武漢陽邏電廠擴建工程水下爆破安全閾值研究＊

唐 海,袁 超,李俊如

(1.湖南科技大學煤礦安全開采技術湖南省重點實驗室, 湖南湘潭市 411201;2.中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室, 湖北武漢 430071)

武漢陽邏電廠擴建工程水下爆破安全閾值研究＊

唐 海1,袁 超1,李俊如2

(1.湖南科技大學煤礦安全開采技術湖南省重點實驗室, 湖南湘潭市 411201;2.中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室, 湖北武漢 430071)

以武漢陽邏電廠三期擴建工程水頭部水下爆破作業為例,通過現場水下爆破振動監測,提出了以質點峰值振動速度及最大沖擊波壓力為參考指標的水下爆破控制標準。監測表明,當距爆源 75 m處的巖體質點振動最大速度不超過 3 cm/s時,以及距待建的三期取水頭爆破 68.5 m處施工引起一、二期取水頭部水沖擊壓力最大值不超過 0.05 MPa時,可以確保一、二期控制泵房以及與控制泵房相連的取水管道安全。

水下爆破;安全閾值;沖擊水壓;振動速度

隨著國民經濟發展和國防建設需要,水下爆破技術已廣泛用于水利水電、航道、港口碼頭及防護工程等諸多領域。由于水下爆破環境的特殊性,目前尚不能較好地預測水下爆破危害對水下、水上 (包括陸地)構筑物的影響。因此,研究水下爆破安全閾值對保障水下爆破的安全具有重要意義。

本文以武漢陽邏電廠三期擴建工程水頭部水下爆破作為分析實例,采用水中沖擊波和振動速度兩個控制標準加以控制,試圖對水下爆破工程安全閾值的研究作一些探討,旨在為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

武漢陽邏電廠三期擴建工程取水頭部位于長江,距江邊取水泵房約 140 m,取水頭部為江中淹沒式取水構筑物,采用預制鋼筋混凝土構件和鋼結構進水窗水下拼裝的結構形式,總高度為 24.5 m,取水頭底部標高為 -16.0 m,頂部標高為 8.5 m,進水窗底部標高為 5.0 m,頂部標高為 8.5 m,河床自然地面標高為 -11.0 m左右。取水頭位于水下并部分嵌入基巖 2.8 m深,進行取水頭基坑施工時需采用水下爆破的方法開挖,爆破巖層為砂質泥巖,爆破方量約為 4000 m3。水下爆破施工場地南邊為開闊的長江江面,距主航道約 700 m,北邊為長江防洪干堤,西邊 (上游)約 60 m的水下為該電廠一、二期工程的取水頭部,西北邊約 150 m的江岸為一、二期工程的取水控制泵房,東北角附近水域有小型船舶停靠。為了保證電廠的正常發電,爆破施工時,防護的重點對象是電廠一、二期工程的水下取水頭部及其與岸邊的控制泵房相連的取水管道,確保其不能因水下施工爆破而受到破壞影響。

2 水下爆破安全閾值確定

擬采取爆破開挖的取水頭基坑處的水深約 24 m,按照爆破安全規程 (GB6722-2003中 6.4.1)有關規定,水深大于 6 m的水下淺孔爆破,可不考慮飛石對地面或水面以上人員的影響,因此,對于一、二期工程的水下取水頭部及與岸邊的控制泵房相連的取水管道,采用水中沖擊波和振動速度兩個控制標準加以控制即可。

2.1 振動速度安全控制標準

取水頭為預制的鋼筋混凝土構件和鋼結構進水窗在水下拼裝形成的結構,根據“爆破安全規程”GB6722-2003中 6.2.2條規定:鋼筋混凝土框架房屋 ,按“主頻 <10 Hz,10～50 Hz,50～100 Hz,其控制標準分別為 3.0～4.0 cm/s,3.5～4.5 cm/s,4.2～5.0 cm/s”,以及“爆炸法處理水下地基和基礎技術規程”JTJ/T258-98中 6.4.2條規定:鋼筋混凝土框架房屋安全振動速度為 5 cm/s。因此,爆破施工時為確保電廠的絕對安全,按上述規范安全振動速度取最小值,即為 3 cm/s。

