高陡邊坡開挖爆破震動控制分析

李東偉 龐林祥

北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083

高陡邊坡開挖爆破震動控制分析

李東偉 龐林祥

北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083

在爆破開挖施工過程中，除環境因素外，震動是施工現場的一個重要問題。為了在大規模開挖之后確保邊坡穩定，減小爆破震動對周邊環境的影響，需進行以爆破試驗為基礎的還原分析研究，以確定從最初挖掘作業開始到巖石爆破的作業過程中所產生的震動對于坡面穩定性的影響，并就爆破震動的情況進行預測和控制。本文從工程實踐出發，在滿足爆破效果的情況下，對爆破震動進行控制分析，得出了較為合理的爆破震動控制公式，對其他工程具有借鑒作用。

工程爆破；震動分析；邊坡；公式

爆破施工對高陡邊坡容易造成失穩破壞，導致開挖難度增大，因而爆破震動強度的預測與控制顯得非常重要[1-2]。某水電站開敞式溢洪道出口設挑流鼻坎及消力塘，水流挑入消力塘內消能。消力塘縱橫剖面均為梯形斷面，底板高程575.00m，底板寬176.5m～191.05m，長311m～331m。左側邊坡最大高程835.8m，最大高差260.8m，按照1：0.9、1：0.7、1：0.5坡度、10m、15m分級向下開挖，整個坡面設計有噴錨支護，在高程680m高程以上增加深層錨索支護，680m高程以下進行錨筋樁支護。

1 工程地質

邊坡的表淺部（垂直深度一般12m～48m）基本上在全、強風化巖體及卸荷帶巖體內。上部沉積巖邊坡由弱風化及微新巖體構成，巖體內發育的主要結構面有層面、層間擠壓帶（面）及節理，產狀主要有：a.N36°～63°W，SW∠61°～73°；b.N0°～30°W，SW∠70°～85°；c.N0°～30°E，NW∠73°～85°。擠壓面寬度一般2cm～5cm，擠壓帶寬一般5cm～20cm。有兩條擠壓帶規模較大，一條寬度40cm～50cm，分布在T2m1-1層底部角礫巖之上的粉砂質泥巖內；另一條寬度80cm左右，分布于T2m1-2層底部砂礫巖之上的泥巖內。下部沉積巖邊坡大部分為弱風化下部和微風化~新鮮巖體，巖體完整，以塊狀結構為主。

2 方案制定

2.1 試驗目的

爆破試驗的基本目的如下：

（1）評估當前爆破對上部邊坡的影響；

（2）確定在特定地形、巖石特性以及爆破條件下，爆破震動的傳播特性；

（3）評估相鄰邊坡可接受的震動標準，確保安全；

（4）確定安全有效的爆破方案及相應管理措施。

2.2 位置選定

在塘體邊坡開挖至655m高程時，該高程以上形成了最大高差達185m的邊坡。該位置以上的淺層支護已經完成，695m高程以上深層支護完成，正在進行680m高程到695m高程的深層支護。在655m高程細堆石料區（爆破細堆石料需要單耗較大）進行爆破試驗，監測該部位爆破施工對于上部邊坡的影響情況。詳見位置示意圖1。

圖1 爆破試驗區位置示意圖（單位:m）

2.3 參數確定

大壩填筑細堆石料要求：最大粒徑400 mm，級配連續，小于2mm的含量不超過5 %，填筑碾壓后孔隙率n=22%～25%。

3 現場試驗

為了確定爆破試驗時，距離對爆破震動衰減特性的影響，現場采用CD-1型和CDJ-28型速度傳感器、MCS-2000瞬態波形存儲自記儀及裝有MCS-2000分析軟件的Evo-n110COMPAQ便攜計算機進行數據采集，采集的數據詳見表1。

表1 爆破試驗成果表

4 試驗結果及其分析

4.1 試驗結果

試驗過程中，嚴格按照試驗方案操作。爆破方法合理，開挖爆破在坡體上產生的震動荷載得到了較好的控制，沒有對上部巖體及支護產生明顯影響，爆破的巖石經現場篩分試驗顯示滿足設計要求。

對于巖質高邊坡的爆破震動安全允許指標，設計部門提出允許的安全質點振速為10cm/s，但沒有規定具體的監控部位。在文獻[3]根據三峽工程邊坡爆破震動觀測資料及邊坡變形安全監測信息，提出并采用的控制指標為：當爆心距10m～15m時，允許的爆破質點峰值振速為10cm/s～15cm/s，依據該指標[4]，爆破震動速度處于受控狀態。

4.2 回歸分析

根據現場試驗數據，經過回歸分析得出速度與距離之間的關系：

5 結論

（1）該工程按照目前的爆破施工方案能夠有效的控制爆破對已成邊坡的震動影響，在有效的施工控制情況下，能夠將爆破震動影響降低到最小，但是隨著現場地址情況的改變以及邊坡高差的增加，邊坡的穩定還需要加大現場控制及檢測。

（2）爆破試驗與測量可按照與現場所進行相應爆破相同的方式執行，同時進行回歸分析可以得出相應的現場爆破震動結果，隨著距離的增加，點速逐漸趨近于零，所得的經驗公式對于類似工程其爆破震動控制具有一定的借鑒作用。

[1]汪旭光，于亞倫，劉殿中.爆破安全規程實施手冊 [M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京:冶金工業出版社，2004.

[3]舒大強，賴世驤，朱傳云等.巖石高邊坡爆破震動效應觀測與分析[J]爆破. 2000,17( 專輯) : 245-248

[4]舒大強, 李小聯,占學軍等.龍灘水電工程右岸高邊坡開挖爆破震動觀測與分析[J].爆破, 2002, 19(4): 65-67.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.022