Strategien und technische Methoden zur Verbesserung von Unterwasser-Bohr- und Sprengvorgängen

Verschiedene theoretische und technische Maßnahmen zur Verbesserung von Unterwasserbohrungen und -sprengungen

1 Einleitung

Es ist bekannt, dass Unterwasser-Bohr- und Sprengprojekte schwieriger zu realisieren sind, da sich während der Bauarbeiten eine Wasserschicht unter der Wasseroberfläche befindet, die eine direkte Beobachtung der Felsoberflächenstruktur, Karstrisse und anderer struktureller Bedingungen sowie der Sprengwirkungen unmöglich macht. Die ungünstigen Strömungsverhältnisse durch Stromschnellen, Querströmungen und Wirbel im Wasserbereich sowie der Schlamm und Kies, der die Felsoberfläche bedeckt, erschweren das Unterwasser-Bohr- und Sprengprojekt zusätzlich.

Die Sprengung von Sprengstoffen ist ein chemisches Reaktionsphänomen mit hoher Geschwindigkeit. Die Detonationsgeschwindigkeit ziviler Sprengstoffe kann 3500–5000 m/s erreichen und geht mit der Entstehung erheblicher Belastungen wie Luft-, Wasser- und Erdbebenwellen einher. Diese Belastungen können die Sicherheit von Menschen, Tieren, Schiffen und Gebäuden in der Nähe des Explosionsortes gefährden und schädigen. Dem muss besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Sprengstoffe weisen bei der Explosion im Gestein zwei Hauptmerkmale auf. Erstens: Bei der Explosion im Gestein des Bohrlochs entstehen hohe Temperaturen, hoher Druck und eine hohe Sprengkraft, die in Richtung der minimalen Widerstandslinie des Explosionspunkts ausgestoßen wird. Dieses Merkmal bildet die wichtigste theoretische Grundlage für die Berechnung der Sprengstoffmenge und der Sprengrichtung. Zweitens: Bei der Explosion im Gestein entstehen Druck-, Brech-, Lockerungs- und Vibrationskreise von innen nach außen. Dies bildet die theoretische Grundlage für die Berechnung der in den Sprenglöchern verwendeten Sprengstoffmenge, der Abstände zwischen den Sprenglöchern und der Reihenabstände.

2 Richtige Auswahl verschiedener Parameter im Zusammenhang mit der Berechnung der Sprengstoffmenge in den Sprenglöchern bei Unterwasserbohrungen und Riffsprengprojekten

Seit den 1970er Jahren werden in China Imlochbohranlagen aus dem Ausland für Unterwasserbohrungen und Riffsprengungen eingesetzt. Da der Impaktor (Kombination aus Schlaghammer und Bohrer) der Imlochbohranlage stets an der Oberfläche und im Gestein platziert wird, ist der Verlust an Aufprallenergie sehr gering und die Schlagbohrwirkung sehr hoch. Daher hat sich das Unterwasserbohren und -sprengen zur wichtigsten und effizientesten Baumethode für Unterwasser-Riffsprengprojekte in Wasserstraßen entwickelt.

In den Technischen Spezifikationen für die Wassertransporttechnik lautet die Berechnungsformel für die Sprenglochbelastung:

Die Ladung der ersten Reihe von Sprenglöchern beträgt Q=0,9baH.

Die Ladung der hinteren Reihe der Sprenglöcher beträgt Q=q.baH.

In der obigen Formel:

Q----Sprenglochladung (kg);

a----Sprenglochabstand (m);

b----Sprenglochreihenabstand (m);

H. ----Geplante Dicke der Aushubfelsschicht, einschließlich der Dicke des berechneten Supertiefenwerts (m);

q. ----Der Sprengstoffverbrauch (kg/m3) der Unterwasser-Riffsprengeinheit ist ein Erfahrungswert. Zur Auswahl siehe Tabelle 2.3.2 der Technischen Spezifikationen für die Wassertransporttechnik.