2.2 水中沖擊波壓力安全控制標準

“爆破安全規程”和“爆炸法處理水下地基和基礎技術規程”中都沒有明確提出水中沖擊波對構筑物影響的安全控制標準,兩者只對人員、木船、鐵船等提出了相應的水下爆破安全距離。中國科學院武漢巖土力學研究所在大連造船廠水下鉆爆工程中,對在碼頭和塢門的水中沖擊波壓力安全控制標準取為 0.2MPa;在海南和邦 2萬 t級碼頭和廣西欽州港二期 2個 3萬 t級碼頭的水下爆夯工程中,對水中砼沉箱的沖擊波壓力安全控制標準取為 0.25 MPa;三峽大壩二期下游圍堰拆除爆破時鋼閘門水中最大沖擊波壓力安全控制標準取為 0.06 MPa,大壩和縱向圍堰水中最大沖擊波壓力安全控制標準取為 0.1 MPa。根據上述經驗取值同時考慮到爆破施工時要確保電廠的絕對安全,本工程中的取水頭最大沖擊波壓力安全控制標準取為 0.05 MPa。

3 爆破振動測試方案

3.1 振動速度和水中沖擊波壓力測點布置

根據現場具體情況,選擇一個與爆破位置對應的江邊最近測點布置垂直方向、水平切向和水平徑向的速度傳感器,測試水下爆破引起的振動對一、二期工程取水頭和控制泵房的影響,在水中選擇一個合適的位置于不同的水深 (入水深度分別為 10,20 m)各放一個水壓力傳感器,測試水下爆破引起的水中沖擊波對一、二期工程取水頭的影響。測點布置如圖1所示。

圖1 測點布置

3.2 爆破振動和水中沖擊波壓力測試系統

本監測系統由傳感器 (振動速度傳感器、動水壓力傳感器)、放大器、傳輸電纜、采樣儀、打印設備等組成。振動速度監測系統,如圖2所示,沖擊水壓力監測系統如圖3所示。

圖2 振動速度監測系統

圖3 沖擊水壓力監測系統

4 測試結果及分析

4.1 爆破振動速度監測

本次爆破振動峰值速度測試結果見表1。

表1 爆破振動峰值速度測試結果

由表1可看出,最大的振動速度為 1.62 cm/s,小于規定的安全閾值 3 cm/s,因而在爆破施工中按試驗的爆破參數實施不會對取水頭部和岸邊的泵房結構構成安全威脅。

4.2 沖擊水壓力測試

本次爆破的沖擊水壓力測試結果見表2。由表2可以看出,待建的三期取水頭的爆破施工引起一、二期取水頭部的水沖擊壓力最大值為 0.0285 kPa,小于規定的安全閾值 0.05 MPa,因而按試驗的爆破參數施工引起的沖擊水壓力不會對一、二期取水頭部構成安全威脅。

表2 沖擊水壓力測試結果

5 結 論

(1)針對該工程,提出了地面建筑以質點振動速度 3 cm/s為安全閾值,水下構造物以沖擊波壓力0.05 MPa為安全閾值。

(2)水下爆破試驗振動速度測試點選擇在離保護對象最近處,測得最大振動速度為 1.62 cm/s,小于規定的安全閾值 3 cm/s,采用該爆破參數進行施工爆破時,一、二期控制泵房以及與控制泵房相連的取水管道是安全的。

(3)水下爆破試驗引起一、二期取水頭部的水沖擊壓力最大值為 0.0285 kPa,小于規定的安全閾值 0.05 MPa,采用該爆破參數進行施工爆破時,引起的水中沖擊波不會對一、二期取水頭部構成安全威脅。

該工程測試結果表明,該控制方法和水下爆破安全閾值能夠有效地控制電廠一、二期工程的水下取水頭部及其與岸邊的控制泵房相連的取水管道安全,確保其不能因水下施工爆破而受到破壞。值得指出的是,盡管從水下爆破工程應用角度來講,本文提出的控制方法和安全閾值能夠滿足本工程安全要求,為了更科學、安全地分析水下爆破對水下、水上構筑物 (包括陸地)的影響,實施相關的安全控制標準,還需要從理論和數值模擬等方面開展更全面更深入的研究工作。

致謝:感謝中國科學院武漢巖土力學研究所波動組全體人員為本次試驗提供的幫助及在水中沖擊波壓力安全控制標準方面為本文提供的工程數據。

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2011-06-26)

唐 海 (1970-),男,博士,副教授,主要從事爆破和采礦方面的教學和研究,Email:tanghai707298@163.com。