陶岔渠首樞紐工程新老閘銜接段開挖控制爆破及振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

王秀明 王鐵山 劉琴文

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南鄭州 450000)

陶岔渠首樞紐工程新老閘銜接段開挖控制爆破及振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

王秀明 王鐵山 劉琴文

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南鄭州 450000)

本文結(jié)合作者實(shí)際工程經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn),就南水北調(diào)工程陶岔渠首樞紐工程新老閘銜接段開挖控制爆破及振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究,以期對(duì)以往工程進(jìn)行總結(jié)。

南水北調(diào) 銜接 爆破 震動(dòng)監(jiān)測(cè)

1 工程概況

陶岔渠首樞紐工程位于丹江口水庫(kù)東岸的河南省淅川縣九重鎮(zhèn)陶岔村，既是南水北調(diào)中線輸水總干渠的引水渠首，也是丹江口水庫(kù)副壩，初期工程于1974年建成，渠首閘頂高程162m，承擔(dān)引丹灌溉任務(wù)。南水北調(diào)中線一期工程建成后，該樞紐擔(dān)負(fù)著向北京、天津、河北、河南等城市輸水的任務(wù)，是南水北調(diào)中線工程的重要組成部分。陶岔渠首樞紐位于原渠首閘下游約70m，由引水閘和電站等組成，電站裝機(jī)容量50MW。水閘上游為長(zhǎng)約4km的引渠，與丹江口水庫(kù)相連，水閘下游與總干渠相連。閘壩頂高程176.6m，軸線長(zhǎng)265m，共分15個(gè)壩段。包括左、右岸各5個(gè)非溢流壩段，安裝廠壩段、電站廠房壩段，三孔2個(gè)壩段的引水閘。

2 新老閘銜接段爆破開挖

由于新、老閘相距較近，為搶新閘主體施工及不影響老閘正常穩(wěn)定運(yùn)行，將基坑廠房壩段及引水閘壩段上游側(cè)部分石方開挖作為二期進(jìn)行施工。新老閘銜接段石方開挖項(xiàng)目是在新樞紐主體建筑物已基本施工成型的復(fù)雜環(huán)境條件下實(shí)施。爆破開挖對(duì)新閘會(huì)造成結(jié)構(gòu)和設(shè)備的損壞，對(duì)混凝土產(chǎn)生振動(dòng)影響，因此，新老閘銜接段爆破開挖需確保新閘安全。在新老閘銜接段石方爆破開挖前，進(jìn)行爆破試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菍で罂茖W(xué)的控制爆破方法與工藝，為施工方案選取及鉆爆參數(shù)的確定提供依據(jù)，并全面研究不同爆破條件下的爆破振動(dòng)特性及振動(dòng)傳播規(guī)律。試驗(yàn)針對(duì)新老閘銜接段開挖爆破方案、爆破工藝及參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，進(jìn)行相應(yīng)的爆破振動(dòng)觀測(cè)與分析；通過(guò)巖體彈性波檢測(cè)評(píng)估爆破影響范圍。

3 試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工程實(shí)施基本情況

新老閘銜接段石方爆破試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作從2012年7月1日開始準(zhǔn)備，7月8日試驗(yàn)人員及儀器設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，爆破試驗(yàn)工作選定在引水閘壩段上游EL150m平臺(tái)巖石開挖部位進(jìn)行，便于試驗(yàn)并使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性。按照計(jì)劃，試驗(yàn)重點(diǎn)研究閘室進(jìn)口坡面輪廓控制爆破方法。本階段試驗(yàn)工作主要結(jié)合引水閘上游EL150m平臺(tái)爆破開挖進(jìn)行，通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)爆破工藝及參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，確定經(jīng)濟(jì)、合理的鉆爆參數(shù)；同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的爆破振動(dòng)觀測(cè)與分析，研究當(dāng)前地質(zhì)及爆破條件下的爆破振動(dòng)特性及振動(dòng)傳播規(guī)律。另外，還對(duì)使用的雷管、炸藥、導(dǎo)爆索等爆破材料進(jìn)行相關(guān)性能的檢測(cè)。

4 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

4.1 原理

目前，爆破界一般通行使用前蘇聯(lián)M.A薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式作為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度衰減規(guī)律的回歸方程：

式中：V—峰值質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q—單響最大藥量，kg；R—爆心距或波行距，m；K，α—回歸系數(shù)，與地形地質(zhì)條件及爆源類型有關(guān)。

然后再通過(guò)允許的建筑物和保護(hù)對(duì)象的安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，反求今后每次爆破時(shí)的允許最大裝藥量，從而使每次在構(gòu)筑物和保護(hù)對(duì)象附近爆破時(shí)，將其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制在允許范圍內(nèi)。

