立洲水電站大壩開挖爆破振動試驗研究

侯忠發，李榮果

(四川華電木里河水電開發有限公司，四川 西昌 610016)

0 引言

在立洲水電站壩肩邊坡開挖過程中，為保證高陡邊坡開挖施工處于安全、受控狀態，最大限度地減少爆破振動對建基面的擾動破壞，進行了生產性爆破試驗，以獲得合理的爆破參數，確保開挖質量。結合爆破試驗開展爆破振動監測，了解不同開挖爆源在邊坡和支護結構等部位的振動響應情況，根據監測成果，得到適合立洲水電站特定地形地質條件下的爆破振動衰減規律，作為爆破振動振速預報和安全校核的依據，為爆破參數優化提供參考依據。

1 爆破振動現場試驗

1.1 試驗區地質概況

立洲水電站壩址位于立洲巖子灰巖峽谷內，河流流向由S21°W轉S25°E，左岸臨河坡頂高程2687 m，河床高程1986 m，坡高700 m左右;右岸臨河坡頂高程3292m，坡高1300m左右。立洲水電站壩址區巖性主要為二疊系卡翁溝組(Pk)灰色厚層狀灰巖、豹皮狀灰巖。左岸自然邊坡坡角約67°，右岸75°;壩肩邊坡開挖最大高度約280m，坡度陡且壩址區分布有危巖體。壩肩設計開挖坡比為1.0∶0.1，每30 m高差布置3 m寬馬道。

1.2 試驗目的

通過壩肩邊坡開挖爆破試驗，需達到以下目的:

(1)確定合適的鉆爆方法和施工工藝，通過試驗確定適合施工現場地質條件、巖石特征的預裂爆破和梯段爆破參數。

(2)通過爆破試驗，優化爆破參數(孔徑、孔深、孔排距、裝藥結構、起爆網絡等)，從而提高爆破效率并滿足大壩壩肩開挖的技術要求和質量標準。

(3)了解不同開挖爆源在邊坡和支護結構等部位的振動響應情況，根據監測成果得到適合立洲水電站特定地形地質條件下的爆破振動衰減規律，作為爆破振動振速預報和安全校核的依據。

1.3 爆破振動監測儀器系統

振動測試系統主要由傳感器和振動測試記錄儀組成。測振儀采用成都中科測控公司生產的TC－4850型便攜式振動測試記錄儀，通過內觸發方式，自動記錄從傳感器輸出的電訊號并以專用文件格式實時存盤，再通過計算機及專用分析軟件分析數據，打印輸出。監測系統如圖1所示。

圖1 爆破振動監測系統示意圖

(1)振動測試記錄儀。TC－4850型便攜式振動測試記錄儀有3個通道，使用內置大容量電池供電，可長時間記錄并具有掉電后數據保存功能，采樣間隔為0.002～1000 ms，可根據振動監測的要求進行設置，能夠對振動的全過程進行數據采集和追蹤。

(2)振動傳感器。此次測試使用威海雙豐物探設備股份有限公司生產的PS－4.5B數字地震檢波器，每個傳感器可同時測3個方向的振動速度，傳感器帶屏蔽電纜，使用石膏與地面基礎牢固黏結。

(3)分析軟件。TC－4850型便攜式振動測試記錄儀配套的基于計算機Windows操作系統的專用測試分析軟件。

1.4 試驗設計

此次爆破試驗區位于左壩肩EL 2122 m高程，試驗區長約18.0 m，最寬處約22.0 m。共分3次爆破，每次爆破采用毫秒微差雷管起爆。試驗檢測儀器分別布置在EL 2150，EL 2180，EL 2210馬道。

試驗共分3組進行，各組試驗爆破情況如下:第1組，EL 2122～EL 2092預裂爆破+馬道保護層爆破;第2組，EL 2122～EL 2113外側梯段爆破;第3組，EL 2122～EL 2092預裂爆破+馬道保護層爆破+梯段爆破。

