Page 132 - 《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

现有水下爆破研究多集中于振动控制和工艺优化，针对基岩损伤控制的研究尚显不足。同时，受水
介质耦合、高水压环境和施工精度制约，水下钻孔爆破技术面临特殊挑战。该工艺在跨海桥梁、隧道等
重大工程中应用广泛，而爆后保留的基岩的完整性直接影响整体结构的安全性与耐久性。为此，本文聚
焦于高波阻抗介质在消能爆破中的作用机制，通过模型试验定量分析不同波阻抗铁砂混凝土对爆破能
量的削减效果及其对孔底基岩损伤的控制作用。

1 水下钻孔爆破模型试验

1.1 孔底复合垫层结构及作用机理
1.1.1 孔底复合垫层装药结构作用机理
炸药爆炸后，冲击波在作用介质内会迅速衰减为应力波；在冲击波与应力波的共同作用下，被爆介
质会发生不同程度的损伤。应力波在不同介质传播时，因介质的波阻抗的差异，会在界面处发生反射与

透射现象，如图 1 所示。应力波从波阻抗为 ρ 1 C 1
的介质 1 ρ 2 C 2 的介质 2 时，其反 I
传播到波阻抗为
T 2
射波和透射波的性质与 2 种介质有直接关系，根 T 1
据波阵面动量守恒和叠加原理 [22] 可得如下方程：
R 1 R 2
Medium 1 Medium 2 Medium 3
ρ 2 C 2 −ρ 1 C 1
F = (1) I: Incident wave T: Transmitted wave R: Reflected wave
ρ 2 C 2 +ρ 1 C 1
2ρ 2 C 2
T = (2)
ρ 2 C 2 +ρ 1 C 1
T = F+1 (3)
Water High impedance medium
(4)
σ R = Fσ I
Sand cushion Bedrock
(5)
U R = −FU I
图 1 应力波垂直入射时在界面的反射与透射
(6)
σ T = Tσ I
Fig. 1 Reflection and transmission of stress waves at the interface
under normal incidence
ρ 1 C 1
U T = TU I (7)
ρ 2 C 2
式中：T 和 F 分别为透射系数和反射系数， σ I 、 σ R 、 σ T 分别为入射波、反射波、透射波在交界处质点的应
力强度，U 、U 、U 分别为入射波、反射波、透射波在交界处的速度。
T
I
R
当应力波从高阻抗介质传播到低阻抗介质时，F＜0, T＜1，透射波强度会削减，减轻低阻抗介质的损
伤。假设介质 3 为需保护的介质，若在介质 1 与介质 3 之间添加过渡介质 2，则介质 2 的波阻抗需远高
于介质 1 和介质 3。若不添加过渡介质，介质 3 内的透射系数可表示为：
′ 2ρ 3 C 3
T = (8)
2
ρ 1 C 1 +ρ 3 C 3
若添加过渡介质 2，介质 3 内的透射系数可表示为：
2ρ 2 C 2 2ρ 3 C 3
T 2 = (9)
ρ 2 C 2 +ρ 1 C 1 ρ 2 C 2 +ρ 3 C 3
T ＞T 2 。
′
，
由于 ρ 2 C 2 ≫ ρ 1 C 1 ρ 2 C 2 ≫ ρ 3 C 3 ，则 2
1.1.2 孔底复合垫层装药结构设计
本文研究的工程背景为西堠门公铁两用大桥建设期间，主塔桥墩采用嵌入式钢沉井为基础，需在海
底基岩上爆破开挖形成沟槽，供钢沉井嵌入，海床基岩岩性分布如图 2(a) 所示。由于沉井基槽轮廓形状
特殊，且对基底平整度（设计要求基底平整度为 30～−50 cm）及保留基岩完整性提出了极高要求，因此需

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