8 2 l 作者简介王辛 1 9 7 4 一 ，男，江苏丹阳人，工程兵学院地雷教研 室主任、副教授，主要从事地雷爆破技术与应用， E m a i l w a n g x i n l1 2 5 s i n a ．t o m 。 装药设置和线路接续带来极大考验。研究高效合理 的装药方案，采取可靠稳定的线路形式成为沉船爆 破清障的重难点问题‘m3 。 1工程概况 “诏安9 1 6 号”轮为4 0 T 钢筋混凝土散装货船， 因故沉没于福建诏安铁炉港附近海域。沉船所在位 置为港外高低潮线之间，水深1 ．7 3 ．5m 不等，流 速1 ．5 节左右，潮差8h ，平潮时间为4 5m i n ，水下能 见度为零，海底为砂质。高低潮线之间距离约 3 0m ，岸滩上距离船2 5 0m 和3 5 0m 处分别有砖结 构独立房屋，2 8 0m 外为铺装路面，车流量较少。海 面6 0 0m 外有航行船只。如图1 所示。 万方数据 第3 3 卷第3 期王辛，张少光，王从银潮汐条件下浅海沉船爆破清障实践 1 1 1 道路 j 冬1 1 d L 。f ] r ；J 占1 边I 小境，J ；总l 冬1 ‘社f 、 1 1 1 F i g ．1S u r r o u n d i n go ft h es u n k e ns h i p u n i t m 该船全长2 4m ，最大宽度5 ．3m ，总高3 ．5m 。船 内设2 7 道隔舱，沉海倾斜角度约1 0 。。隔舱结构与尺 寸见图2 和表l 。由于沉船地点为人港船只主要避风 水域，为保证该海域通航安全，需对该船实施水下爆 破清障，将沉船全部解体，并降高至安全标高。 ； ，／ ，，_ 一 18两～ 艇 6 6 9 1 2 1 5 五＼＼ t 4 7 1 0 1 31 61 9 2 2 2 6 2 5 ≮ 81 1 1 4 1 72 0 2 3／ ／ 、、、～’- ‘～ _ _ 一 图2 隔舱结构示意图 单位H I F i g ．2l a y o u to fd i ec a b i n u n i t m 表1 隔舱尺寸 T a b l e1S i z eo fi s o l a t e dc a b i n 隔舱编号深度／m 宽度／m隔舱编号深度／m 宽度／m 11 ．21 ．31 5 1 ．8 1 ．3 21 ．21 ．31 61 ．81 ．3 31 ．81 ．31 71 ．81 ．3 4 1 ．81 ．3 1 8 2 ．4 1 ．3 51 ．81 ．31 92 ．42 ．0 61 ．81 ．42 0 2 ．9 1 ．3 71 ．81 ．32 1 1 ．8 1 ．3 81 ．81 ．32 21 ．81 ．6 91 ．81 ．32 31 ．81 ．3 1 01 ．81 ．32 42 ．63 ．0 “1 ．81 ．32 52 ．63 ．0 1 21 ．81 ．32 62 ．53 ．0 1 31 ．81 ．32 71 ．23 ．5 1 41 ．81 ．3 2 爆破方案及参数设计 2 ．1 爆破方案 由于该水域距离岸上设施较远，实施爆破不会 危及岸港工程和水产养殖安全，因此可以允许一次 起爆较大药量。考虑到海上平潮时间短，水下钻爆 所需时间长，海上作业平台不易架设等实际情况，采 取设置水下外部装药实施爆破。由于对沉船解体后 的块度大小有要求，因此为减小隔舱对爆破效果的 影响，采取舱内设置，多点投送的方式进行装药。为 便于利用水层的缓冲隔离作用减少飞散，选择于高 潮位起爆。 2 ．2 参数设计 2 ．2 ．1 药量确定 单个药量的计算，按照水中非接触集团装药爆 破公式q K h h r 2 计算【1 ] 。式中q 为非接触爆破构 件的装药量，k g ；瓦为构件材料的破坏系数，k g ／m 3 ， 在只炸散钢筋混凝土时，空气中％取5 0 ，水中蚝取 3 5 ，本次爆破瓯取3 5 ；船体厚度h 取0 ．0 6m ；r 为破 坏半径，中央位置取2 ．6 5m ，两侧取1 ．5m 。代入计 算得中央隔舱单个装药量q 为1 4 ．7k g ，实际取为 1 5k g 。