Die Berechnungsformel für die Sprenglochladung basiert im Wesentlichen auf der Menge des nach der Sprengung anfallenden Schottermaterials (einschließlich der Berechnung des extrem tiefen Schottermaterials), dem Sprengstoffverbrauch pro Einheit und dem empirischen Koeffizienten. Die Berechnungsformel ist einfach und verständlich. Um jedoch die Sprenglochladung an die tatsächliche Situation anzupassen und zu vermeiden, dass sich im Sprengbereich aufgrund der Sprenglochladung Steinreste und Steinwälle bilden, die Steine ​​nach der Sprengung zu grob sind, was die Effizienz des Aushubs und der Schlackenentfernung beeinträchtigt, oder die Steine ​​zu stark zerkleinert werden, was die Kosten des Sprengstoffverbrauchs erhöht, müssen die folgenden relevanten Parameter richtig ausgewählt werden.

2.1 Sprenglochlänge L. Parameter

In den Spezifikationen muss die Bodenhöhe von Unterwasserbohrungen der Bodenhöhe derselben Bohrlochreihe entsprechen und die Sprenglänge muss 2/3 bis 4/5 der Bohrlochtiefe betragen. Für weiches Gestein wird der kleinere Wert verwendet, für hartes Gestein der größere. Entscheidend ist, ob die berechnete Sprenglochladung die Parameteranforderung erfüllt, dass die Sprenglochlänge 2/3 bis 4/5 der Bohrlochtiefe beträgt. In der Praxis von Unterwasser-Riffsprengungen ist die Sprenglochladungslänge oft größer als die geforderte 2/3 bis 4/5 der Bohrlochtiefe, weil der Bohrlochdurchmesser zu klein ist oder das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des liniengeladenen Sprengstoffs und dem Bohrlochdurchmesser kleiner als 0,80 ist. Das bedeutet, dass nach der Sprenglochladung nicht mehr genügend Platz für die Stopflänge vorhanden ist und die berechnete Sprenglochtiefe selbst nicht ausreicht. Wenn die Sprenglochladung zu lang ist, verbleiben im Sprengbereich häufig Steinreste und Steingrate, was zu einer unvollständigen Sprengung führt. Um diese Probleme zu beheben, können Sie vor allem den Durchmesser des Sprenglochs entsprechend vergrößern oder die Qualität der Sprengloch-Ladungsrollenverpackung verbessern, die Dicke des außen an der Rolle befestigten Bambus reduzieren oder Hartplastikröhren als Rollenverpackung verwenden, um den Durchmesser der Ladungsverpackung effektiv zu vergrößern. Verwenden Sie einen Durchmesser der Ladungsverpackung von ≥ 0,8 des Sprenglochdurchmessers.

2.2 Parameter der Sprenglochüberbohrtiefe h

Die Sprenglochüberbohrtiefe bezeichnet die Überbohrtiefe unterhalb der Mächtigkeit des geplanten Aushubgesteins, einschließlich der berechneten Übertiefe (0,2 m bei Freilandbohrungen und 0,4 m bei Unterwasserbohrungen). Sie wird ermittelt, indem die geplante Sprengtrichtergröße anhand empirischer Koeffizienten aus Sprenglochdurchmesser, -abstand, -reihenabstand und Sprengladung bestimmt wird. Der in der Spezifikation " festgelegte Überbohrtiefenwert h wird als Parameter zwischen 1,0 und 1,5 m gewählt. Dieser Parameter hat sowohl eine theoretische Grundlage als auch empirische Faktoren. In der Baupraxis tritt jedoch bei der Sprenglochladungslänge L ein Wert auf, der 2/3 bis 4/5 des Bohrlochdurchmessers übersteigt und daher in der Regel eine unzureichende Sprengwirkung aufweist. Um diesen Widerspruch zu lösen, gab es Versuche, die Überbohrtiefe auf 2,0 bis 2,2 oder sogar 3 bis 4 m zu erhöhen, sodass die Bohrlochladung die Überbohrtiefe blind vergrößert. Die Praxis hat gezeigt, dass nicht nur das Bodengestein zu stark zerkleinert ist, sondern dass auch die Felsblöcke an der Oberfläche zu groß sind, was den Aushub und die Schlackenentfernung erschwert und oft sogar Nachsprengungen erforderlich macht, was zu einem erheblichen Anstieg des Sprengstoffverbrauchs und der technischen Kosten für Unterwasser-Riffsprengungen führt.

