沙沱水電站抗滑體及抗剪洞開挖爆破振動控制技術

陳 杰 黃 博

（中國水利水電第八工程局有限公司基礎工程分局 長沙市 410017）

國內外已有不少水電工程采取開挖控制爆破技術，但像沙沱水電站5#壩段抗滑穩定處理這類開挖控制爆破實例并不多見，考慮到5#壩段抗滑體及抗剪洞施工時大壩和廠房相鄰部位混凝土仍在繼續澆筑，灌漿工程也正在施工，發電機組已開始安裝，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對鄰近建筑物的危害。

1 爆破振動控制標準

建筑物爆破振動造成的破環與質點峰值速度具有良好的相關性，國內外普遍以質點振動速度峰值作為爆破振動影響與控制的判據。根據DL/T5389-2007《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》中相關規定，5#壩段抗滑體及抗剪洞工程開挖爆破振動安全允許標準見表1～表3。

為此，在開挖施工過程中我們采取施工預裂、減振孔等多項隔振措施，控制單段藥量，合理確定毫秒延時間隔時間（采用高精度非電豪秒延期雷管），創造良好的臨空面，控制爆破方向，開挖爆破中進行振動監測等措施滿足保護對象質點振動速度峰值在上述列表范圍內。并將爆破振動監測的頻次根據工程進展情況和地質情況，分兩階段實施動態監測：前3天或前9輪炮爆破施工每輪進行監測，之后每周監測一次或每20輪炮監測一次。這樣完全滿足了施工要求，達到了預期目標。

表1 機電設備及儀器的爆破振動安全允許標準 cm/s

表2 新澆大體積混凝土的爆破的爆破振動允許標準 cm/s

表3 灌漿區與錨噴支護的爆破振動安全允許標準 cm/s

2 爆破振動控制技術

2.1 抗剪洞精細爆破設計

（1）引爆器材的選擇。通過現場爆破試驗比較確定采用普通非電毫秒雷管和1～20段位高精度導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抗剪洞掘進爆破地震監測情況表明：產生質點振速過大的主要原因是由掏槽爆破振動引起?？辜舳淳蜻M掏槽方式采用6～ 8個炮孔的斜眼掏槽，6～8個掏槽孔在夾制性很大的情況下同時起爆，最大段藥量達到（7.2～9.0）kg。

抗剪洞爆破試驗結果表明欲降低爆破振動可降低每炮進尺來達到目的，即將每炮進尺從2.0m降至1.6m，可將最大段藥量從8.4kg減少至6.6kg，對降震十分有利。

當抗剪洞掘進到距抗滑體（10～15）m范圍內，為減少對大壩和廠房的震動影響可將每炮進尺降至（1.2～1.3）m。

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

表4 抗剪洞炮孔爆破參數

（3）控制爆破振動危害措施。根據多次試驗和爆破振動監測結果，為控制爆破振動危害，抗剪洞炮孔爆破時，最大段藥量不能大于8.4kg。超過時必須使用雙級斜眼掏槽并降低每炮的循環進尺。

采用高精度雷管，控制時差在25ms以內可以避免爆破地震波的疊加，能夠有效控制質點振動速度的峰值。

表5 抗剪洞炮孔裝藥量及段位

2.2 爆破振動監測

爆破質點振動速度主要與爆破單響藥量、爆破方式以及爆源距等有關，傳播規律符合薩道夫斯基公式，該公式可以用下式來表示：

式中 V——質點振動速度（cm/s）；

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

R——測點與爆破區的距離，或藥量分布的幾何中心至觀測點的距離（m）；

K、a——與爆破地的地形地質條件、巖體對地震波的傳播特性、爆破方法及爆破條件等因素有關，可以通過現場爆破測試回歸確定。

通過爆破試驗實測數據進行回歸，獲取式（1）中的K、a值，用以指導后續的開挖爆破。同時在后續開挖爆破中，通過監測對式（1）中的K、a值進行修正，確保了爆破開挖安全有效進行。

根據沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞施工技術要求，在抗剪洞上部的壩內的排水廊道布置6個監測點（QZYbj-1～QZYbj-6），廠房滲漏排水廊道內布置1個監測點（QZYbj-7），沿1#引水發電洞軸線左側新增QZYbj-8、QZYbj-9、QZYbj-10、QZYbj-114個監測點，共計11個監測點，監測點坐標及高程詳見表6。

本工程爆破施工階段暫停灌漿工作，保護對象大壩和廠房混凝土齡期已達28d以上，為此，Jr3、Jr5及Jr7抗剪洞開挖允許爆破質點振動速度按上限值選取，選取小于12cm/s；機電設備尚未投入運行，因此抗滑體開挖爆破對水電站及發電廠中心控制室設備安全允許爆破質點振動速度選取小于2.5cm/s。沿1#引水發電洞軸線左側新增 QZYbj-8、QZYbj-9、QZYbj-10、QZYbj-114個監測點部位仍有混凝土在澆筑，因此該部位質點允許振速按新澆大體積混凝土的爆破振動初凝～3d安全允許振速（2.0～3.0）cm/s考慮。

表6 爆破振動監測點坐標及高程表 m

抗剪洞和抗滑體完成爆破監測98輪，監測點數484點次，質點合成振速分布情況統計見表7。

表7 質點合成振速分布情況統計表

根據質點合成振速分布統計表來看，所有測點監測質點振動速度均未超過允許振速，說明施工爆破作業在安全可控范圍之內。

3 爆破振動控制效果

在實際爆破施工中，因采用了上述施工方案和技術參數及技術措施，各測點振動測值均沒有超過安全控制標準，爆破聲響較小，地震效應不大，大壩和廠房及周圍設施完好無損，達到了安全快速開挖的目的，爆破效果良好，同時確保了沙沱水電站工程2011年度廠房安全度汛目標。

4 結 語

（1）沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞開挖工程中，所確定的爆破振動控制方案及爆破振動控制標準是可行的，保障了大壩、廠房以及正在安裝的機電設備等保護對象的安全。

（2）監測結果表明，沙沱水電站5#壩段抗滑體及抗剪洞開挖爆破施工沒有對大壩、廠房、壓力鋼管和高邊坡等鄰近爆破源的建筑物和結構物造成危害，爆破震動控制是成功的。

（3）沙沱水電站5#壩段抗滑穩定處理開挖控制爆破施工技術及實施的爆破方案具有廣泛的推廣應用價值。