1.工程背景
黄河某段开河期间进行爆炸破冰综合试验。黄河凌汛灾害易发,容易形成冰塞及冰坝,一旦形成冰塞或冰坝,危害面积广,将造成严重的生命及财产损失。
2.选取破冰方案
对于黄河冰凌的爆破方法,通常有以下几种:
(1)为保护水工建筑物,在桥墩、堤坝等周围冰层上,进行人工裸露爆破,阻止冰层膨胀压力形成的损害。
(2)出动民兵,人工往冰凌上面抛掷炸药包进行爆破破碎。
(3)出现卡冰结坝时,空军飞机投弹轰炸冰坝,这是目前凌坝爆破的主要手段。
(4)使用迫击炮破冰,这种方法由于普通炮弹药量小、弹皮厚,破冰范围不大。
采用飞机投弹破冰方法,在黄河防凌抢险中发挥了积极作用,但航空炸弹的弹片不仅严重威胁周边环境及附近水利电力设施安全,若用重磅炸弹所产生的强大爆炸力还会严重损坏河床,改变河道,引起岸堤滑坡。空中投弹破冰排凌,只能在卡冰结坝后进行,而不能在凌坝形成初期施爆,常常受到风向等气候条件和地面地形条件的限制。这样一旦抢险不及时,就很容易在短时间内造成水灾;而且飞机投弹方法成本相当高。
综合比较分析上述破冰的方法,又根据以往炸药爆破冰凌的经验,有以下总结:①在凌坝形成阶段着手进行施爆,让凌坝处充足的水流冲走破碎的冰块;②用群药包同时起爆要比等量的单个炸药包起爆更有效;③药包设在水下起爆要比冰面起爆的破冰效果更为明显。从长远、安全和经济实用的观点出发,确定采用冰下药包爆炸破冰的方法。
3.药包施工工艺
采用直径分别为140 mm和180 mm的2#岩石乳化炸药药卷,在现场加工成不同尺寸、不同重量的集中药包。药包分别为8 kg、10 kg、12 kg,采用冰下水中爆炸破冰方法。先使用内燃螺旋钻机或小型钻机平台在冰上预先钻孔(直径200~250 mm),然后将集中药包按照设计放入冰下不同入水深度并将绳索置于洞口,最后采用导爆索引爆,如图4-21所示。
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图4-21 集中药包水中吊挂示意图
爆炸破冰在冰上和水中作业,必须采用防水起爆器材,孔内、孔间采用导爆索,排间采用导爆管雷管。
4.爆炸破冰参数计算公式
冰下药包爆炸破冰参数较多,计算复杂,本书只对药量、破冰体积、孔距与排距的参数设计做简要介绍。
(1)最佳入水深度处破冰体积与药量的关系。破冰体积为最大值时的入水深度为最佳入水深度。根据经验公式,当相关系数γ=0.92时,得到药包在最佳入水深度处爆炸破冰体积与药量的关系:
式中,V为破冰体积,m3;Q为炸药药量,2#岩石乳化炸药,kg。
(2)大面积破冰孔距、排距为
式中,a为孔距,m;b为排距,m;rp为冰破裂漏斗半径,m。
5.爆炸破冰注意事项
对于冰下爆破,由于环境比陆地要复杂得多,因此施工的工艺相应也比较复杂。首先必须使用抗冻的防水爆破器材,采用乳化炸药,使用导爆索起爆,它们在-20℃以下仍然可以保证爆破效果。其次装药方法必须考虑到水的浮力和药包悬挂等问题。另外,药包的安置方法与在水中的定位方法也需要考虑。
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