2.3 Anpassung des Sprengstoffverbrauchs und von Parametern wie Sprenglochabstand und Reihenabstand bei Unterwasser-Riffsprengungen

Aufgrund der komplexen geologischen und topografischen Faktoren wie Härte, Schichtung, Textur, Risse im geschmolzenen Gestein, Wassertiefe usw. von Unterwassergestein ist die zuverlässigste und grundlegendste Maßnahme zur Erzielung eines hohen Nutzens bei Sprengprojekten an Unterwasserriffen: Vor groß angelegten Spreng- und Aushubarbeiten oder in der frühen Bauphase Bohr- und Sprengtests sowie Aushub- und Schlackenentfernungstests auf einer kleinen Fläche (100–600 Quadratmeter) von Gesteinsschichten durchführen, um die tatsächliche Wirkung nach der Sprengung rechtzeitig zu überprüfen. Bei ungünstigen Bedingungen wie zu grober Gesteinsschlacke nach der Sprengung, geringer Effizienz des maschinellen Aushubs und der Schlackenentfernung, unvollständigem Sprengen von verbleibenden Gesteinsplatten und Steingraten, übermäßigem Zerkleinern der Gesteinsschlacke nach der Sprengung und übermäßigem Sprengstoffverbrauch pro Einheit müssen Abstand, Reihenabstand, Überbohrtiefe und Sprengstoffverbrauch pro Einheit der Sprenglöcher entsprechend der tatsächlichen Situation angemessen angepasst werden, bis ein guter Nutzen nach der Sprengung erzielt wird.

3 Verschiedene technische Maßnahmen zur Verbesserung der tatsächlichen Wirkung der Unterwasser-Riffsprengung

3.1 Bohrpositionierung

Im geplanten Kanal für Unterwasser-Riffsprengungen ist die genaue Positionierung jedes Sprenglochs eine grundlegende Maßnahme, um Fehl- oder Mehrfachsprengungen zu vermeiden. Erfahrungsgemäß empfiehlt sich die Verwendung einer topografischen Kanalkarte im Maßstab 1/100–1/300 und einer Totalstation zur Positionierung und Planung der Bohrung. Die Verwendung einer Wasserwaage oder eines Maßbandes zur Entfernungsmessung ist nicht geeignet. Stellen Sie sicher, dass das Sprengloch mindestens 0,2 m von der geplanten Position entfernt ist. Befindet sich das Sprengloch in einer ungünstigen geologischen Lage, beispielsweise in einer Karstschlucht, und ist eine Bohrung nicht möglich, sollte an einer geeigneten Stelle in der Nähe der geplanten Bohrstelle gebohrt werden.

3.2 Maßnahmen zur Minimierung der Anzahl der Sprengungen

Bei groß angelegten Bohr- und Sprengprojekten beeinträchtigen die Risse im Randgestein nach jedem Bohr- und Sprengvorgang die Bohrleistung und die Schlackenentfernungseffizienz in unterschiedlichem Maße. Beispielsweise war beim Bohren und Sprengen von zwei Pfeilerfundamentsteinen mit jeweils mehreren zehn Quadratmetern an einem bestimmten Dock die Bohr- und Aushubleistung aufgrund der unsachgemäßen Maßnahmen, bei denen für mehrschichtige Sprengungen auf einer kleinen Fläche jeweils ein bis zwei Löcher gebohrt wurden, extrem niedrig. Dadurch waren Bauzeit und -kosten mehr als doppelt so hoch wie geplant. Daher sind verstärkte Lade- und Drahtsprengungen und die Minimierung der Anzahl der Sprengungen bei großflächigen Sprengungen wirksame Maßnahmen zur Verbesserung der Arbeitseffizienz.

