一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置的制作方法

本发明属于水下爆破冲击波防护装置技术领域，具体来说是一种用于消除近距离水下爆破冲击波的空气隔层装置，可以用来保护邻近水域内水工结构物及其它被保护目标不受水下爆破冲击波的危害。

背景技术：

近年来，围堰拆除、水下基础开挖等水下爆破工程数量不断增加。同时，在实际工程中，特别是扩机工程中，为了控制预算、减小开挖量，预留岩坎往往距离新建进水口闸门较近。因此，近距离水下爆破冲击波的防护日益受到重视。

在水下冲击波的防护中，目前采用较为广泛的是气泡帷幕技术。气泡帷幕技术的基本思想是通过向水下通入高压气体形成不断上升、浓密的气泡帷幕，利用介质间的波阻抗突变，阻碍冲击波的传播。但是气泡帷幕存在以下缺点：（1）由于距爆心近距离处冲击波峰值压力上升较快，高频部分占比重较大，而气泡帷幕对冲击波中的低频和高频部分能量的衰减效果并不理想，因此，气泡帷幕技术不适用于近距离水下爆破冲击波的消除与防护；（2）气泡帷幕中的气泡在上升的过程中逐渐分散开来，水面的气泡帷幕宽度要比底部大6~9倍，因此为了保证气泡帷幕的密度和消能效果，施工过程中需要多台大功率空气压缩机同时工作，能耗较高。

空气隔层很好的克服了气泡帷幕的以上缺点，不仅可以将冲击波压力峰值衰减90%以上，而且对冲击波冲量和总能量也有很好的削弱效果。但是在实际工程中，由于受到浮力影响，直接大面积在水中布设空气气囊或者其它形式的空气隔层较为困难，特别是在深水爆破工程防护中，防护布设工作很难完成。因此，亟需一种快捷、高效、能耗低的水下近距离爆破冲击波防护装置。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种用于消除近距离水下爆破冲击波的空气隔层装置，利用空气介质与周围水体介质间波阻抗的突变，衰减冲击波的峰值及冲量，从而可以保护附近水域内水工结构物及其它被保护目标不受水下爆破冲击波的危害。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置，包括配重、喷气管、迷宫式气泡通道、柔性气囊，所述迷宫式气泡通道下端与上端均开口，该迷宫式气泡通道下端固定所述喷气管、上方连接所述柔性气囊，所述喷气管与所述配重连接，喷气管的喷气孔位于所述迷宫式气泡通道内部，所述柔性气囊在水中产生的浮力大于所述迷宫式气泡通道在水中所受重力。

上述技术方案中，所述迷宫式气泡通道包括前面板、后面板、横向面板、若干挡板，所述挡板位于所述前面板、后面板、横向面板围成的通道内。

进一步，所述挡板一端与前面板连接、另一端悬空、两个侧边与横向面板连接。

进一步，所述挡板一端与后面板连接、另一端悬空、两个侧边与横向面板连接。

进一步，所述挡板相互交错设置在所述前面板、后面板上，且挡板一端悬空、两个侧边与横向面板连接。

进一步， 所述挡板一端与前面板连接、另一端与后面板连接、两个侧边与横向面板连接，挡板倾斜布置，且所述挡板上设有若干孔。

上述技术方案中，所述挡板为平面结构，且挡板与前面板或后面板夹角为20°~50°。

上述技术方案中，所述挡板为平面结构，或弯折结构，或弧形结构。

本发明的工作原理在于：迷宫式气泡通道顶面和底面均不密封，保证施工布置过程不受浮力干扰，同时上部柔性气囊能够保证喷气管开始工作前迷宫式气泡通道的竖直姿态。喷气管通入压缩空气后，迷宫式气泡通道一方面可以利用内部斜挡板滞留部分气体，通过在竖直方向形成前后错位的空气隔层，另一方面内部斜挡板还可以减缓气泡上升的速度，增加气泡在水中停留的时间，从而可以降低压缩机的工作功率，达到节能环保的目的。通过迷宫式气泡通道在竖直向形成前后错位的空气隔层，利用空气介质与周围水体介质间波阻抗的突变，能够衰减水下爆破冲击波峰值90%以上，从而保护邻近水域内水工结构物及其它被保护目标不受水下爆破冲击波的危害。

本发明一种用于消除近距离水下爆破冲击波的空气隔层装置的优点是：

1、本发明装置利用迷宫式气泡通道内部挡板滞留部分气体，在竖直方向形成前后错位的空气隔层，利用空气介质与周围水体介质间波阻抗的突变，能够将水下爆破冲击波压力峰值衰减90%以上，同时对冲击波冲量和总能量也有很好的削弱效果。

2、由于本发明装置主要利用迷宫式气泡通道内部滞留的空气所形成的空气隔层来阻碍和消除水下爆炸冲击波，因此在水下冲击波作用下，即使装置中各面板存在被冲击波破坏的情况，在冲击波作用的较短时间内，其内部已经形成的空气隔层仍能继续发挥对冲击波的衰减作用。

