爆破振動對地下廠房巖壁梁混凝土影響的研究

姚　珊，　宋 衛 民

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司 曲靖分公司,云南 昆明　650041；

2.四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，四川 康定　626000)

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爆破振動對地下廠房巖壁梁混凝土影響的研究

姚珊1，宋 衛 民2

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司 曲靖分公司,云南 昆明650041；

2.四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，四川 康定626000)

摘要：巖錨梁是一種既經濟又安全的新型結構，近年來在我國水電站地下廠房建設中獲得了較廣泛地應用。但由于工期原因，往往在巖錨梁混凝土28 d齡期后就進行臨近洞室的爆破作業，其爆破振動對巖錨梁的破壞影響較大。如何降低影響，需要進行深入地研究。

關鍵詞：爆破振動；巖壁梁；混凝土；影響；研究；黃金坪水電站

1工程概述

黃金坪水電站位于大渡河上游河段，系大渡河干流水電規劃“三庫22級”中的第11級電站。廠房位于大渡河姑咱鎮時濟橋上游，安裝6臺機組，總裝機容量為850 MW。廠房縱軸線方位為N70°W。廠房、主變室、尾水閘門室三大洞室采用平行并列布置。主變室布置于廠房和尾閘室之間，與廠房、尾閘室間的巖柱厚度分別為45 m、35 m。

廠房從山里至山外依次布置副廠房、主機間、安裝間，呈“一”字型排列。主副廠房總長206.3 m，其中主機間長129 m，安裝間長54.4 m，副廠房長22.9 m。主副廠房斷面為弧拱直墻型，主機間毛洞斷面尺寸：頂拱跨度28.8 m，巖錨吊車梁以下跨度25.5 m，最大高度65.9 m；安裝間跨度與主機間相同，最大高度為28 m；副廠房毛洞斷面尺寸：跨度25.5 m，最大高度38.6 m。

2爆破質點振動速度控制要求及標準

2.1爆破質點振動速度控制要求

巖壁梁混凝土澆筑前應先進行廠房Ⅳ層預裂，混凝土澆筑完成28 d齡期內不允許在混凝土周邊30 m范圍內進行爆破作業，28 d齡期后的爆破作業應根據廠房爆破振動安全監測數據嚴格控制單響藥量，以保證巖壁梁混凝土不因爆破振動擾動破壞。根據設計圖紙要求，巖壁梁混凝土28 d強度后質點振動速度不得大于7 cm/s。在巖臺開挖期間進行爆破振動 監 測，反 演k、α值，以確定Ⅳ層開挖爆破時的最大單響藥量。

2.2爆破深度影響判斷標準

根據《水電水利工程爆破安全監測規程》(DL/T 5333-2005)，聲波檢測法判斷爆破破壞或基礎巖體質量的標準以同部位的彈性波縱波的爆后波速與爆前波速的變化率η衡量，當無法進行爆前測試時，宜與孔底穩定波速對比。在該工程中，采用爆前爆后波速進行對比的方法進行爆破影響深度判別，判別標準系根據《水電水利工程爆破安全監測規程》(DL/T 5333-2005)，按照表1中所示判斷標準進行。

表1　爆破影響深度聲波檢測法判斷標準表

2.3測試儀器及方法

爆破影響深度檢測采用單孔聲波檢測方法。

所采用的聲波檢測設備為RS-ST01C型智能巖石聲波檢測儀和RS-SD30型單孔一發雙收換能器。單孔聲波在無金屬套管、有水耦合的鉆孔中檢測；探頭采用一發雙收裝置，發射與兩個接收換能器的距離分別為30 cm和50 cm。檢測從孔底向孔口檢測，移動步距為0.2 m。

爆破影響深度檢測采用同孔爆前爆后聲波測試的方法進行，在爆破前使用潛孔鉆在巖臺上鉆設檢測孔，造孔完成后用清水沖洗鉆孔并進行聲波測試。爆前檢測后用PVC管對檢測孔進行保護，爆后找到原檢測孔后用清水沖洗鉆孔，然后進行爆后聲波測試，并與爆前測試結果進行對比，以判斷爆破影響深度和影響程度。

3爆破質點振動速度控制

3.1爆破參數及振動測點布置

本次爆破試驗主變室開挖采用水平孔梯段爆破，上、下游分為兩組爆破，各布置12個炮孔，孔深6 m，單孔裝藥量為4.6 kg，每組開挖爆破分為4段起爆，使用非電毫秒導爆管雷管微差起爆，雷管跳段使用，最大單響藥量為13.8 kg。

根據現場情況，爆破振動測點主要布置在主變室上游邊墻靠近底板部位。另外在廠房巖壁梁對應樁號部位布置了3個振動測點。第二組爆破試驗中，主廠房部位的3個測點已經拆除，所以只布置了主變室的5個測點。