3.3 Maßnahmen zur Verbesserung der Trefferquote bei Großsprengungen

3.3.1 Um das Auftreten von Blindsprengungen von Sprenglochpaketen aufgrund von Problemen mit der quantitativen Detonation von Zündern und Leitungsverbindungen zu verhindern, hat sich in der Praxis gezeigt, dass zusätzlich zur strengen Überprüfung der quantitativen Detonation von Zündern und Stromübertragungsleitungen vor der Sprengung der Abstand zwischen den Ladungspaketen jedes Sprenglochs mit mindestens zwei detonierenden Sprengschnüren beladen wird. Dies ist eine der wirksamsten Maßnahmen zur Verbesserung der Genauigkeitsrate von Unterwasserriffsprengungen.

3.3.2 Vor jeder Sprengung eines großen Gebiets und mehrerer Bohrlöcher muss ein Sprengnetzentwurf erstellt werden. Bei der Netzwerkplanung müssen die Materialien der Bohrlochzünder und -leitungen, die Leitungsverbindungsmethode und die Wasserdichtigkeit des Sprengstoffpakets berücksichtigt werden. Zur rechtzeitigen Optimierung des Netzwerkentwurfs ist ein Sprengsimulationstest durchzuführen. Derzeit werden bei der Sprengung eines Netzwerks mit mehreren Bohrlöchern üblicherweise mehrere Kunststoffzündschnüre parallel geschaltet und anschließend mit 8 elektrischen Zündern oder Schlagzündern zur Zündung gruppiert. Da mehrere Kunststoffzündschnüre parallel geschaltet sind, ist es schwierig, die Zuverlässigkeit der Zündung mit elektrischen Zündern zu gewährleisten und sicherzustellen, dass alle Zünder präzise zünden. Um die Genauigkeit zu verbessern, kann die Anzahl der elektrischen Zünder erhöht oder kleine Sprengstoffe zur Zündung hinzugefügt werden. Darüber hinaus werden im wichtigsten Sprengnetz Sprengschnüre direkt und zusätzlich durch Parallel- oder Reihenschaltung mehrerer Bohrlochgruppen zur Schlagzündung eingesetzt.

3.3.3 Platzieren Sie auf der Wasseroberfläche des Sprenggebiets mit komplexen Strömungsmustern die Sprengnetzleitung auf der Wasseroberfläche mehrerer Bojen, um den Netzanschluss und die Inspektion zu erleichtern und zu verhindern, dass die Leitung durch die schnelle Strömung getrennt wird und nicht explodiert.

3.4 Maßnahmen zum Einsatz der Mikrodifferenzstrahltechnik

Die Mikrodifferenz-Sprengtechnologie mit Millisekundenverzögerung zum Laden des Sprenglochs verringert nicht nur die Sprengstoffmenge im größten Abschnitt (Schuss) so weit wie möglich, um die Gefahr seismischer Wellen und Wasserschläge für die Sicherheit nahe gelegener Gebäude und Schiffe wirksam zu verringern. Wenn in jedem großen Bereich mit mehreren Löchern eine Mikrodifferenz-Verzögerungssprengung durchgeführt wird, werden die durch die Sprengung jedes Sprenglochs erzeugten seismischen Wellen auch gestaffelt, um die Überlagerung seismischer Spannungen zu verringern, was das Zerkleinern von Gestein fördert und die Effizienz der mechanischen Schlackenentfernung verbessert.

4 Fazit

Unterwasser-Riffsprengungen sind ein spezielles Wassertransportprojekt mit großem technischen Aufwand. Während der Bauphase ist die strikte und genaue Umsetzung der technischen Spezifikationen für Wassertransporttechnik eine wichtige Garantie für eine qualitativ hochwertige und effiziente Projektplanung. Durch die konkrete Anwendung der verschiedenen Berechnungsparameter und technischen Maßnahmen in den Spezifikationen, kleinmaßstäbliche Tests vor Baubeginn oder die kontinuierliche Überprüfung und Korrektur in der Baupraxis entsprechend den unterschiedlichen Bedingungen wie Ingenieurgeologie und Wasserverhältnissen vor Ort können wertvolle Parameter und technische Maßnahmen gewonnen werden.