老撾南俄1水電站擴(kuò)機(jī)工程進(jìn)水口開挖爆破振動(dòng)監(jiān)測

朱智斌，范鵬鵬，代思波，張玉柱，胡浩然，趙小華

(1.東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司，四川 成都 611731；2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430010； 3.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072)

1 工程概況

南俄1(Nam Ngum 1)水電站位于老撾首都萬象以北約70 km湄公河左岸一級支流南俄河(Nam Ngum)干流上，1966年由Nam Ngum發(fā)展基金會(huì)出資興建，1971年建成投產(chǎn)，初期裝機(jī)規(guī)模30 MW。1976年～2003年，電站先后三次擴(kuò)機(jī)和升級，裝機(jī)容量最終擴(kuò)至目前的155 MW。2011年11月，中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司(KHIDI)根據(jù)業(yè)主東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司(DECI)要求，提出再次擴(kuò)建方案，新增一套引水發(fā)電系統(tǒng)。擴(kuò)機(jī)方案采用“單管單機(jī)”形式布置：進(jìn)水口布置于右岸壩頭上游約100 m處，采用岸塔式進(jìn)水口。在其下游山體內(nèi)布置2條壓力引水隧洞，洞徑6.6 m，長度分別為294.8 m和313.4 m，擴(kuò)機(jī)方案樞紐布置如圖1所示。

圖1 南俄1水電站建筑物分布及擴(kuò)機(jī)方案圖

擴(kuò)機(jī)工程石方爆破施工主要包括：進(jìn)水口邊坡及基礎(chǔ)開挖、引水隧洞開挖、廠房基礎(chǔ)開挖以及預(yù)留巖坎的拆除。其中，進(jìn)水口部位的土石方開挖方量最大，且距離原大壩防滲帷幕最近距離僅69 m，到大壩的距離約為75 m，需要重點(diǎn)關(guān)注爆破振動(dòng)對原大壩、下游廠房以及附屬建構(gòu)物的影響。在進(jìn)水口邊坡的爆破開挖中，采用至上而下、分層開挖的施工方法，為降低爆破振動(dòng)對原大壩的影響，其在平面上的推進(jìn)方向?yàn)楸畴x大壩方向。進(jìn)水口基坑的開挖程序與邊坡開挖一致，同時(shí)通過控制最大單響藥量來降低爆破振動(dòng)對原大壩及附屬建構(gòu)物的影響。

根據(jù)進(jìn)水口開挖爆破施工方案[1]，在新建進(jìn)水口開挖爆破施工區(qū)域內(nèi)，涉及到大壩、廠房及其設(shè)施設(shè)備等，表1給出了不同施工階段主要的保護(hù)對象及其與爆源的距離。

表1 主要保護(hù)對象及其與爆源的距離表 m

對進(jìn)水口開挖爆破施工影響范圍內(nèi)的大壩、防滲帷幕、運(yùn)行的電站機(jī)電設(shè)備及附屬結(jié)構(gòu)開展爆破安全跟蹤監(jiān)測，并對監(jiān)測成果進(jìn)行分析評價(jià)，并通過調(diào)查資料與測試資料的綜合分析，評價(jià)并控制開挖爆破施工對臨近大壩、防滲帷幕、運(yùn)行的電站機(jī)電設(shè)備等附屬設(shè)施設(shè)備的影響，確保大壩和電站的安全，同時(shí)為爆破反饋設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工提供依據(jù)。

監(jiān)測主要依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[2]中的相關(guān)規(guī)定開展的，監(jiān)測部位包括以下幾個(gè)部分：建筑物和設(shè)施設(shè)備包括壩基帷幕灌漿、混凝土重力壩、開關(guān)站、中控室、水輪機(jī)、廠房、啟閉機(jī)等。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)

爆破振動(dòng)監(jiān)測采用成都中科測控有限公司生產(chǎn)的爆破監(jiān)測儀(TC-4850)，如圖2所示。TC-4850爆破監(jiān)測儀自帶嵌入式計(jì)算機(jī)模塊，液晶屏顯示，儀器高度智能化，可在儀器上直接現(xiàn)場設(shè)置參數(shù)；采樣后能立即預(yù)覽最大值、頻率及波形等信息。

圖2 TC-4850型爆破測振儀圖

現(xiàn)場監(jiān)測采用的儀器系統(tǒng)由振動(dòng)檢波器、信號(hào)采集與記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，這是一套先進(jìn)的數(shù)字化記錄、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其核心為爆破振動(dòng)信號(hào)自記儀及波形處理系統(tǒng)。設(shè)備采樣率為1～50 ksps，讀數(shù)精度達(dá)到1‰，頻響范圍為5～500 Hz。

