長河壩水電站右岸壩肩危巖體爆破振動控制

王森榮，楊 琢

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定 626001)

1 概述

長河壩水電站右岸高邊坡卸荷裂隙發育，地形陡峻，施工難度大。受客觀地形地質條件限制，邊坡開口線附近100 m高差范圍均采用人工清理為主的方式實施開挖。在大規模爆破開挖下降60～80 m時邊坡出現持續性的較大變形，其中以2011年6～7月間5次突變變形具有典型代表性，直接導致邊坡開挖暫停施工。因此，通過對爆破試驗和監測資料進行分析，以控制壩肩爆破對危巖體振動的影響具有必要性和客觀現實意義。

2011年7月22日，危巖體出現了第五次臺階式加劇變形，其中多點位移計M41于2011年4月22日開始突變，之后累計位移量逐步增大，各測點位移量呈臺階增長，7月20～23日，在5 m、45 m、60 m處位移量增加約4.14 mm。M413在7月22日、7月23日觀測中發現各測點位移量同步增大，位移量增加約6.24 mm(7月23日測值與7月20日測值對比)。M412在7月22日、7月23日變形趨勢與位移計M413一致，在孔口至20 m段有5.66 mm的位移增量。

根據資料分析，7月18日、19日壩肩下部100 m部位開挖爆破是主要因素之一。2011年7月24日，考慮到危巖體變形總量大，存在滑塌的隱患，暫停了右岸壩肩開挖爆破作業。

觀測資料顯示，2011年7月23日至8月3日危巖體變形雖然未收斂，但變形趨勢明顯變緩。2011年8月3日、4日，經業主、設計、監理、監測中心、川大爆破監測中心等單位共同分析論證，決定以針對性的爆破試驗、通過爆破監測和內外觀測數據綜合分析，提出危巖體爆破振動控制參數，為下一步開挖施工創造基礎條件，從而確保工程安全進行。

2 危巖體部位的地形、地質條件

2.1 危巖體地形

長河壩右岸高邊坡危巖體位于大壩右岸上游側高程1 640～1 730 m之間，底部有F0斷層，上游側有較深的鼻架溝，右岸壩肩開挖后，形成三面臨空的山脊。

2.2 危巖體地質條件

壩址區大渡河由南東轉為南西流向形成一個90°河灣，右岸高程1 660 m以下坡角一般為60°～65°，高程 1 660 m 以上坡角一般為 35°～40°。

壩址區出露巖體為一套晉寧期-澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖(γ2(4))、石英閃長巖(δo2(3))為主。右岸大致以1 660 m高程為界，以上為灰色石英閃長巖，以下為淺灰色、灰白色塊狀中粒黑云母花崗巖。另外，局部還發育有輝長巖脈、石英脈、輝綠巖脈等。

3 爆破試驗

3.1 爆破試驗控制的標準與方式

本次爆破需對施工過程指標、爆破振動指標及爆破后邊坡位移變形指標同時進行監測控制，其主要參數如下:

(1)爆破試驗及施工需要控制指標:單響藥量、一次總裝藥量;

(2)爆破試驗及施工直接監測控制指標:邊坡巖石質點振動速度;

(3)爆破試驗及施工最終檢驗監測指標:邊坡變形量;

根據危巖體的特征，爆破試驗擬對三類指標同時控制進行，對照分析結果，最終以邊坡變形滿足控制指標為依據，確定施工過程控制的單響藥量、一次總裝藥量。

3.2 爆破參數

為有效的降低對危巖體的影響，根據爆破相關經驗與技術要求并結合各方的意見，最終確定的爆破試驗參數見表1。

表1 右岸壩肩爆破試驗參數表

3.3 爆破網絡設計

本次爆破試驗結合已造孔進行，共17個預裂孔、14個緩沖孔、24個主爆孔，以網絡的引爆雷管為0 ms起算，預裂孔爆破點火時段為720～970 ms，主爆孔爆破點火時段為1 040～2 140 ms。其中預裂孔每三孔一組;主爆孔與緩沖孔均為兩孔一組。