3.2振動監測成果

結合開挖爆破試驗進行了兩組振動測試，獲得有效數據36點次，具體成果見表2、3，表中同時列出了測點布置部位和距離。

從監測結果可以看出：第一組爆破試驗中，實測最大振速為主變室距爆源10 m測點豎直向振速值(8.9 cm/s)，在廠房巖壁梁對應樁號部位實測最大振速值為2.8 cm/s。廠房內55 m距離處實測振速與主變室洞內30 m左右實測振速值相當，這可能是因主變室與廠房間為完整巖墻、振速在巖體內衰減相對較慢的緣故。為保證主變室開挖時廠房巖壁梁混凝土的安全，在后續回歸爆破振動衰減規律時會考慮該因素；第二組爆破試驗區域相對第一組而言，與各測點的距離相對減小，但是實測振速值明顯比第一組小；分析其原因，可能是由于第一組試驗臨空面條件相對較差、處于較大的夾制作用中，故誘發振動相對較大；而第二組爆破試驗時，一方面可以充分利用第一組試驗創造的臨空面且該部位巖體已經為第一組試驗松動，由其誘發的振速值明顯下降。

3.3爆破振動衰減規律及振速預報公式

目前，爆破界一般通行使用前蘇聯M.A薩道夫斯基經驗關系式作為峰值質點振動速度衰減規

律的回歸方程：

(1)

表2　第一組主變室開挖爆破試驗振動監測成果表

表3　第二組主變室開挖爆破試驗振動監測成果表

式中V為峰值質點振動速度，cm/s；Q為最大單響藥量，kg；R為爆心距或波行距，m；K,α為回歸系數，與地形地質條件及爆源類型有關。

對主變室爆破試驗振動實測數據進行整理發現，主要考慮第一組爆破試驗測試成果，對實測振速值(cm/s)及相應的爆心距(m)和單段藥量(kg)進行統計，按照薩道夫斯基公式進行回歸計算。回歸分析中，考慮到實測廠房相對主變洞本洞內同距離部位實測振速值要大，同時，鑒于實測樣本值有限，故對振動衰減規律按照99%的保證率進行回歸計算，得到各方向振動衰減公式如下：

(1) 水平徑向質點振動速度：

(2)

(2) 水平切向質點振動速度：

(3)

(3) 豎直向質點振動速度：

(4)

上述回歸得到的爆破振動衰減規律(式(2)～式(4))可以作為目前主變室開挖爆破方式下主廠房及相關洞室振速預報和允許單響藥量核算的依據。

4爆破質點振動檢測及得出的結論

4.1檢測部位及檢測孔的布置

為了使檢測爆破對預留巖臺損傷情況具有代表性，選取了三段不同類型的圍巖進行測試，上游側為廠橫0+115樁號，下游側分別為廠橫0+145，廠橫0+152樁號。廠橫0+115樁號及附近巖體較為完整，爆前巖臺保護層保留也較為完整；廠橫0+145樁號及附近巖臺預留保護層有輕微破壞，巖體節理裂隙較為發育；廠橫0+152樁號及附近巖體預留保護層有輕微損傷，巖體局部發育裂隙。檢測孔的分布基本上能夠代表較差、一般、較好三種不同的圍巖類型，以確保檢測數據具有代表性。

聲波檢測孔均布置于巖臺部位，與水平面成10°～20°下傾角，各組布置1個孔，孔徑為φ76，孔深5.4～6m。

爆破松動影響檢測完成3個孔(爆前爆后)、共30m的聲波測試工作。

4.2檢測成果

各孔聲波平均波速值、爆前爆后波速分段統計、波速變化率及爆破影響深度見表4。

表4　主廠房巖壁梁開挖聲波檢測成果統計分析表

圖1　主廠房巖壁梁zcfsyCZ0+115孔深度-波速曲線圖

圖2　主廠房巖壁梁zcfsyCZ0+152孔深度-波速曲線圖

圖3　主廠房巖壁梁zcfxyCZ0+145孔深度-波速曲線圖

4.3檢測成果分析及取得的結論

在主廠房巖壁梁巖臺3個部位的聲波檢測中，3個孔平均波速均在4 000 m/s左右，各聲波孔波速除局部有一定起伏外，總體相對比較穩定。

上游巖臺0+115和0+152樁號處爆后0.4 m和0.6 m范圍內平均波速相對爆前分別下降了8%和7%。參考《水利水電工程爆破安全監測規程》(DL/T 5333-2005)相關判斷標準，該部位巖壁梁開挖導致局部爆破破壞甚微或未破壞，爆破影響深度平均值為0.5 m。

下游巖臺0+145樁號處爆后0.6 m范圍內平均波速相對爆前下降10.4%。參考《水利水電工程爆破安全監測規程》(DL/T 5333-2005)相關判斷標準，該部位巖壁梁開挖導致局部0.6 m深度的輕微爆破破壞(波速變化率在10%～15%之間，略超過10%)，爆破影響深度為0.6 m。

根據對以上三個檢測孔檢測數據進行分析得知：黃金坪水電站地下廠房巖壁梁爆破開挖情況總體是爆破破壞甚微或未破壞，爆破影響深度平均值為0.5 m；局部0.6 m范圍為輕微破壞(圖1～3)。

參考文獻:

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[6]唐浩.水電站地下廠房開挖爆破數值模擬與研究[D].武漢大學,2004.

(責任編輯：李燕輝)

姚珊(1982-)，男，陜西安康人，總工程師，工程師，工程碩士，從事水電工程施工技術與管理工作；

宋衛民(1967-)，男，河南洛寧人，副總工程師，高級工程師，從事水電工程建設技術與管理工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0029-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV554;TV542

收稿日期:2015-12-31