本次監(jiān)測采用的振動(dòng)速度檢波器是三向振動(dòng)速度傳感器。在具體監(jiān)測過程中，重點(diǎn)監(jiān)測部位同一測點(diǎn)一般布置一臺(tái)三向速度傳感器(可同時(shí)測量豎直向、水平徑向和水平切向的振動(dòng))，用石膏固定在所需監(jiān)測的部位，然后將自記儀與其相連。爆破振動(dòng)信號(hào)傳遞到測點(diǎn)時(shí)，自記儀自動(dòng)記錄信號(hào)。爆后利用專門編制的爆破振動(dòng)分析軟件將自記儀采集到的振動(dòng)信號(hào)輸入電腦中，進(jìn)行存儲(chǔ)與分析處理。

2.2 測點(diǎn)布置及監(jiān)測規(guī)劃

根據(jù)保護(hù)對象的要求，進(jìn)水口開挖過程中爆破振動(dòng)監(jiān)測共布置7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別對大壩防滲帷幕，啟閉機(jī)，大壩，發(fā)電廠房，開關(guān)站，中控室和水輪機(jī)進(jìn)行了監(jiān)測，測點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場測點(diǎn)布置圖

圖3中：1號(hào)為防滲帷幕監(jiān)測點(diǎn)；2號(hào)為啟閉機(jī)；3號(hào)為開關(guān)站監(jiān)測點(diǎn)；4號(hào)為中控室監(jiān)測點(diǎn)；5號(hào)為廠房監(jiān)測點(diǎn)；6號(hào)為水輪機(jī)監(jiān)測點(diǎn)；7號(hào)為大壩監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測規(guī)劃如下：

1)在項(xiàng)目實(shí)施前進(jìn)行爆破安全監(jiān)測設(shè)計(jì)并編制實(shí)施計(jì)劃，報(bào)監(jiān)理人審批。

2)爆破振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采用國內(nèi)先進(jìn)的數(shù)字式監(jiān)測設(shè)備，包括采用爆破微型測試系統(tǒng)、速度傳感器、爆破振動(dòng)自記儀、動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)等設(shè)備及軟件對重要爆破、重點(diǎn)部位爆破時(shí)的關(guān)鍵部位進(jìn)行爆破實(shí)時(shí)監(jiān)測。主要測試質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度及其主頻率。

3)以爆破振動(dòng)監(jiān)測的反饋分析為主，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)和施工工藝，確保施工質(zhì)量和邊坡的安全。

4)監(jiān)測貫穿施工開挖全過程，對爆破進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，滿足監(jiān)測數(shù)量和測次的要求。對各主要部位的控制爆破技術(shù)的效果及時(shí)檢查和評價(jià)、優(yōu)化爆破工藝及爆破參數(shù)。

5)測點(diǎn)布置突出重點(diǎn)(地質(zhì)條件差的部位、重要的保護(hù)對象)。

6)監(jiān)測工作的重點(diǎn)是避免單響藥量過大、爆破排數(shù)過多、預(yù)裂爆破未提前起爆或預(yù)留寬度過小、重段及缺孔、鉆孔深度過大、孔底大直徑裝藥等。

2.3 控制標(biāo)準(zhǔn)

在水電站擴(kuò)機(jī)爆破施工中，周圍已有水工建筑物振動(dòng)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的確定原則主要為：國家爆破行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；國內(nèi)外同類水電擴(kuò)機(jī)工程采用的振動(dòng)安全預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合工程自身特點(diǎn)制定適合本工程的控制標(biāo)準(zhǔn)。本工程中分別參考三峽三期上游圍堰的爆破拆除[3]、烏江渡[4]、白蓮河[5]和東江[6]等類似工程，制定了本工程采用的爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[7]。

3 監(jiān)測結(jié)果及評價(jià)

3.1 爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需對爆破施工影響范圍內(nèi)保護(hù)對象的爆破振動(dòng)情況實(shí)施跟蹤監(jiān)測，以確保壩區(qū)及原廠房既有建筑設(shè)備的安全。在進(jìn)水口開挖過程中，依據(jù)《老撾南俄1水電站擴(kuò)機(jī)項(xiàng)目施工期爆破安全監(jiān)測實(shí)施大綱》，選取了7個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，并根據(jù)每次監(jiān)測結(jié)果，提交監(jiān)測簡報(bào)。在進(jìn)水口開挖過程中，共實(shí)施了33次爆破振動(dòng)監(jiān)測。圖4～圖10分別繪制了7個(gè)關(guān)鍵部位質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)(PPV)的監(jiān)測情況，其中PPV取三個(gè)方向的最大值。