3.4 爆破試驗的實施

3.4.1 爆破試驗部位的選擇

爆破試驗部位選擇在壩0+5～壩0+27、高程1 605～1 595 m。

3.4.2 爆破試驗的實施

(1)孔深檢查。檢查預裂孔、緩沖孔、主爆孔的孔深，對超深的鉆孔采用石粉進行回填，從而確保裝藥結構與爆破效果。

(2)裝藥控制。根據設計的爆破參數與裝藥結構進行裝藥，其中預裂采用32 mm直徑的乳化炸藥，線裝藥量按400 g/m控制，采用導爆索起爆。主爆孔采用散裝硝銨炸藥，采用非電雷管起爆。

(3)網絡連接。根據設計網絡進行網絡連接，爆破員在得到技術員確認時方可逐一連接網絡，從而確保網絡的正確性。

(4)網絡檢查。網絡連接后，首先由技術員進行檢查，檢查合格后請現場監理進行檢查，待確認無誤后請川大的爆破專家進行復查與評價，評價合格后實施起爆。

(5)爆破。檢查網絡連接合格后，按規定拉響警報，在確認警戒范圍內的人員撤離后，于8月5日16∶38采用電雷管起爆。

(6)爆破后的檢查。爆破后，爆破人員進入爆破現場對爆破區域進行檢查，確認無隱患時，解除警報，恢復區域內的正常施工。

4 爆破過程監測成果分析

4.1 爆破監測

4.1.1 危巖體爆破監測

(1)監測點的布置。右壩肩開裂變形區爆破振動監測安設了5個監測點(圖1)。

圖1 危巖體振動監測儀器布置示意圖

圖2 爆破試驗近區爆破振動測點布置示意圖

(2)監測成果。本次監測爆破振動1場次，取得有效數據15點次，爆破監測成果見表2。

4.1.2 爆破近區監測

(1)監測點布置。右壩肩爆破試驗近區監測安設9個監測點(圖2)。

(2)監測成果。本次監測爆破振動1場次，取得有效數據27點次，爆破監測成果見表3。

本次爆破試驗監測的近區最大質點振動速度為7.708 cm/s，均與前期施工監測數據接近。

4.2 內觀監測

4.2.1 儀器布置情況

共布置監測剖面4個，安裝多點位移計8套、錨桿應力計1套、錨索測力計10套、測縫計8支、簡易棱鏡10個。

4.2.2 內觀變形觀測成果

監測中心于2011年7月20日至8月8日采用五套多點位移計監測得到的孔口變形數據、變形過程趨勢見圖3。

表2 長河壩水電站右壩肩變形開裂區爆破振動監測成果表

表3 長河壩水電站右壩肩爆破試驗近區振動監測成果表

圖3 右岸壩肩多點位移計孔口處變形量監測成果圖

通過對監測數據進行分析后得出以下幾點:

①多點位移計M1爆破后較爆破前有0.59 mm的位移增量。從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.4 mm，變形總體呈勻速增長狀態。

②多點位移計M2爆破后較爆破前僅有0.06 mm的位移增量，從變形過程線看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.02 mm，變形基本處于停滯狀態。

③多點位移計M11爆破后較爆破前無變化，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為－0.04 mm，變形處于停滯狀態。

④多點位移計M12爆破后較爆破前有0.13 mm的位移增量，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.4 mm，變形總體呈勻速增長狀態。

⑤多點位移計M13爆破后較爆破前有0.74 mm的位移增量，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.25 mm，變形總體呈小幅勻速增長狀態。

⑥多點位移計M14爆破后較爆破前無變化，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形無變化，處于停滯狀態。

經整體分析后認為，爆破后危巖體未出現明顯的突變，邊坡未出現較大的位移變形。

(1)錨索測力計監測成果。布置在多點位移計旁邊的錨索測力計觀測成果顯示，目前錨索測力計PR7(對應位移計M41)、PR8(對應位移計M412)、PR9(對應位移計M413)爆破前較爆破后第四天錨固力無明顯變化，最大損失7.88 kN(PR7)。錨索測力計PR1錨固力爆破后第四天較爆破前損失36.41 kN。

(2)測縫計監測成果。J1、J2、J3、J5、J7 為張開，最大開合度(J1)為1.73 mm，其中J1爆破后第四天較爆破前有0.51 mm的增量，J8為裂縫閉合。

