Page 131 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 贾永胜，等： 水下钻孔爆破孔底复合垫层装药结构的损伤控制模型 第 11 期

blast-induced damage by significantly inhibiting macroscopic crack propagation, reducing surface crack density, and
decreasing the axial penetration depth of cracks into the rock mass. Detailed analysis of axial damage reveals a clear trend,
showing that the reduction in DI becomes more pronounced as the wave impedance of the cushion material increases.
Specifically, within the borehole-affected zone (0–12 cm), the maximum achievable reduction in DI reaches 10.70%. At the
bottom measurement point, reductions exceeding 90% are observed for the higher-impedance cushion configurations. In
conclusion, this work confirms that employing a composite cushion charging structure in underwater drilling and blasting
operations can significantly alleviate blast-induced damage to foundational bedrock. The findings also establish that axial
damage to the rock mass can be effectively controlled by adjusting the wave impedance of the iron-sand concrete in the
cushion layer. These outcomes offer valuable insights for optimizing blasting design and enhancing damage control in marine
engineering projects.
Keywords: underwater drilling blasting; composite cushion at the bottom of the hole; blasting model test; damage control

近年来，水下钻孔爆破技术在海洋工程建设、石油与天然气勘探、水下开采、结构拆除、疏浚与挖
掘、地震勘探、海洋科学研究及水下基坑开挖等领域得到了广泛应用 [1-3] 。随着精细爆破技术的持续推
进，根据具体工程要求和现场地质条件优化爆破孔网参数并调整装药结构已成为当前研究的重点。基
岩爆破开挖作为水下基础工程施工中的关键环节，不仅要求高效破碎岩体，还需最大限度减少保留岩体
的损伤。在复杂海洋环境中，水下钻孔爆破技术虽能高效破除坚硬岩层，但爆破过程中产生的冲击波、
振动及爆炸应力波可能对保留基岩造成不可逆的损伤 [4-5] 。因此，有效控制基岩爆破损伤已成为跨海大
桥等水工建筑物基础开挖中亟待解决的核心问题与技术挑战。
近年来，学者们致力于在提高爆破破碎效果的同时控制爆破损伤。目前，预裂爆破和光面爆破是常
用于轮廓开挖的控制技术，可有效保护围岩。叶海旺等 [6] 针对白鹤滩水电站地下厂房的爆破开挖，提出
了时序控制预裂爆破的方法，研究表明，该方法可减少药量、减轻岩体损伤。许国庆等 [7] 在硐室开挖光
面爆破中提出了新型弧形聚能爆破装置，可使能量更集中于聚能方向，更利于初始裂缝的形成，降低损
伤。傅师贵等 [8] 系统研究了地应力对切缝装药的影响，发现周边孔采用切缝装药和合理的起爆顺序，可
以提高岩体破碎质量，并降低围岩损伤，保障岩体的稳定。卢文波等 [9] 和胡浩然等 [10] 分别提出了聚-消
能结构和复合消能爆破技术以控制水平建基面的超欠挖，进而控制基岩损伤。上述研究主要针对地面
爆破围岩的损伤控制，而水下爆破方法虽与地面爆破相似，但由于水下空间环境复杂、操作难度高，面临
独特挑战 [11] 。在水下爆破开挖方面，万佳伟等 [12] 研究了不同药量下减振孔、水耦合减振孔及空气耦合减
振孔，结果表明，减振孔可以有效降低爆破振动的速度峰值。李腾飞等 [13] 对比了复合消能结构、加入柔
性垫层以及传统装药结构 3 种爆破技术，发现在相同条件下，采用复合消能爆破技术可有效降低基岩损
伤。王劼耘等 [14] 研究了水下多点双向聚能装药劈裂技术以实现水下边界的快速爆破开挖，水下聚能控
界爆破方法可为危害控制和精准边界爆破提供参考。胡克琛等 [15] 提出了基于空气耦合的水下减振孔减
振方法以控制水下钻孔爆破引起的爆破振动，该方法可以有效降低涉水建（构）筑物的爆破振动峰值和
主频。吴亮等 [16] 设计了不同抵抗线参数的水下台阶钻爆试验，并采用 Fluent-EDEM 耦合方法进行模拟，
揭示了水下台阶爆破块度不均匀性与抵抗线参数之间的非线性关系。
Wu 等 [17] 设计了水下混凝土台座爆破的模型实验，观察和评估了爆破块体的运动，并基于 Fluent 和
工程离散元方法耦合程序进行了数值模拟，系统研究了水下爆破的岩石破碎和堆积效果。Liu 等 [18] 通过
量纲分析推导了水下冲击波峰值超压的修正公式，建立了线性拟合模型，并利用线性回归分析获得了修

正公式的待定系数。Fan 等 [19] 理论计算了不同水深条件下水下钻孔耦合炸药爆破的破碎区和裂隙区半
径，并利用 LS-DYNA 软件对爆破失效区进行了数值模拟，发现水深对爆破裂隙的扩展行为具有显著影
响。Modi 等 [20] 融合了预裂爆破与密集空孔技术，开发了混合控制爆破（hybrid controlled blasting，HCB）

技术用于拆除港口新建泊位旁的旧泊位。Liu 等 [21] 提出试验与数值计算相结合的方法，通过三轴压缩试
验建立了围岩应变软化本构及渗透率演化模型，并结合 FLAC3D 模拟了爆破过程与涌水过程。

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