表2 南俄1水電站擴(kuò)機(jī)工程進(jìn)水口開挖爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)表 cm/s

圖4 防滲帷幕PPV監(jiān)測情況圖

圖5 啟閉機(jī)PPV監(jiān)測情況圖

圖6 開關(guān)站PPV監(jiān)測情況圖

圖7 中控室PPV監(jiān)測情況圖

圖8 廠房PPV監(jiān)測情況圖

圖9 水輪機(jī)PPV監(jiān)測情況圖

圖10 大壩PPV監(jiān)測情況圖

3.2 爆破振動(dòng)影響評價(jià)

從圖4～圖10中可以看出：

1)防滲帷幕處測點(diǎn)有4次振動(dòng)未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)水平(PPV)介于0.00～0.36 cm/s，均低于安全預(yù)警值1.2 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.76 cm/s，不到預(yù)警值的60%。經(jīng)檢測，爆破施工期間，壩體排水廊道內(nèi)滲水量無明顯波動(dòng)，爆破振動(dòng)未對防滲帷幕的安全和運(yùn)行造成影響。

2)啟閉機(jī)處測點(diǎn)監(jiān)測到的PPV介于0.05～1.19 cm/s，均低于安全預(yù)警值2.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為1.19 cm/s，不到預(yù)警值的50%。整個(gè)施工期間，啟閉機(jī)外觀未見異常，可正常起閉運(yùn)行。

3)開關(guān)站處測點(diǎn)有1次振動(dòng)未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.17 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.17 cm/s，不到預(yù)警值的40%。開關(guān)站內(nèi)所有設(shè)備運(yùn)行正常，爆破振動(dòng)對開關(guān)站安全未造成影響。

4)中控室處測點(diǎn)有4次振動(dòng)未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.23 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.23 cm/s，不到預(yù)警值的50%。在整個(gè)開挖施工爆破中，中控室運(yùn)行正常，各類電器設(shè)備均未發(fā)生異常現(xiàn)象。

5)廠房處測點(diǎn)有4次振動(dòng)未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.35 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.35 cm/s，不到預(yù)警值的70%。整個(gè)進(jìn)水口爆破開挖施工中，發(fā)電廠房未出現(xiàn)異常，保證了電站安全正常發(fā)電。

6)水輪機(jī)處測點(diǎn)監(jiān)測到的PPV介于0.03～0.13 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.13 cm/s，不到預(yù)警值的30%。水輪機(jī)在整個(gè)爆破施工過程中均正常運(yùn)行，未影響正常生產(chǎn)工作。

7)大壩處測點(diǎn)有4次振動(dòng)未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.03～0.49 cm/s，均低于安全預(yù)警值5.0 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.49 cm/s，不到預(yù)警值的10%。大壩整體位移及形變量未受影響，壩體未出現(xiàn)明顯異常。

在整個(gè)爆破開挖施工中，各關(guān)鍵部位監(jiān)測到的最大振動(dòng)峰值均小于對應(yīng)的預(yù)警值。防滲帷幕處監(jiān)測到的最大振動(dòng)峰值為預(yù)警值的63%，其它6個(gè)關(guān)鍵部位監(jiān)測到的最大振動(dòng)峰值均小于對應(yīng)預(yù)警值的50%，如表3所示。因此，老撾南俄1水電站擴(kuò)機(jī)工程新建進(jìn)水口爆破開挖施工不會(huì)危機(jī)對原大壩及附屬重要建筑物的安全。

表3 關(guān)鍵部位振動(dòng)峰值的最大監(jiān)測值表

4 結(jié) 語

從各次監(jiān)測結(jié)果來看，7個(gè)關(guān)鍵部位監(jiān)測到的爆破振動(dòng)峰值均未達(dá)到安全預(yù)警值，且具有較大的安全裕度，說明在進(jìn)水口開挖過程中，爆破振動(dòng)不會(huì)危及壩區(qū)及廠房建筑設(shè)備的安全。同時(shí)，通過爆破施工中各保護(hù)部位的實(shí)時(shí)監(jiān)測及反饋，有效指導(dǎo)了爆破設(shè)計(jì)，保證了下游電站廠房的安全正常發(fā)電，為類似工程的爆破施工及安全監(jiān)測提供參考。