云峰水電站大壩基礎(chǔ)開挖爆破振動試驗(yàn)研究

李廣一，王大治，陸 陽

（1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061；2.中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118000）

云峰水電站位于吉林省集安市青石鎮(zhèn)，在中朝界河鴨綠江中游，工程級別為一級工程。當(dāng)年大壩施工開挖時，在右岸50，51號壩段基礎(chǔ)出露有F15斷層。由于中朝雙方認(rèn)識不一致，朝方當(dāng)時沒有對該斷層進(jìn)行處理，而中方認(rèn)為大壩目前的安全裕度不足，需加固處理，即在51，52號壩段下游設(shè)置抗滑墩，抗滑墩基礎(chǔ)開挖范圍緊鄰大壩，自大壩向下游延伸50 m、寬度36 m，最大深度10余m；同時，為形成穩(wěn)定邊坡，需對右岸山體部分地段進(jìn)行削坡，總開挖量為2萬m3；而開挖工期不到2個月 （2月6日到3月30日），日開挖強(qiáng)度達(dá)400余m3。

除邊坡部分地段為土方外，開挖區(qū)大部為巖石及大壩施工階段的混凝土殘留物。開挖巖石以凝灰集塊巖、板巖及后期侵入的少量玢巖等；這些巖石的抗壓強(qiáng)度均在40 MPa以上，個別甚至大于100 MPa，多屬堅(jiān)硬巖石，且施工時段的氣溫較低，現(xiàn)場開挖應(yīng)采用鉆爆法。

在設(shè)計(jì)技術(shù)要求中，只給出了該次爆破施工應(yīng)保證大壩等建筑物及防滲帷幕的穩(wěn)定與安全，采用控制爆破技術(shù)，其裝藥量必須由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

1 爆破振動安全保護(hù)對象

該次爆破施工所考慮的重要建筑物為云峰大壩，且在大壩鄰近部位開挖，施工難度大，爆破期間必須考慮大壩及其灌漿帷幕的安全質(zhì)點(diǎn)振速的大小。按照設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)程規(guī)范[1～3]要求，大壩及其帷幕的安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分別為6.0～10.0 cm/s和2.0～2.5 cm/s。由于云峰大壩已經(jīng)運(yùn)行40多年，混凝土存在一定的老化，因此，該次爆破試驗(yàn)對大壩的安全允許振速暫時按8.0 cm/s控制，個別因單響藥量稍大或爆心距較小的爆破試驗(yàn)，其最大振速則按10.0 cm/s進(jìn)行校核；對灌漿帷幕的安全允許振速，大小按2.0 cm/s選取。

另外，由于云峰大壩位于中朝邊境線上，在齒槽開挖部位進(jìn)行爆破作業(yè)，必須注意對飛石進(jìn)行防護(hù)，將飛石傳播距離控制在50～100 m以內(nèi)，堅(jiān)決避免因飛石距離過大引發(fā)意外糾紛。飛石防護(hù)的主要措施，除應(yīng)采用控制爆破技術(shù)外，還需采取炮被覆蓋的方法。

2 觀測設(shè)備及振動測點(diǎn)布置

2.1 觀測設(shè)備

該次爆破試驗(yàn)，拾振器采用頻率較高的DJP-70型拾震器（頻寬30～400 Hz）和PS-4.5B型地震傳感器（頻寬10～800 Hz）。采集系統(tǒng)選用16通道WS-5921/U系列數(shù)據(jù)采集儀，并配有功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析軟件。拾振器靈敏度和設(shè)備的采集速度均滿足測試要求，且使用前由省級計(jì)量檢測單位對測試系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定。

2.2 振動測點(diǎn)布置

根據(jù)云峰大壩齒槽開挖部位和現(xiàn)場實(shí)際情況，并結(jié)合大壩及帷幕等主要保護(hù)對象，與建設(shè)單位共同確定了振動測點(diǎn)的安裝位置。即分別在53號壩段壩頂、49號壩段下游、53號壩段廊道（集水井處）、53號壩段廊道出口（下游側(cè)）和51號壩段下游壩腳處，各布置1支垂向傳感器，總計(jì)5支傳感器。其中，安裝在下游壩腳處的傳感器將根據(jù)爆破位置的變化情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3 爆破試驗(yàn)振動觀測

抗滑墩右岸山體邊坡開挖將采用機(jī)械與爆破結(jié)合的方式進(jìn)行，用挖掘機(jī)清除表面松動土石層，局部堅(jiān)硬地段用爆破法開挖，其爆破施工工藝及控制標(biāo)準(zhǔn)可以參照抗滑墩基礎(chǔ)開挖方案。故該次爆破試驗(yàn)的重點(diǎn)放在了抗滑墩基礎(chǔ)開挖部位，且集中在近壩地段。

3.1 爆破試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

由于沒有詳細(xì)的地勘資料，開挖地質(zhì)條件不是很清楚，并且現(xiàn)場地形復(fù)雜，爆破位置距大壩又較近。所以，爆破施工中計(jì)劃采用手風(fēng)鉆打孔，孔徑φ42 mm，間排距一般為0.6～1.0 m，實(shí)施淺孔爆破，同時，嚴(yán)格控制每次爆破的最大單響起爆藥量。在開挖區(qū)的近大壩地段，孔深小且孔數(shù)少（甚至單孔），減少最大單響起爆藥量；在中間地段，則適當(dāng)提高藥量，可以選擇孔深較大的多孔起爆方式。藥量主要是根據(jù)日本吉川經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行控制：