(3)錨桿應力計監測成果。該部位錨桿應力計受拉應力為6.91 MPa左右;爆破前較爆破后第四天拉應力損失較小。

5 危巖體爆破振動標準的確定

5.1 規程規范標準

根據《爆破安全規程》GB 6722－2003中相關爆破安全允許標準，土窯洞、土坯房、毛石房屋爆破安全允許標準 ＜10 Hz為0.5～1 cm/s，10～50 Hz為0.7～1.2 cm/s，50～100 Hz為 1.1～1.5 cm/s;一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物爆破安全允許標準 ＜10 Hz為 2～2.5 cm/s，10～50 Hz為2.3～2.8 cm/s，50～100 Hz為2.7～3 cm/s;水電站及發電廠中心控制室設備爆破安全允許標準為0.5 cm/s;;初凝～3 d新澆大體積混凝土爆破安全允許標準為2～3 cm/s。

5.2 巖質邊坡爆破振動速度控制標準

目前，在巖質高邊坡爆破開挖中采用質點峰值振速控制相對應用得較為普遍。在確定邊坡開挖爆破安全允許標準的過程中，應根據開挖區邊坡巖體地質力學條件和具體施工條件及邊坡重要程度，結合爆破試驗及類似工程的經驗予以確定。

大冶鐵礦、葛洲壩工程、隔河巖工程、三峽船閘工程等邊坡爆破振動速度安全控制標準為20～30 cm/s不等。考慮到長河壩水電站右岸邊坡存在開裂變形區，參考爆破振動控制要求較高的錦屏一級和大崗山水電站拱壩建基面的10 cm/s、拱肩槽上下游邊坡的15 cm/s的安全控制標準，結合本次爆破試驗，確定長河壩水電站右岸邊坡開挖施工近區按10 cm/s控制，最大值不得超過15 cm/s(按10 cm/s控制難度較大，考慮個別要超過控制值，但上限值不得大于15 cm/s，出現的頻次要求小于15%)。

5.3 危巖體爆破振動速度控制標準

對于開裂變形區爆破振動速度控制標準，相關技術規程規范沒有提供類似的標準，同類工程資料也極為少見。根據本次試驗結果，參考《爆破安全規程》GB 6722－2003“一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物10 Hz以下的爆破振動安全允許標準為2～2.5 cm/s”，并考慮到右岸開裂變形區安全的極端重要性，確定長河壩水電站右岸危巖體對應邊坡開挖爆破的振動速度按2 cm/s控制，最大值不得大于2.5 cm/s(按2 cm/s控制難度較大，考慮個別要超過控制值，但上限值不得大于2.5 cm/s，出現的頻次要求小于15%)。

5.4 爆破參數的控制與措施

5.4.1 爆破參數

根據本次爆破試驗確定的主要爆破參數為總裝藥量2 000 kg;預裂最大單響藥量控制16 kg，不得超過20 kg;緩沖孔最大單響藥量控制85 kg，不得超過100 kg;主爆孔最大單響藥量控制100 kg;近區爆破質點振動速度控制10 cm/s，不得超過15 cm/s;危巖體爆破質點振動速度控制2 cm/s，不得超過 2.5 cm/s。

5.4.2 采取的主要措施

(1)為減弱段間振動疊加效應，減少主爆(含緩沖)孔排數，后續開挖橫河向分為鄰邊(外側)、鄰建基面(里側)兩層開挖，順河向根據長度分區開挖，靠近邊坡的爆破區域的主爆孔排數不超過5排。

(2)通過網絡設計，控制各個孔位的爆破時段，嚴禁疊加效應產生。

(3)預裂孔比主爆孔深1.5 m。

(4)提前進行預裂孔爆破。

(5)主爆孔對應的邊坡預裂孔的范圍要盡可能延長。

5.5 危巖體變形量控制

通過對危巖體邊坡前后變形量進行連續監測，要求不出現突變位移趨勢;日變形量不大于爆破前的值。

6 結語

2011年8月5日爆破試驗以后，按照確定的措施與參數進行了三次爆破作業，爆破后的監測結果表明:危巖體部位按照質點振動速度2 cm/s控制，爆破近區(10～20 m范圍)質點振動速度按10 cm/s控制能夠滿足要求。危巖體變形趨勢雖未完全收斂，但未發生突變與位移變形速率增大的趨勢，從而保證了右壩肩開挖施工的順利進行。