穿黃大堤安全監(jiān)測評價分析

何利華，李善巖，郭 宏，張 猛，孫正明

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司，天津 300222）

1 工程概況

南水北調(diào)東線穿黃隧洞工程位于山東省東平與東阿兩縣境內(nèi)。隧洞按100 m3/s設(shè)計，為圓形有壓洞，內(nèi)徑7.50 m，洞長585.38 m，包括南岸豎井、過河平洞、北岸斜井等。隧洞所處寒武系崮山組和張夏組巖層巖溶及溶隙發(fā)育，存在第四系孔隙水、巖溶裂隙水及黃河水“三水相通”問題。

隧洞需穿越黃河主槽及北大堤，出口至大堤外側(cè)約100 m左右的位山腳下。其中，斜井段穿越的位山大堤是黃河下游中段重要險工，大堤臨水坡水下部分為人工拋石、水上部分為漿砌塊石護坡，坡度較陡，是防洪安全的重要部位。

由于隧洞開挖是在原探洞基礎(chǔ)上采用鉆爆法施工，考慮到該工程所處位置的重要性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，開挖爆破必須根據(jù)觀測資料隨時調(diào)整爆破參數(shù)，確保隧洞工程實施時黃河大堤的安全。

自2008年9月27日隧洞爆破施工以來，至2009年9月穿黃隧洞已順利穿越黃河大堤。通過為期1年的施工觀測，對大堤在隧洞爆破施工條件下的運行狀態(tài)有了初步了解，也為隧洞開挖爆破提供了重要參考依據(jù)。

2 監(jiān)測項目

穿黃大堤安全監(jiān)測包括位移、滲壓以及爆破振動等項目，監(jiān)測儀器布置如圖1所示。

2.1 位移監(jiān)測

位移監(jiān)測包括水平位移和垂直位移。水平位移采用活動測斜儀進行觀測，垂直位移采用多點位移計進行觀測。

2.2 滲壓監(jiān)測

大堤滲壓監(jiān)測采用測壓管人工觀測，共設(shè)3個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面設(shè)5個測點，隧洞出口附近設(shè)4個地下水位監(jiān)測點。

2.3 振動監(jiān)測

大堤質(zhì)點振動監(jiān)測設(shè)3個監(jiān)測斷面。沿洞軸線布置6個監(jiān)測點，其中大堤頂上3個測點、堤后3個測點；在大堤迎水坡洞軸線的兩側(cè)各布置2個測點。所有測點設(shè)2支振動傳感器，分別監(jiān)測豎向振速和垂直大堤軸線的水平向振速。

動孔隙水壓力測點共布置4個，其中3個在迎水坡前段、1個在迎水坡中段，采用孔隙水壓力計隨爆破進行動態(tài)觀測。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 位移

大堤垂直位移變化值基本在3 mm以內(nèi)，施工期間位移變化趨勢平緩，如圖2所示。所有數(shù)據(jù)基本在大堤自然沉降和觀測誤差影響范圍以內(nèi)，未因爆破施工產(chǎn)生明顯趨勢性變化。

大堤水平位移未因洞口開挖爆破施工產(chǎn)生明顯突變。新安裝的2支測斜管 （I8/I9）和原有測斜管（I1-I7）在爆破施工期間未發(fā)現(xiàn)明顯趨勢性變化，位移累積變化過程線如圖3所示。

3.2 滲壓監(jiān)測

從滲壓和地下水位過程線看，堤頂測壓管水位與黃河水位呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，如圖4、5所示。洞內(nèi)地下水位較洞軸線測壓管水位低，水位高程在施工階段基本維持在35.2 m左右。

3.3 振動觀測

隧洞爆破施工選用2#巖石乳化炸藥，炸藥總量一般在2～4箱左右（48～96 kg）。從目前觀測資料來看，實測的振動波形具有典型的爆破振動特性，波幅衰減較快，振動持續(xù)時間較短。測點主振頻率集中在100Hz以下，峰值振動速度數(shù)值較小。如大堤迎水坡V1、V3測點在第四循環(huán)質(zhì)點峰值振動速度接近1.5 cm/s，后逐漸下降至0.7 cm/s左右，如圖6、7所示。測點主振頻率和峰值振動速度主要受地質(zhì)條件和裝藥量影響，巖體堅硬完整、測點距震源距離較近測值會相應(yīng)增大。

4 結(jié)語

根據(jù)南水北調(diào)東線穿黃隧洞爆破施工前后對大堤位移、滲壓和振動的監(jiān)測資料的階段分析，初步了解了爆破對黃河大堤的影響程度。參照國家爆破安全規(guī)程相關(guān)規(guī)定，隧洞爆破施工對大堤振動影響較小，大堤位移和滲壓未見明顯突變和較大的趨勢性發(fā)展。

截至2009年9月，穿黃隧洞爆破施工已順利穿越黃河大堤，通過對大堤監(jiān)測設(shè)施的觀測和資料分析，為爆破施工單位優(yōu)化爆破方案、加強爆破參數(shù)控制提供了重要參考依據(jù)，確保了黃河大堤安全和隧洞開挖的順利施工。