木坡水電站引水系統爆破振動安全監測

彭 剛 喻廷宇

（四川小金川水電開發有限公司 四川 阿壩 624200）

1 工程概況

木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內的撫邊河干流上，采用引水式開發，電站樞紐建筑物包括首部攔河取水樞紐、引水系統和廠區樞紐等組成。電站正常蓄水位2709m，利用落差135m，設計引用流量43.32m3/s，裝機45MW，引水隧洞采用左岸有壓隧洞方案，隧洞長度為10074m，壓力管道為埋管，長度為418m，木坡水電站引水系統近鄰或穿過小金縣撫邊鄉營門村和小金縣木坡鄉木龍村、達木村，沿線建（構）筑物較多。

2 爆破振動問題的提出

木坡水電站于2010年6月1日開工，引水隧洞共計布置6條施工支洞（分別為0#～5#施工支洞），調壓井頂部布置了一條通風洞、調壓井底部蝶閥室布置了一條交通洞、壓力管道下平段布置了1條施工支洞，其中0#施工支洞、1#施工支洞、2#施工支洞、5#施工支洞、蝶閥室交通洞、壓力管道下平段施工支洞距離村莊較近，從20m至200m不等，只有3#、4#施工支洞距離村莊較遠，超過1000m。承包人進場后，根據征地進展情況首先開始施工4#施工支洞，承包人參考類似項目編制上報了爆破施工方案，利用首先開工的4#施工支洞進行了簡單的爆破試驗，試驗后確定了木坡水電站引水系統地下工程爆破施工參數，爆破施工參數表見表1。

在木坡水電站各個爆破施工作業面全面開工后，附近居民提出了嚴重抗議，原因為爆破施工對房屋產生了較大的振動，影響到房屋的安全，由于抗議范圍廣，工程施工不得不暫時停工。

3 爆破振動較大原因分析

在工程施工停工后，組織相關技術人員對爆破振動偏大的原因進行了分析，分析認為由于以下三方面的原因導致爆破振動偏大。

3.1 沿線建（構）筑物抗振能力差

木坡水電站地處阿壩州藏族羌族自治州小金縣，屬于少數民族地區，鄉村基礎設施落后，房屋基本上是砌石結構，普遍居住時間較長，房屋老化嚴重，加上小金縣屬于2008年“5.12”汶川大地震重災區，地震對房屋造成了嚴重的影響，但地震后房屋基本上都只是將裂縫進行了簡單修補，房屋表面看著完好，實則隱患較大，實際抗振能力比地震前有所降低。

表1 木坡水電站引水系統爆破施工參數表

表2 木坡引水系統圍巖堅固系數、單位彈性抗力系數值

3.2 引水系統巖石堅固系數較小，強度較低

木坡水電站引水系統穿越區，山體渾厚、地形陡峻、地質構造較單一，相對高差較大，但巖性復雜，板巖、千枚巖分布較多，巖性較軟弱。引水系統進出口段及過溝段為風化卸荷巖帶，地下水影響較為強烈，巖體完整性差，結構松散。圍巖堅固系數、單位彈性抗力系數值見表2。

參考李凡友、王增光所著《地下洞室圍巖分類與石方開挖分級的對應關系探討》（《水利水電工程造價》2006（2）：21～23）中所探討的地質分類與巖石分級的對應關系，根據木坡水電站引水系統圍巖堅固系數、單位彈性抗力系數值，木坡水電站引水系統Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類圍巖對應的巖石等級分別為Ⅵ級、Ⅵ～Ⅴ級、≤Ⅴ級，其巖石等級比較低，相應巖石的強度也較低。

3.3 爆破參數偏大，導致爆破振速偏大

從爆破掌子面來看，爆破效果較差，爆破斷面超開挖線嚴重，爆破渣料顆粒較細，同時對木坡水電站附近的小微電站爆破參數進行了了解，爆破單耗比木坡電站小，綜合分析認為木坡水電站采用的爆破參數偏大是振動較大的直接原因。

4 爆破施工參數調整

在出現爆破振動較大的情況后，為了提高施工效果，同時減小爆破振動對附近建（構）筑物的不利影響，采取了僅施工距離建（構）筑物較遠無爆破振動影響的3#、4#施工支洞，其余施工工作面暫停施工的措施，同時對3#、4#施工支洞進行爆破振動監測，采集爆破振動速度及振動頻率。

4.1 爆破振動安全控制標準取值

由《爆破安全規程》GB6722-2003規定的爆破振動安全允許標準表可以看出爆破振動安全控制標準由保護對象類別和爆破振動主振頻率所確定。根據木坡水電站現場實際狀況，木坡水電站各保護區的房屋多屬于標準表所列第一行“土窯洞、土坯房、毛石房屋”，同時4#施工支洞實際監測到的爆破振動速度（cm/s）峰值對應的頻率大于10Hz，因此木坡水電站各保護區房屋的爆破振動安全控制標準應為標準表第一行第二列的0.7～1.2cm/s，為嚴格控制爆破，維護保護對象安全，減小對保護對象的影響，木坡水電站各保護區房屋的爆破振動控制標準取值采用了國家規程規范要求的下限值即0.7cm/s。

