沙沱水電站抗滑體及抗剪洞開挖爆破振動(dòng)控制技術(shù)

陳 杰 黃 博

（中國水利水電第八工程局有限公司基礎(chǔ)工程分局 長沙市 410017）

國內(nèi)外已有不少水電工程采取開挖控制爆破技術(shù)，但像沙沱水電站5#壩段抗滑穩(wěn)定處理這類開挖控制爆破實(shí)例并不多見，考慮到5#壩段抗滑體及抗剪洞施工時(shí)大壩和廠房相鄰部位混凝土仍在繼續(xù)澆筑，灌漿工程也正在施工，發(fā)電機(jī)組已開始安裝，因此在開挖爆破階段必須確保水工建筑物的安全。為此必須采用有效措施控制爆破振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物的危害。

1 爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)

建筑物爆破振動(dòng)造成的破環(huán)與質(zhì)點(diǎn)峰值速度具有良好的相關(guān)性，國內(nèi)外普遍以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值作為爆破振動(dòng)影響與控制的判據(jù)。根據(jù)DL/T5389-2007《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，5#壩段抗滑體及抗剪洞工程開挖爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表1～表3。

為此，在開挖施工過程中我們采取施工預(yù)裂、減振孔等多項(xiàng)隔振措施，控制單段藥量，合理確定毫秒延時(shí)間隔時(shí)間（采用高精度非電豪秒延期雷管），創(chuàng)造良好的臨空面，控制爆破方向，開挖爆破中進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)等措施滿足保護(hù)對(duì)象質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值在上述列表范圍內(nèi)。并將爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的頻次根據(jù)工程進(jìn)展情況和地質(zhì)情況，分兩階段實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：前3天或前9輪炮爆破施工每輪進(jìn)行監(jiān)測(cè)，之后每周監(jiān)測(cè)一次或每20輪炮監(jiān)測(cè)一次。這樣完全滿足了施工要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表1 機(jī)電設(shè)備及儀器的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn) cm/s

表2 新澆大體積混凝土的爆破的爆破振動(dòng)允許標(biāo)準(zhǔn) cm/s

表3 灌漿區(qū)與錨噴支護(hù)的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn) cm/s

2 爆破振動(dòng)控制技術(shù)

2.1 抗剪洞精細(xì)爆破設(shè)計(jì)

（1）引爆器材的選擇。通過現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)比較確定采用普通非電毫秒雷管和1～20段位高精度導(dǎo)爆管毫秒延期非電雷管兩種引爆雷管。

（2）抗剪洞爆破開挖方案。前期Jr3、Jr5和Jr7抗剪洞掘進(jìn)爆破地震監(jiān)測(cè)情況表明：產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)振速過大的主要原因是由掏槽爆破振動(dòng)引起?？辜舳淳蜻M(jìn)掏槽方式采用6～ 8個(gè)炮孔的斜眼掏槽，6～8個(gè)掏槽孔在夾制性很大的情況下同時(shí)起爆，最大段藥量達(dá)到（7.2～9.0）kg。

抗剪洞爆破試驗(yàn)結(jié)果表明欲降低爆破振動(dòng)可降低每炮進(jìn)尺來達(dá)到目的，即將每炮進(jìn)尺從2.0m降至1.6m，可將最大段藥量從8.4kg減少至6.6kg，對(duì)降震十分有利。

當(dāng)抗剪洞掘進(jìn)到距抗滑體（10～15）m范圍內(nèi)，為減少對(duì)大壩和廠房的震動(dòng)影響可將每炮進(jìn)尺降至（1.2～1.3）m。

5#壩段抗剪洞爆破炮孔布置方案為：采用“雙級(jí)斜眼掏槽”方式形成崩落孔自由面，雙級(jí)斜眼掏槽共布置炮孔10個(gè)，分兩組分段起爆。第一組起爆炮孔4個(gè)，孔深為1.1m深的斜眼，第二組為6個(gè)，孔深為1.9m深的斜眼。抗剪洞炮孔爆破參數(shù)見表4，抗剪洞炮孔裝藥量見表5。

表4 抗剪洞炮孔爆破參數(shù)