爆破試驗中，在 EL 2150，EL 2180，EL 2210 高程馬道不同部位分別布置6個振動測點。

3組試驗爆破劃分為3個區域，分3次起爆。爆破孔分為深孔預裂孔、馬道保護層主爆孔、加強主爆孔、主爆孔及緩沖孔。爆破試驗參數見表1。

2 爆破振動監測成果分析

針對爆破試驗共進行3組振動監測，按照各分段進行整理，獲得了180個有效數據(數據略)及實測典型波形圖，如圖2所示。

對180個監測數據進行整理，結合各測點3個方向波形圖，得出以下結論:

(1)各組爆破試驗中，振速隨著水平距離的增大呈現比較明顯的衰減特征，隨著高程的增大，也呈現出一定的衰減趨勢，但個別部位在一定高程范圍內振速衰減較慢。

(2)總體而言，在測點與爆源相對位置相同的情況下(包括方位和距離等)，爆破振動速度隨著藥量的減小而減小，說明限制最大單響藥量及預裂孔同段齊爆孔數對減小爆破振動有比較明顯的作用。

(3)試驗中實測爆破振動的主頻為8～80 Hz，比天然地震主頻要高。

(4)爆破試驗過程中未發現邊坡垮塌、滑坡和掉大塊等特殊情況，爆破塊度合適，邊坡成型良好，說明目前采用的開挖方式和爆破參數是比較合理的，試驗中所使用的鉆爆參數可以作為壩肩邊坡開挖的參考。

根據DL/T 5333—2005《水電水利工程爆破安全監測規程》，按下式對高邊坡上的爆破質點振動速度傳播規律進行回歸整理

式中:v為峰值質點振動速度，cm/s;m為最大單響藥量，kg;l為測點距爆源的水平距離，m;h為邊坡測點至爆源的高差，m;K，α，β為與爆區至測點間的地形、地質條件有關的衰減指數。

對各組試驗的爆破振動實測數據進行整理，按照預裂爆破和梯段爆破2種爆源類型進行分類，將實測振速值(cm/s)、相應的單段藥量(kg)、爆心距(m)和高差(m)進行統計，對3個方向質點振動速度按照式(1)進行回歸計算，得到相應的峰值質點振動速度衰減傳播規律。

(1)預裂爆破振速傳播規律。

1)水平徑向

2)水平切向

表1 爆破試驗鉆爆參數

圖2 第2組爆破試驗 #4測點水平徑向實測波形圖

3)豎直向

(2)梯段爆破振速傳播規律。

1)水平徑向

2)水平切向

3)豎直向

爆破振動傳播規律主要用作爆破施工時振速預報和安全校核，式(2)～式(7)可以作為壩肩邊坡爆破開挖時的振速預報公式。

3 爆破振動技術標準

(1)壩肩邊坡開挖爆破振動標準控制。參考錦屏、溪洛渡和大崗山等類似工程，結合現場爆破試驗實測數據、現場地形地質條件以及爆破后現場宏觀觀察結果，建議立洲水電站拱肩槽開挖爆破振動速度安全允許值按10 cm/s控制，實際控制按照水平距離10 m(即爆源后沖向壩肩邊坡水平距離10 m、垂直高差25 m)處為參考。

(2)壩肩邊坡開挖最大單響藥量控制。在壩肩槽開挖過程中，建議參照安全控制標準，根據式(2)～式(7)進行安全校核，計算壩肩邊坡開挖的最大允許單響藥量，計算結果見表2。

表2 壩肩邊坡開挖最大允許單響藥量

4 結束語

工程爆破是一項經驗性和實踐性很強的工作，此次生產性開挖爆破試驗研究旨在掌握適合該電站特點的爆破振動安全控制標準及傳播規律，為爆破開挖參數的選取提供科學依據。但仍需強調的是，爆破振動的傳播不僅與爆破參數的選取有關，還與保護對象的具體特點及所處環境有關，當邊界條件發生明顯改變時需重新收集測試數據進行回歸分析，才能找出實際爆破振動的衰減規律，為爆破振動振速預報和安全校核提供參考依據。

［1］GB 6722—2003，爆破安全規程［S］.

［2］SL 47—1994，水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范［S］.

［3］DL/T 5333—2005，水電水利工程爆破安全監測規程［S］.