高陡邊坡開挖爆破震動控制分析

李東偉 龐林祥

北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

高陡邊坡開挖爆破震動控制分析

李東偉 龐林祥

北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

在爆破開挖施工過程中，除環(huán)境因素外，震動是施工現(xiàn)場的一個(gè)重要問題。為了在大規(guī)模開挖之后確保邊坡穩(wěn)定，減小爆破震動對周邊環(huán)境的影響，需進(jìn)行以爆破試驗(yàn)為基礎(chǔ)的還原分析研究，以確定從最初挖掘作業(yè)開始到巖石爆破的作業(yè)過程中所產(chǎn)生的震動對于坡面穩(wěn)定性的影響，并就爆破震動的情況進(jìn)行預(yù)測和控制。本文從工程實(shí)踐出發(fā)，在滿足爆破效果的情況下，對爆破震動進(jìn)行控制分析，得出了較為合理的爆破震動控制公式，對其他工程具有借鑒作用。

工程爆破；震動分析；邊坡；公式

爆破施工對高陡邊坡容易造成失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致開挖難度增大，因而爆破震動強(qiáng)度的預(yù)測與控制顯得非常重要[1-2]。某水電站開敞式溢洪道出口設(shè)挑流鼻坎及消力塘，水流挑入消力塘內(nèi)消能。消力塘縱橫剖面均為梯形斷面，底板高程575.00m，底板寬176.5m～191.05m，長311m～331m。左側(cè)邊坡最大高程835.8m，最大高差260.8m，按照1：0.9、1：0.7、1：0.5坡度、10m、15m分級向下開挖，整個(gè)坡面設(shè)計(jì)有噴錨支護(hù)，在高程680m高程以上增加深層錨索支護(hù)，680m高程以下進(jìn)行錨筋樁支護(hù)。

1 工程地質(zhì)

邊坡的表淺部（垂直深度一般12m～48m）基本上在全、強(qiáng)風(fēng)化巖體及卸荷帶巖體內(nèi)。上部沉積巖邊坡由弱風(fēng)化及微新巖體構(gòu)成，巖體內(nèi)發(fā)育的主要結(jié)構(gòu)面有層面、層間擠壓帶（面）及節(jié)理，產(chǎn)狀主要有：a.N36°～63°W，SW∠61°～73°；b.N0°～30°W，SW∠70°～85°；c.N0°～30°E，NW∠73°～85°。擠壓面寬度一般2cm～5cm，擠壓帶寬一般5cm～20cm。有兩條擠壓帶規(guī)模較大，一條寬度40cm～50cm，分布在T2m1-1層底部角礫巖之上的粉砂質(zhì)泥巖內(nèi)；另一條寬度80cm左右，分布于T2m1-2層底部砂礫巖之上的泥巖內(nèi)。下部沉積巖邊坡大部分為弱風(fēng)化下部和微風(fēng)化~新鮮巖體，巖體完整，以塊狀結(jié)構(gòu)為主。

2 方案制定

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

爆破試驗(yàn)的基本目的如下：

（1）評估當(dāng)前爆破對上部邊坡的影響；

（2）確定在特定地形、巖石特性以及爆破條件下，爆破震動的傳播特性；

（3）評估相鄰邊坡可接受的震動標(biāo)準(zhǔn)，確保安全；

（4）確定安全有效的爆破方案及相應(yīng)管理措施。

2.2 位置選定

在塘體邊坡開挖至655m高程時(shí)，該高程以上形成了最大高差達(dá)185m的邊坡。該位置以上的淺層支護(hù)已經(jīng)完成，695m高程以上深層支護(hù)完成，正在進(jìn)行680m高程到695m高程的深層支護(hù)。在655m高程細(xì)堆石料區(qū)（爆破細(xì)堆石料需要單耗較大）進(jìn)行爆破試驗(yàn)，監(jiān)測該部位爆破施工對于上部邊坡的影響情況。詳見位置示意圖1。

圖1 爆破試驗(yàn)區(qū)位置示意圖（單位:m）

2.3 參數(shù)確定

大壩填筑細(xì)堆石料要求：最大粒徑400 mm，級配連續(xù)，小于2mm的含量不超過5 %，填筑碾壓后孔隙率n=22%～25%。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

為了確定爆破試驗(yàn)時(shí)，距離對爆破震動衰減特性的影響，現(xiàn)場采用CD-1型和CDJ-28型速度傳感器、MCS-2000瞬態(tài)波形存儲自記儀及裝有MCS-2000分析軟件的Evo-n110COMPAQ便攜計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 爆破試驗(yàn)成果表

4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案操作。爆破方法合理，開挖爆破在坡體上產(chǎn)生的震動荷載得到了較好的控制，沒有對上部巖體及支護(hù)產(chǎn)生明顯影響，爆破的巖石經(jīng)現(xiàn)場篩分試驗(yàn)顯示滿足設(shè)計(jì)要求。

對于巖質(zhì)高邊坡的爆破震動安全允許指標(biāo)，設(shè)計(jì)部門提出允許的安全質(zhì)點(diǎn)振速為10cm/s，但沒有規(guī)定具體的監(jiān)控部位。在文獻(xiàn)[3]根據(jù)三峽工程邊坡爆破震動觀測資料及邊坡變形安全監(jiān)測信息，提出并采用的控制指標(biāo)為：當(dāng)爆心距10m～15m時(shí)，允許的爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振速為10cm/s～15cm/s，依據(jù)該指標(biāo)[4]，爆破震動速度處于受控狀態(tài)。

4.2 回歸分析

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過回歸分析得出速度與距離之間的關(guān)系：

5 結(jié)論

（1）該工程按照目前的爆破施工方案能夠有效的控制爆破對已成邊坡的震動影響，在有效的施工控制情況下，能夠?qū)⒈普饎佑绊懡档偷阶钚。请S著現(xiàn)場地址情況的改變以及邊坡高差的增加，邊坡的穩(wěn)定還需要加大現(xiàn)場控制及檢測。

（2）爆破試驗(yàn)與測量可按照與現(xiàn)場所進(jìn)行相應(yīng)爆破相同的方式執(zhí)行，同時(shí)進(jìn)行回歸分析可以得出相應(yīng)的現(xiàn)場爆破震動結(jié)果，隨著距離的增加，點(diǎn)速逐漸趨近于零，所得的經(jīng)驗(yàn)公式對于類似工程其爆破震動控制具有一定的借鑒作用。

[1]汪旭光，于亞倫，劉殿中.爆破安全規(guī)程實(shí)施手冊 [M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

[3]舒大強(qiáng)，賴世驤，朱傳云等.巖石高邊坡爆破震動效應(yīng)觀測與分析[J]爆破. 2000,17( 專輯) : 245-248

[4]舒大強(qiáng), 李小聯(lián),占學(xué)軍等.龍灘水電工程右岸高邊坡開挖爆破震動觀測與分析[J].爆破, 2002, 19(4): 65-67.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.022