式中 V—振速，cm/s；K—與場地有關(guān)的振動系數(shù)；Q—最大單響藥量，kg；R—爆心距，m。

同時，也參考了類似工程進(jìn)行對比來估算的。每次試驗(yàn)由施工單位提出具體爆破位置，然后經(jīng)試驗(yàn)人員確認(rèn)最大單響起爆藥量。

3.2 爆破試驗(yàn)觀測成果

試驗(yàn)成果主要選取了部分場次的爆破施工，其中在抗滑墩基礎(chǔ)中部選擇1次和近壩處選擇2次。整理每次爆破的藥量參數(shù)和各測點(diǎn)的振速值見表1。

表1 云峰水電站爆破試驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)振動速度成果

中部淺孔爆破試驗(yàn)中，總裝藥量為10 kg，一次起爆。5個測點(diǎn)中，距大壩最近點(diǎn)為51號壩段壩腳（36.9 m），最遠(yuǎn)的為53號壩段廊道測點(diǎn)，各測點(diǎn)的最大振速值總體符合隨著爆心距增大而減小的一般變化規(guī)律，僅該壩段壩頂測點(diǎn)因存在結(jié)構(gòu)放大效應(yīng)比49號壩段下游測值略大 （見表1），說明該次試驗(yàn)規(guī)律性較好，結(jié)果可信。在單響起爆藥量10 kg條件下，最大振動速度僅為1.11 cm/s，均處于各安全允許振速范圍以內(nèi)。

在近壩處爆破，B點(diǎn)和D點(diǎn)兩次試驗(yàn)的爆心與大壩（51號壩段壩腳測點(diǎn)）的距離分別只有4.1 m和6.9 m，對兩次試驗(yàn)的最大單響藥量進(jìn)行了嚴(yán)格限制，均小于1.0 kg。由于53號廊道出口等其它測點(diǎn)距離爆心多達(dá)30 m以上，遠(yuǎn)大于51壩段壩腳測點(diǎn)，這樣，試驗(yàn)中的振速值差異也較大。最近測點(diǎn) （51號壩段壩腳處）的兩次測值分別為8.15 cm/s和4.54 cm/s，其余4個測點(diǎn)均不超過0.5 cm/s。這些較小的振速值遠(yuǎn)低于大壩薄弱部位（帷幕）的安全允許標(biāo)準(zhǔn)（2.0 cm/s），且小藥量爆破對較遠(yuǎn)目標(biāo)的振動影響存在較多的干擾因素，不對其進(jìn)行振動影響場計(jì)算，而僅對近距離的大振速測點(diǎn)和大藥量的中部淺孔試驗(yàn)加以討論。

3.3 爆區(qū)振動場

為進(jìn)行振動影響場計(jì)算，將公式（1）進(jìn)行整理可得：

表2 部分測點(diǎn)爆破振動系數(shù)計(jì)算結(jié)果

式中 V，Q，R，K 意義同上。

利用表1中的試驗(yàn)結(jié)果，即可計(jì)算各測點(diǎn)的振動系數(shù)（K值）見表2。

表2中，51號壩段壩腳測點(diǎn)在3次爆破中的K值大體相當(dāng)，與該點(diǎn)高程類似的還有49號壩段下游和53號廊道出口這2個測點(diǎn)，它們的K值與51號壩段壩腳測點(diǎn)也基本相近。53號壩段壩頂測點(diǎn)的K值高達(dá)535.4，明顯高于其它測值，這也恰好是壩體結(jié)構(gòu)放大效應(yīng)的體現(xiàn)；而53號壩段廊道測點(diǎn)的K值最小，與其所處高程最低關(guān)系密切。以上K值計(jì)算結(jié)果，也進(jìn)一步說明爆破振動測試結(jié)果的合理可靠。

將表2中比較接近的前5個K值進(jìn)行平均，可得K大壩=250；由于壩頂和壩基廊道測點(diǎn)距離開挖區(qū)均較遠(yuǎn)，保證51號壩段壩腳振速不超過8.0 cm/s的單響起爆藥量，將不會引起壩頂和壩基廊道的振速超過標(biāo)準(zhǔn)。

將K大壩=250代入式（2），可獲得抗滑墩基礎(chǔ)開挖爆破對大壩的振動影響場公式：

式中 V大壩代表大壩的質(zhì)點(diǎn)振動速度，cm/s；Q，R的意義同上。

4 結(jié)論

云峰大壩抗滑墩基礎(chǔ)開挖工程緊鄰大壩，施工中采取了控制爆破技術(shù)，即小孔徑、逐排分段爆破的開挖方式。不論是中部淺孔爆破，還是大壩近區(qū)巖體開挖，其振動觀測結(jié)果總體合理，符合一般巖體的爆破振動特點(diǎn)。

（1）振動速度測值顯示，爆破施工對大壩及帷幕的振動影響均處于安全允許范圍以內(nèi)，能夠滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求。

（2）控制爆區(qū)開挖的主要對象為云峰大壩，尤其是大壩下游壩腳，在保證下游壩腳質(zhì)點(diǎn)振速不超過8 cm/s的前提下，施工藥量基本不受基礎(chǔ)帷幕控制。

（3）根據(jù)振動影響場公式可以給出不同開挖區(qū)間的最大單響起爆藥量，對合理、高效施工起到巨大的指導(dǎo)作用。

[1]GB 6722-2003.爆破安全規(guī)程[S].

[2]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5333-2005.水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程[S].

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).SL47-94.水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范[S].