爆破振動(dòng)測(cè)試在口上水庫泵站施工中的應(yīng)用

喬 立

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

1 引言

口上水庫位于昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河下游河道上，大壩距昔陽縣城35 km，壩址以上控制流域面積1462 km2，總庫容495萬m3，壩型為曲線形堆石混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)120.7m，壩頂寬6m，最大壩高58.4m，壩頂高程647.9m。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，建筑物抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

大壩工程于2012年11月開工，2014年12月完工。大壩工程完工后在壩址上游左岸修建庫區(qū)取水泵站，泵站開挖計(jì)劃采用結(jié)合周邊預(yù)裂的深孔微差控制爆破方案，爆破開挖區(qū)邊緣距離大壩最近距離120m。爆破施工危及大壩安全，為保證壩體安全和完善爆破方案，施工前通過爆破振動(dòng)測(cè)試對(duì)大壩質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)掌握測(cè)試數(shù)值并與公式計(jì)算的理論速度進(jìn)行比較，分析最不利工況選取安全藥量以指導(dǎo)泵站石方開挖爆破施工。

2 爆破振動(dòng)測(cè)試

2.1 現(xiàn)場(chǎng)布置

測(cè)試系統(tǒng)包括地震計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、鋰電池、地震計(jì)防護(hù)罩等。測(cè)試儀器選用EDAS-24IP型、EDAS-24GN型24位3通道數(shù)據(jù)采集器，以及DS-4A型短周期反饋式地震計(jì)、BBVS-60型寬頻帶地震計(jì)。其中，EDAS-24IP支持基于Internet的網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，支持大容量數(shù)據(jù)存貯，具備數(shù)據(jù)采集、記錄、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，體積小、功耗低。EDAS-24GN是一臺(tái)高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、輸出低延遲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流、能適合地震預(yù)警研制的通用地震數(shù)據(jù)采集記錄設(shè)備，能將多道模擬電壓量和頻率量的輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，具有網(wǎng)絡(luò)、串口數(shù)據(jù)傳輸功能，適合流動(dòng)地震觀測(cè)。DS-4A型地震計(jì)記錄近震、地方震、初動(dòng)清晰、高頻豐富，可用于工程振動(dòng)測(cè)量，具有靈敏度高、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、重量輕、防潮性能好等特點(diǎn)，有獨(dú)立的標(biāo)定系統(tǒng)，運(yùn)輸不必鎖住，工作時(shí)不用打開儀器外罩，只需將底座上水平泡調(diào)零位即可工作，便于臺(tái)站架設(shè)，野外流動(dòng)觀測(cè)。BBVS-60型寬頻帶地震計(jì)由三個(gè)獨(dú)立分向傳感器一體化安裝組成，使用高靈敏度的差分電容位移換能器，內(nèi)置力平衡電子反饋電路、控制電路、電源變換電路，噪聲水平低、動(dòng)態(tài)范圍大，容易安裝使用。

庫區(qū)取水泵站開挖區(qū)邊緣距大壩的最近距離為120m，據(jù)《爆破安全規(guī)程》要求，擋水建筑物應(yīng)取下值，為加大安全系數(shù)，選取允許振速1.5 cm/s，采用爆破震動(dòng)距離公式計(jì)算得最大允許單響藥量為218 kg。

爆破試驗(yàn)區(qū)域選取距離大壩最近的泵站東北向邊坡，分別在泵站樁號(hào)Z0+000—0+010段、Z0+010—0+020段、Z0+020—0+035段和Z0+035—0+045段布置4處爆破點(diǎn)。其中，工況一（Z0+000—0+010段）總裝藥量50 kg，工況二（Z0+010—0+020段）總裝藥量80 kg，工況三（Z0+020—0+035段）總裝藥量 250 kg，工況四（Z0+035—0+045段）總裝藥量100 kg。

泵站開挖施工區(qū)位于大壩西南方向，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值的特性，被保護(hù)建筑物距離同一爆破點(diǎn)越大，質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度越小，為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)對(duì)大壩的影響，將測(cè)試設(shè)備分別安裝在壩頂東西兩側(cè)，東西測(cè)點(diǎn)高程分別為650.27m，649.00m，東西測(cè)點(diǎn)距離爆破點(diǎn)直線距離分別為248m，126m。

2.2 振動(dòng)測(cè)試

測(cè)試人員現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)儀器進(jìn)行安裝調(diào)試，待儀器運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)大壩東、西測(cè)點(diǎn)的儀器進(jìn)行了脈沖標(biāo)定，結(jié)果見表1。儀器運(yùn)行正常后，人員撤離進(jìn)行爆破點(diǎn)裝藥和警戒工作，因測(cè)試儀器靈敏度較高，通過當(dāng)?shù)亟痪R時(shí)禁止鄰近測(cè)試區(qū)的S317省道通行，避免重型載重汽車通過時(shí)干擾測(cè)量數(shù)據(jù)。所有準(zhǔn)備工作和警戒工作完成后進(jìn)行爆破。利用數(shù)據(jù)采集器收集、存儲(chǔ)地震儀數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處理，取得爆破振動(dòng)測(cè)試成果（見表2）和典型波形（見圖1）。

圖1 東測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)測(cè)試典型波形（工況二）

表1 東、西測(cè)點(diǎn)脈沖標(biāo)定成果表

表2 爆破振動(dòng)測(cè)試成果表

2.3 成果分析

爆破試驗(yàn)段為距離大壩最近位置，測(cè)試數(shù)據(jù)基本可以反映泵站開挖區(qū)的爆破振動(dòng)情況。測(cè)試結(jié)果表明，隨著單次起爆藥量的變化，峰值速度變化明顯，而且兩個(gè)測(cè)點(diǎn)由于距離爆破點(diǎn)遠(yuǎn)近不同，在4種工況的爆破中，西測(cè)點(diǎn)的三分向峰值速度和三分向峰值速度矢量值均大于東測(cè)點(diǎn)，最大振動(dòng)峰值速度1.45 cm/s，遠(yuǎn)低于安全允許標(biāo)準(zhǔn)7～12 cm/s。

庫區(qū)取水泵站石方開挖可按照爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，安全振速取1.5 cm/s，嚴(yán)格控制最大單響藥量不大于210 kg，采用孔內(nèi)高段位、孔外低段位導(dǎo)爆管雷管接力，整體形成孔內(nèi)延時(shí)孔外接力的毫秒微差起爆網(wǎng)絡(luò)。目前，泵站石方開挖爆破工作已完成，施工期間定期對(duì)大壩及周圍山體進(jìn)行變形觀測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié)語

隨著水利工程建設(shè)的快速發(fā)展，樞紐區(qū)域大壩建設(shè)期間同時(shí)進(jìn)行引水、發(fā)電和泄水等建筑物石方開挖比較常見，爆破工程與土建工程同時(shí)進(jìn)行，爆破施工對(duì)臨近建筑物的安全影響不容忽視。因此，爆破作業(yè)前，應(yīng)在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，校核爆破振動(dòng)安全允許振動(dòng)速度的影響參數(shù)，通過實(shí)測(cè)和理論計(jì)算比對(duì)得到準(zhǔn)確振動(dòng)數(shù)值，合理調(diào)整爆破施工參數(shù)，尤其嚴(yán)格控制最大單響藥量，以避免對(duì)已有建筑物產(chǎn)生不利影響。