南公1 水電站溢洪道新澆閘室段混凝土爆破振動監(jiān)測分析

張英達，吳世然

（中國水利水電第三工程局有限公司第二分局，云南 昆明 650032）

1 測點布置

2019 年12 月2 日～12 月16 日期間，溢洪道二級消力池和三級消力池進行爆破開挖時，在爆區(qū)后側(cè)一級消力池尾坎、一級消力池、閘室段新澆混凝土三個部位一共布置了18 個地表測點。測點的分布區(qū)域見圖1～圖2，測點的現(xiàn)場布置圖片見圖3。每個測點均測試水平切向、水平徑向和豎直向三個方向的質(zhì)點振動速度。

圖1 一級消力池監(jiān)測區(qū)域

圖2 閘室段新澆混凝土監(jiān)測點

圖3 測點的現(xiàn)場布置示意圖

2 監(jiān)測儀器

爆破振動監(jiān)測采用的儀器為BLAST-UM 型智能監(jiān)測儀。BLAST-UM爆破監(jiān)測儀（見圖4）自帶嵌入式計算機模塊，液晶屏顯示，儀器高度智能化，可在儀器上直接現(xiàn)場設置參數(shù)；采樣后能立即預覽最大值、頻率及波形等信息。儀器測量的振動速度范圍為0.001 cm/s～35 cm/s，頻率范圍為5 Hz～300 Hz。

圖4 BLAST-UM 型爆破測振儀

現(xiàn)場監(jiān)測采用的儀器系統(tǒng)由振動檢波器、信號采集與記錄設備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，這是一套先進的數(shù)字化記錄、存儲系統(tǒng)，其核心為爆破振動信號自記儀及波形處理系統(tǒng)。儀器系統(tǒng)的工作原理見圖5[1]。

圖5 測試儀器系統(tǒng)工作原理圖

本次監(jiān)測采用的振動速度檢波器是三向振動速度傳感器。在具體監(jiān)測過程中，重點監(jiān)測部位同一測點一般布置一臺三向速度傳感器，傳感器可同時測量豎直向、水平徑向和水平切向的振動，用石膏固定在所需監(jiān)測的部位，然后將自記儀與其相聯(lián)。爆破振動信號傳遞到測點時，自記儀自動記錄信號。爆后利用專門編制的爆破振動分析軟件將自記儀采集到的振動信號輸入電腦中，進行存儲與分析處理[2]。

3 爆破振動監(jiān)測結(jié)果分析

目前在我國工程爆破領(lǐng)域，主要采用質(zhì)點峰值振動速度作為爆破振動幅值的表征參量。這是因為質(zhì)點振動速度與地震波能量有很好的對應關(guān)系，采用質(zhì)點振動速度能夠很好地表征爆破地震波所攜帶的能量，以及由振動產(chǎn)生的應力、引起的結(jié)構(gòu)的動能和內(nèi)應力。采用質(zhì)點峰值振動速度能夠很好地反映結(jié)構(gòu)體在爆破振動作用下的內(nèi)應力變化情況。各測點爆破振動PPV 統(tǒng)計見表1。

表1 各測點爆破振動PPV 統(tǒng)計結(jié)果

對獲取的爆破質(zhì)點振動速度進行分析時，先剔除異常值，然后依據(jù)薩道夫斯基公式（式1），采用最小二乘法進行線性回歸擬合，以獲得爆破振動衰減參數(shù)，即K、α 值。

式中：V 為質(zhì)點峰值振動速度（PPV），cm/s；Q 為最大單響藥量或單段藥量，kg；R 為爆心距，m；K、α 為與場地及巖石條件、爆破條件及爆破區(qū)與觀測點相對位置等有關(guān)的衰減常數(shù)。

最小二乘法求解K、α 值步驟如下：

將式（1）等號兩邊取對數(shù)，使之線性化：

根據(jù)最小二乘法原理，待定參數(shù)a、b 應使現(xiàn)場爆破試驗實測值 yi=lnVi與式（3）擬合值的偏差最小。因此，問題轉(zhuǎn)換為求解使殘差平方和取得最小值時的a、b 值：

式中：n 為現(xiàn)場爆破試驗次數(shù)。

求得待定參數(shù)a，b 的值，再由變量代換關(guān)系，可求得K=eb，α=a。上述方法即為利用實測數(shù)據(jù)確定K、α 值的最小二乘法。

為進一步評估爆破振動安全，對爆破振動進行預測，需要給振動峰值隨爆心距和單響藥量的衰減規(guī)律。根據(jù)薩道夫斯基公式（1），對此次爆破振動的衰減規(guī)律進行分析，給出擬合圖6。

圖6 爆破振動衰減規(guī)律分析

由圖6 可知，擬合效果良好，表明溢洪道爆破開挖的爆破振動峰值滿足指數(shù)型衰減。將不同方向上擬合衰減公式匯總見表2。

表2 爆破振動峰值衰減公式統(tǒng)計表

4 閘室段新澆混凝土振動安全控制

4.1 新澆混凝土爆破振動安全控制標準

本工程溢洪道閘室段混凝土尚在澆筑，當二級消力池進行爆破時，距離閘室段新澆混凝土最近距離約為200 m（圖7），因而需要對新澆混凝土的爆破振動安全進行控制?！侗瓢踩?guī)程》（GB 6722-2014）建議的新澆筑大體積混凝土的爆破振動安全控制標準[3]，見表3。

圖7 閘室段新澆混凝位置示意圖

表3 爆破振動安全允許標準《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）

4.2 溢洪道爆破單響藥量控制

結(jié)合新澆混凝土的安全控制標準及爆心距，給出二、三級消力池在進行爆破開挖時建議的單響藥量，見表4。

表4 單響藥量控制統(tǒng)計表

5 結(jié)語

隨著爆破技術(shù)逐漸在防波堤、護岸、圍堰等工程廣泛應用，爆破技術(shù)越來越成熟，而在工程施工過程中，爆破對附近周邊的建筑物存在一定的影響，有較大的安全隱患。本文主要依托老撾南公1 水電站，通過對爆破區(qū)后側(cè)閘室段、一級消力池及尾坎部位新澆筑混凝土布置地表監(jiān)測點，在溢洪道二、三級消力池進行爆破作業(yè)時，采用BLAST-UM 型智能監(jiān)測儀對測點水平切向、水平徑向和豎直向三個方向質(zhì)點振動速度進行監(jiān)測，并對爆破振動效應監(jiān)測進行分析，從而不斷調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，找到最合理、最安全的爆破參數(shù)，不但確保了室段、一級消力池及尾坎新澆混凝土的質(zhì)量，還確保了溢洪道二、三級消力池的爆破質(zhì)量安全，可為后續(xù)相似施工提供借鑒。