两侧隔舱单个装药量q 为4 ．7k g ，实际取为 5k g 。 2 ．2 ．2 装药设置 装药全部设置于舱内。其中，2 、7 、1 3 、1 6 、1 9 、 2 5 、2 6 号舱设置1 5k g 装药，3 、9 、1 1 、1 8 、2 0 、2 1 、2 3 、 2 7 号舱设置5k 装药，总装药量为1 4 5k g 。 受船面附属设施配置影响，每个隔舱舱盖位置 并非都位于隔舱中央上方，而是呈不规则散布，因此 需要根据舱盖实际位置进行调整，如图3 所示。 船头船尾 2 4 舱 1 8 舱 园L 囟赴园因 卧罂垴 因．产。蛔 因 区囚J园园 ● 2 5 舱 【冬l3 装药设置，J i 总l g 】 咩t f 矗I I I F i g 。3S e t t i n go f ’t h ec h a r g e ．- _ t m i t 1 1 1 2 ．2 ．3 起爆网路 为使潮汐条件下起爆网路有足够的水下耐受能 力，特别是克服拍岸浪对舱面线路的冲击影响，提高 网路可靠性，工程采用电爆网路与导爆索网路双网 路连接。为便于设置和检查，将船体分为三个区域。 1 8 号舱为l 号区域，9 ～2 3 号舱为2 号区域，2 4 2 7 号舱为3 号区域。 电起爆网路采用混联形式。每个药包使用2 发 电雷管串联，以增强起爆可靠性。每个区域内的药 包彼此串联。三个区域的串联网路最后以并联形式 接于起爆干线，形成电起爆混联网路。网路使用瞬 发电雷管，提前进行检测和筛选，选用同厂、同型号、 同批次雷管，且电阻值差控制在0 ．5 Q 以内。干、支 1lI引1』 万方数据 1 1 2 爆破 2 0 1 6 年9 月 线使用抗拉强度和耐磨性能较好的铜丝被覆线，选 用G B P 4 1 3 型军用起爆器进行起爆。 导爆索网路使用簇联形式。首先将药包之间彼 此连接成内部环圈，再将每个药包与外圈导爆索进 行连接。其中，内部环圈的连接于舱内进行，外圈导 爆索设置于舱面。当外圈导爆索引爆后，任一点均 能引入至内圈药包，任意内圈装药爆炸将使全部药 包引爆。出于防水考虑，网路内所有药包均采用导 爆索缠绕法引爆，导爆索接头部位则使用对勾结或 云雀结。如图4 所示。 ㈥4导爆索簇联网路示意图 F i g ．4 C l u s t e rl i n ko ft h ed e t o n a t i n gc o r d 3 施工工艺 3 ．1 爆破器材防水与加固 炸药本次爆破使用抗水性能良好的块状梯恩 梯炸药，按照各炸点药量要求提前进行捆扎。 导爆索由于导爆索的防潮性能只有浅深静水 指标，缺少海洋动水中的防水数据，因此提前一昼夜 进行导爆索防水试验，结果见表2 。导爆索末端经 涂抹黄油防水处理后，设置在海水下3m ，经历一个 涨潮周期 8h 后，除末端1 0c m 范围内性能不稳 定，其余部位均能正常使用。实际作业时，端部进行 防水处理并预留2 0c m 富余量。 电雷管防水试验表明，雷管口部防水处理与否 不影响起爆。支线与雷管脚线接续后包缠胶布，并 使用黄油防水处理，能够正常起爆，满足该工程需 要。试验结果见表3 。 表2 导爆索防水试验数据 T a b l e2W a t e r p r o o ft e s t i n gd a t ao fd e t o n a t i n gc o r d 注1 ．导爆索固定于开口桶中悬吊于水下3m 处，端部朝外露于水中。 2 ．试验时间8h 2 3 0 0 0 7 0 0 。 表3电雷管防水试验数据 T a b l e3 W a t e r p r o o ft e s t i n gd a t ao fe l e c t r i cd e t o n a t o r 注1 ．电雷管分别缠绕，导线末端闭合，固定于开口塑料桶中悬吊于水下3m 处。 2 ．试验时间8h 2 3 0 0 珈7 0 0 。 万方数据 第3 3 卷第3 期王辛，张少光，王从银潮汐条件下浅海沉船爆破清障实践 1 1 3 考虑到电起爆网路支线与部分导爆索网路需引 出舱外，为避免海浪条件下网路与舱E l 部位磨损，采 用包裹麻袋片进行防护。