3、迷宫式气泡通道可以减缓气泡上升的速度，增加气泡在水中停留的时间，因此，可以使用功率更小的压缩机，节能环保。

附图说明

图1为本发明一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置的结构示意图；

图2为本发明一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置的结构剖面图；

图3为迷宫式气泡通道实施例一局部剖面图；

图4为迷宫式气泡通道实施例二局部剖面图；

图5为迷宫式气泡通道实施例三局部剖面图；

图6为迷宫式气泡通道实施例四局部剖面图；

图7为本发明一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置在水下冲击波防护中的结构示意图；

图中：1—配重、2—喷气管、3—迷宫式气泡通道、4—柔性气囊、5—绳索、6—横向面板、7—前面板、8—后面板、9—挡板、10—气泡、11—空气体、12—水体、13—前面层、14—后面层、15—内隔层、16—围堰、17—炮孔、18—冲击波、19—本发明装置、20—进水口闸门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示的一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置，包括从下到上依次设置的配重1、喷气管2、迷宫式气泡通道3、柔性气囊4；其中，喷气管2固定在迷宫式气泡通道3下部，且喷气管2上部开有喷气孔；迷宫式气泡通道3由前面板7、后面板8、横向面板6及若干内部挡板9组成，迷宫式气泡通道3底面与顶面均不封闭；柔性气囊4由柔性气囊前面层13、后面层14以及内隔层15组成，柔性气囊4下部通过绳索5与迷宫式气泡通道3连接。

压缩机的气体从喷气管2喷出，喷气管2上部所开喷气孔应位于迷宫式气泡通道3内部，从而保证喷出气体不外溢到迷宫式气泡通道3外部，喷气管2下部通过绳索5与配重1连接。

前面板7、后面板8、横向面板6形成气泡通道、且气泡通道顶面和底面均不密封，在通道内设置交错的挡板9，将直线通道分割成迷宫式气泡通道3，即通道有一个入口、一个出口、内部的空间被挡板分割。利用内部挡板9滞留部分气体11，在竖直方向形成前后错位的空气隔层，利用空气介质11与周围水体12介质间波阻抗的突变，能够衰减水下爆破冲击波峰值90%以上，从而保护邻近水域内水工结构物及其它被保护目标不受水下爆破冲击波的危害，另一方面内部挡板9还可以减缓气泡10上升的速度，增加气泡10在水中停留的时间，从而可以降低压缩机的工作功率，达到节能环保的目的

对于挡板9在气泡通道内的设置方式有多种方案，具体可包括、但不限于以下几种实施方式：

实施例一，挡板9一端与前面板7连接、另一端悬空、两个侧边与横向面板6连接，图中未画出。

实施例二，挡板9一端与后面板8连接、另一端悬空、两个侧边与横向面板6连接，图中未画出。

实施例三，挡板9相互交错设置在所述前面板7、后面板8上，且挡板9一端悬空、两个侧边与横向面板6连接，参见图3~图6。

实施例四，挡板9一端与前面板7连接、另一端与后面板8连接、两个侧边与横向面板6连接，挡板9倾斜布置，且挡板9上设有若干孔，使喷气管2喷出的气体从迷宫式气泡通道3下端通过挡板9的孔到达迷宫式气泡通道3上端，图中未画出。

上述几种实施例中，挡板9可为平面结构，或弯折结构，或弧形结构，参见图3~图6。

优选地，挡板9为平面结构，要保证空气隔层的厚度，角度不能太小，要保证空气隔层的存在，角度不能太大，因此挡板9与前面板7或后面板8夹角为20°~50°，优选角度为35°~45°。

上述几种实施例中，同一面板上挡板9间距为120~400mm。

迷宫式气泡通道3各面板及挡板均采用塑料材质，如ABS塑料、聚苯乙烯塑料等，各面板厚度为2mm~10mm，前面板7与后面板8间距为150mm~500mm。

挡板安装方式、结构、与前后面板的角度可根据实际需要进行相应的调整，并不限于上述实施例中所给出的，只要挡板将气泡通道的空间进行分割后在竖直方向形成前后错位的空气隔层、以达到衰减水下爆破冲击波、减缓气泡上升的速度即可。

本发明一种用于消除水下近距离爆破冲击波的空气隔层装置整体厚度为150mm~500mm，在被保护建构物前0.5m~5m设置本防护装置。如图7所示，将本发明装置19应用在高度为17m、计划充水深度为15m、距离新建进水口闸门20为8m的一个待爆破拆除的围堰16中，其具体实施过程如下：

1、根据实际情况，确定需要进行爆破拆除的围堰高度、计划充水深度、需保护建构物长度及与围堰距离等。本实施例中围堰16高度17m，计划充水深度15m，新建进水口闸门20距离围堰16最近距离仅为8m，因此，本实施例中防护装置19高度为15m，厚度取为160mm。

2、根据被保护建构物与围堰距离确定防护装置布置位置，通常在被保护建构物前0.5m~5m设置本防护装置，本实施例中防护装置19布置于进水口闸门20前2m处，此处水域宽度为12m，因此本实施例中防护装置19宽度为12m。

3、本实施例中各面板均采用聚苯乙烯塑料，各面板厚度均为6mm，横向面板6间隔为3m，挡板9与前面板7、后面板8夹角为45°，前面板7与后面板8间距为160mm，同一面板上挡板9间距为160mm，前面板7和后面板8上的挡板9交错布置，且前、后面板上挡板9最近距离为30mm。

4、柔性气囊4由前面层13、后面层14及内隔层15组成，柔性气囊4应保证其在水中产生的浮力大于迷宫式气泡通道3在水中所受重力，本实施例中柔性气囊4厚度为200mm，高度为1m。

5、将喷气管2固定于迷宫式气泡通道3下部，通过绳索5将配重1与喷气管2连接，同时通过绳索5将迷宫式气泡通道3与柔性气囊4连接。

6、在围堰16内充水前将本装置19底部放置于进水口闸门20前2m处，上部斜靠在新建进水口闸门20上，充水过程中本装置19会自动慢慢竖立，在爆破作业前提前向喷气管2通入压缩空气直到迷宫式气泡通道3内部形成稳定空气隔层，即水面外溢气泡的速率基本恒定不变。

以上所述为本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本发明的保护范围内。