4.2 調整后的爆破參數

根據參建各方綜合分析、結合爆破施工效果及參考當地小微電站爆破參數，將爆破參數降低到初始爆破參數的0.90、0.85、0.80，并進行密集振動數據監測，依據監測情況調整爆破參數，以保證工程盡快全面恢復施工。根據監測數據情況分析，最終確定將爆破參數降低到初始爆破參數的0.85，降低后的爆破參數見表3。

5 爆破振動監測及監測成果分析

5.1 爆破振動監測方法與實施

為了準確確定周邊建（構）筑物質點振動速度安全允許值、總結不同爆源不同保護區爆破振動傳播規律、通過實時監測，劃定爆破振動影響范圍，為客觀、公正、公平地評價爆破振動影響提供科學依據。對調整爆破參數后的爆破施工進行了爆破振動監測，本工程爆破監測儀器為成都中科測控公司生產的TC-4850型便攜式振動數據采集儀，傳感器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。按DL/T5333-2005《水電水利工程爆破安全監測規程》規定，每個測點按照水平徑向、水平切向和豎直向三個方向布置傳感器。儀器一般選在距離爆源較近的屋內一層相對安靜、穩定，無人員擾動的地面上，總體規律近密遠疏。數字地震檢波器在等待觸發狀態下，自動記錄下所有由振動產生的大于設定觸發速度值的數據及波形。根據工程實際情況分別在0#施工支洞附近布置了5個監測點、1#（2#）施工支洞附近布置了5個監測點、5#施工支洞（蝶閥室交通洞）附近布置了5個監測點、壓力管道下平段施工支洞布置了2個監測點，共計布置了16個監測點。

各監測部位共進行了116場次的爆破振動監測，獲得有效振動數據1455點次，對爆破過程中實測到的爆破振動波形進行整理，并將實測的質點爆破振動振動速度（cm/s）峰值進行統計。

5.2 爆破振動監測成果分析

根據《水電水利工程爆破安全監測規程DL/T5333－2005》，爆破質點振動速度傳播規律，按下式進行回歸整理：

式中：V—峰值質點振動速度，cm/s；

Q—最大單響藥量，kg；

R—測點距爆源的水平距離，m；

H—邊坡測點至爆源的高差，m；

K,α,β—與爆區至測點間的地形、地質條件有關的衰減指數。

對各場次的爆破試驗振動實測數據進行整理，將實測振速值（cm/s）及相應的單段藥量（kg）、爆心距（m）和高差（m）進行統計，對三個方向質點振動速度按照式（5-2）進行回歸計算，由于引水系統各段巖石類別不同，因此對不同爆破施工區的保護區分別進行計算，得到各保護區爆破振動衰減規律：

（1）0#施工支洞附近

水平徑向振速衰減規律：

水平切向振速衰減規律：

垂直向振速衰減規律：

（2）1#、2#施工支洞附近

水平徑向振速衰減規律：

水平切向振速衰減規律：

垂直向振速衰減規律：

（3）5#施工支洞、蝶閥室交通洞附近

水平徑向振速衰減規律：

水平切向振速衰減規律：

垂直向振速衰減規律：

（4）壓力管道下平段施工支洞附近

水平徑向振速衰減規律：

水平切向振速衰減規律：

垂直向振速衰減規律：

根據推導出的公式反演可得各保護區房屋最大可能振動速度（cm/s）值。

5.3 爆破振動影響

（1）實測爆破振動速度超過安全控制標準的保護對象

實測爆破振動速度超過安全控制標準0.7cm/s的保護對象見表4。

（2）反演可能最大振動速度超過安全控制標準的保護對象

反演可能最大振動速度超過安全控制標準0.7cm/s的保護對象見表5。

表3 木坡水電站引水系統爆破施工參數表（調整后）

表4 實測爆破振動速度超過安全控制標準的保護對象表

表5 反演可能最大振動速度超過安全控制標準的保護對象表

爆破施工結束后，對沿線建（構）筑物進行詳細的損傷檢查，并對對損傷進行了費用補償，補償費用約40萬元，如若不采取爆破振動監測以及爆破參數調整估計補償費用會達300萬元以上。

6 結語

必須指出，爆破振動效應的研究及其應用是一個很復雜的課題，實際工程振動效應應綜合考慮爆破振動速度、頻率和持續時間等因素。鑒于場地系數和衰減指數與爆破點至評價保護對象間的地形、地質條件的復雜關系，用于回歸計算的監測數據越多越好。在工程實踐中經常出現振動速度超過安全允許速度而建（構）筑物未見明顯損傷，或小幅度振動源的長期、頻繁作用未受重視而危害建（構）筑物，導致工程糾紛的情況。因此，應結合工程實際和爆破參數，合理設置監測系統，充分利用先進的信號處理方法，對實際工程條件下的爆破振動效應和影響因素進行研究分析。此外在工程運行過程中應注意結構現狀的跟蹤調查，必要時采用聲波儀、回彈儀等進行監測，在保障工程安全運行的同時，還可以通過數據積累與分析，為確定工程安全控制標準及其可靠性提供科學依據。陜西水利

[1]李凡友，王增光.地下洞室圍巖分類與石方開挖分級的對應關系探討[J]水利水電工程造價 2006（2）：21～23；

[2]《爆破安全規程》GB6722-2003；

[3]《水電水利工程爆破安全監測規程D L/T5333-2005。