舱面网路保持1 0 ％松弛 度，并就近用扎带固定于舱面各桩脚等附属设施，或 设置长水泥钉进行固定。 3 ．2 装药投放 为便于药包投送的实施，于低潮位进行投放作 业。作业前，进行如下准备一是将沉船首尾进一步 进行锚定加固，防止风浪和潮汐条件下船只倾斜或 移位。二是将药包提前按照要求制作完毕并进行防 水处理。 作业时，人员携带药包乘坐动力舟至沉船附近， 首先将舟与沉船连接固定，人员下水后迅速按照编 组将药包设置于各隔舱内，迅速进行固定并连接舱 内网路。当各网路均引出舱外后，留少数人员进行 网路架设。设置时按照导爆索内圈网路、导爆索外 圈网路、电起爆各区域支线串联网路、电起爆干线连 接的顺序进行，同时安排专人检查网路可靠性。设 置完毕后，对舱面网路进行捆扎固定，并按要求进行 网路导通与测量。 4 爆破安全 4 ．1 爆破振动 由于目前浅水裸露装药爆破尚无统一公式，本 工程按照国家爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 1 4 ， 一上 按式R f 百K1 。Q 进行计算，同时参考爆炸法处 、7 ， 理水下地基和基础技术规程J ，介质系数K 取为 5 5 0 ，爆破振动衰减指数O t 取1 ．8 5 。质点允许振速y 取2c m ／s 。经计算，爆破振动安全允许距离为 1 0 9 ．4m ，能够确保2 5 0m 外独立房屋安全。 4 ．2 水中冲击波 水下爆炸冲击波对附近水面船只可能造成影 ，p ．士 响。按照公式R f 导1 即Q 计算㈨。式中P m 为 、／- - m ／ 船只许受冲击波压力极限，航行船只为1M P a ，工程 船为2M P a ；C 。为水中冲击波峰值压力系数，当炸药 为T N T 时，C ，取为5 3 ．3M P a 。衰减系数尾取1 ．1 3 。 算得对工程船只安全距离为9 5 ．9 7m ，对航行船只 安全距离为1 9 1 ．9 4m 。因此，海面6 0 0m 外的航行 船只能够确保安全。 4 ．3 个别飞散物 受水层的缓冲隔离作用，6m 水深时一般不考 虑飞散影响。由于该沉船爆破清障作业选择在高潮 位起爆，水面覆盖深度约为3m ，参照爆破安全规 程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 1 4 ，按照地面裸露药包条件，个别 飞散最小距离为4 0 0m 。因此，对较近距离内的两 座独立房屋进行了覆盖遮挡防护。爆破后沉船碎块 实际飞散距离约为2 0 0m ，周边房屋未受影响。 5 结论 起爆后，在4 8 0m 外点火站处有轻微震感，无显 著噪音。水柱上冲约6 0m 高，短暂浪涌冲上海滩， 个别海鱼被震晕浮上水面。沉船完全解体，原沉船 位形成大坑，钢筋网剥落，最大个别碎块0 ．8m 0 ．3m ，达到清障要求。 根据施工过程中的体会，得出如下几点结论 1 采用爆破法进行水下沉船清障，速度快、效 果好，尤其在打捞船无法进入的浅水海域，具有独特 优势。施工过程要充分考虑潮汐情况对沉船造成的 位移影响，以及拍岸浪对船面起爆线路的冲击影响， 要采取有效的固定防护措施。 2 结合沉船地点水文条件，提前进行爆破器 材的防水试验，以便确定防水措施。电起爆混联网 路需要对各支路电阻进行测量和配平，以确保各支 路电流强度尽可能平衡，避免早爆和拒爆。 3 施工利用低潮浅水位迅速进行药包装置作 业，在高潮深水位时起爆，提高爆破防护效果。作业 组织要严密有序，作业人员要严谨细致，确保质量， 并注意人身安全。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]张少光，王从银，王辛．废弃沉船群水下爆破实践 [ J ] ．爆破，2 0 1 3 ，3 0 4 1 1 3 一1 1 5 ． [ 1 ] Z H A N GS h a o - 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