（3）控制爆破振動(dòng)危害措施。根據(jù)多次試驗(yàn)和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，為控制爆破振動(dòng)危害，抗剪洞炮孔爆破時(shí)，最大段藥量不能大于8.4kg。超過時(shí)必須使用雙級(jí)斜眼掏槽并降低每炮的循環(huán)進(jìn)尺。

采用高精度雷管，控制時(shí)差在25ms以內(nèi)可以避免爆破地震波的疊加，能夠有效控制質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的峰值。

表5 抗剪洞炮孔裝藥量及段位

2.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度主要與爆破單響藥量、爆破方式以及爆源距等有關(guān)，傳播規(guī)律符合薩道夫斯基公式，該公式可以用下式來表示：

式中 V——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s）；

Q——最大單響藥量，集中起爆時(shí)，取總藥量，分段延時(shí)起爆時(shí)，采用最大一段裝藥量（kg）；

R——測(cè)點(diǎn)與爆破區(qū)的距離，或藥量分布的幾何中心至觀測(cè)點(diǎn)的距離（m）；

K、a——與爆破地的地形地質(zhì)條件、巖體對(duì)地震波的傳播特性、爆破方法及爆破條件等因素有關(guān)，可以通過現(xiàn)場(chǎng)爆破測(cè)試回歸確定。

通過爆破試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，獲取式（1）中的K、a值，用以指導(dǎo)后續(xù)的開挖爆破。同時(shí)在后續(xù)開挖爆破中，通過監(jiān)測(cè)對(duì)式（1）中的K、a值進(jìn)行修正，確保了爆破開挖安全有效進(jìn)行。

根據(jù)沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞施工技術(shù)要求，在抗剪洞上部的壩內(nèi)的排水廊道布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（QZYbj-1～QZYbj-6），廠房滲漏排水廊道內(nèi)布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（QZYbj-7），沿1#引水發(fā)電洞軸線左側(cè)新增QZYbj-8、QZYbj-9、QZYbj-10、QZYbj-114個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及高程詳見表6。

本工程爆破施工階段暫停灌漿工作，保護(hù)對(duì)象大壩和廠房混凝土齡期已達(dá)28d以上，為此，Jr3、Jr5及Jr7抗剪洞開挖允許爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按上限值選取，選取小于12cm/s；機(jī)電設(shè)備尚未投入運(yùn)行，因此抗滑體開挖爆破對(duì)水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備安全允許爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度選取小于2.5cm/s。沿1#引水發(fā)電洞軸線左側(cè)新增 QZYbj-8、QZYbj-9、QZYbj-10、QZYbj-114個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)部位仍有混凝土在澆筑，因此該部位質(zhì)點(diǎn)允許振速按新澆大體積混凝土的爆破振動(dòng)初凝～3d安全允許振速（2.0～3.0）cm/s考慮。

表6 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及高程表 m

抗剪洞和抗滑體完成爆破監(jiān)測(cè)98輪，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)484點(diǎn)次，質(zhì)點(diǎn)合成振速分布情況統(tǒng)計(jì)見表7。

表7 質(zhì)點(diǎn)合成振速分布情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)質(zhì)點(diǎn)合成振速分布統(tǒng)計(jì)表來看，所有測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均未超過允許振速，說明施工爆破作業(yè)在安全可控范圍之內(nèi)。

3 爆破振動(dòng)控制效果

在實(shí)際爆破施工中，因采用了上述施工方案和技術(shù)參數(shù)及技術(shù)措施，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)測(cè)值均沒有超過安全控制標(biāo)準(zhǔn)，爆破聲響較小，地震效應(yīng)不大，大壩和廠房及周圍設(shè)施完好無損，達(dá)到了安全快速開挖的目的，爆破效果良好，同時(shí)確保了沙沱水電站工程2011年度廠房安全度汛目標(biāo)。

4 結(jié) 語

（1）沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞開挖工程中，所確定的爆破振動(dòng)控制方案及爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)是可行的，保障了大壩、廠房以及正在安裝的機(jī)電設(shè)備等保護(hù)對(duì)象的安全。

（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞開挖爆破施工沒有對(duì)大壩、廠房、壓力鋼管和高邊坡等鄰近爆破源的建筑物和結(jié)構(gòu)物造成危害，爆破震動(dòng)控制是成功的。

（3）沙沱水電站5#壩段抗滑穩(wěn)定處理開挖控制爆破施工技術(shù)及實(shí)施的爆破方案具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。