4.2 監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)爆破監(jiān)測(cè)的同時(shí)，需在爆區(qū)(源)附近和敏感區(qū)域附近布置宏觀調(diào)查區(qū)，進(jìn)行爆破施工前后的宏觀調(diào)查。具體在鄰近爆區(qū)的敏感部位布設(shè)觀察點(diǎn)，先對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沖洗，然后噴涂標(biāo)志進(jìn)行爆破前后的宏觀調(diào)查，綜合分析該部位爆破受振情況。通過(guò)跟蹤調(diào)查，及時(shí)反饋調(diào)查結(jié)果，調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到減小爆破地震效應(yīng)的目的。陶岔渠首樞紐主體工程新老閘銜接段爆破施工區(qū)域周邊環(huán)境復(fù)雜，施工干擾大、需監(jiān)測(cè)保護(hù)對(duì)象分布較分散。在具體監(jiān)測(cè)過(guò)程中，根據(jù)爆區(qū)位置，合理安排爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。

表1 新老閘銜接段開挖爆破試驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度統(tǒng)計(jì)表

4.3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)依據(jù)

我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也都采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為安全控制標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)段監(jiān)測(cè)工作選用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度—頻率的控制標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合分析研究確定各動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)部位(保護(hù)對(duì)象)的允許最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，參照大體積混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的要求，將新老閘壩、新澆混凝土和帷幕灌漿(壩基灌漿均超28d齡期)的安全標(biāo)準(zhǔn)分別定為：爆破振動(dòng)頻率為f＞50 Hz時(shí)，安全允許振速為10cm/s、5cm/s和2.5cm/s。

5 監(jiān)測(cè)成果分析

5.1 工作布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖爆破施工實(shí)際情況，以及結(jié)合工區(qū)周邊具體環(huán)境分析，相關(guān)監(jiān)測(cè)工作布置情況如下：在起爆前2小時(shí)進(jìn)入指定點(diǎn)埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集工作，爆破結(jié)束后收集監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)做資料初步處理。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置采用動(dòng)態(tài)布置，具有不固定性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理指定或?qū)嶋H爆破施工部位及爆破規(guī)模合理選擇監(jiān)測(cè)(保護(hù))對(duì)象進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行爆破監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)選擇原則為：選擇距爆區(qū)近、具有控制性作用的重要建(構(gòu))筑物，在關(guān)鍵部位布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及相關(guān)文件要求，具體監(jiān)測(cè)保護(hù)對(duì)象：主廠房；引水閘；帷幕灌漿部位。

根據(jù)確定的本二期工程爆破作業(yè)重要安全保護(hù)對(duì)象，在引水閘壩段、主廠房壩段壩頂、壩踵、灌漿廊道內(nèi)分別布設(shè)六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度安全監(jiān)測(cè)。

5.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)共計(jì)監(jiān)測(cè)爆破2次，共布置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采集現(xiàn)場(chǎng)爆破監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)30點(diǎn)·次。各監(jiān)測(cè)部位實(shí)測(cè)爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

5.3 成果分析

本監(jiān)測(cè)區(qū)主要對(duì)新閘主廠房、引水閘、帷幕灌漿廊道等部位進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，爆心距40～60m，單響藥量20Kg，單次起爆總藥量364～800Kg。由新老閘銜接段開挖爆破試驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值可見(jiàn)，最大振速發(fā)生在10#壩段帷幕灌漿廊道監(jiān)測(cè)點(diǎn)，水平X方向2.35cm/s，接近壩基灌漿(7～28天)2.5cm/s安全標(biāo)準(zhǔn)。總體上振動(dòng)數(shù)值在現(xiàn)行振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，因此振動(dòng)不會(huì)對(duì)混凝土建筑結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響。根據(jù)各監(jiān)測(cè)部位振動(dòng)峰值來(lái)看，陶岔渠首樞紐新老閘銜接段開挖爆破試驗(yàn)產(chǎn)生振動(dòng)，符合爆破振動(dòng)傳播理論的一般規(guī)律，真實(shí)反映了客觀實(shí)際。

6 爆破試驗(yàn)結(jié)論及建議

根據(jù)本階段試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作，可以得出如下結(jié)論及建議：(1)引水閘上游EL150.0m平臺(tái)及電站進(jìn)口上部巖石爆破開挖可以按照單耗0.35～0.4kg/m3、間排距按1.5～5.0m×1.5～2.5m來(lái)控制炮孔布置及裝藥，在鉆孔過(guò)程中遇到巖石風(fēng)化程度變化較大時(shí)，適當(dāng)調(diào)整間排距；在爆破裝藥、聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中，要保證各炮孔雷管段別正確，聯(lián)接可靠，并注意不得損壞導(dǎo)爆管。(2)當(dāng)巖性條件發(fā)生改變，或施工部位靠近陶岔新閘樞紐時(shí)應(yīng)加強(qiáng)爆破振動(dòng)觀測(cè)。(3)施工過(guò)程中使用的火工品性能是基本滿足要求的，但也有個(gè)別雷管延時(shí)誤差較大。在新老閘銜接段爆破開挖中，建議雷管跳段使用，防止因雷管延時(shí)誤差出現(xiàn)串段現(xiàn)象，從而影響爆破效果，并出現(xiàn)前后段爆破震，動(dòng)波形疊加現(xiàn)象。(4)為了保證爆破網(wǎng)路準(zhǔn)爆和施工安全，建議起爆雷管使用瞬發(fā)電雷管。(5)對(duì)引水閘上游EL150.0m平臺(tái)上部強(qiáng)風(fēng)化層邊坡，從試驗(yàn)來(lái)看，無(wú)論是采用預(yù)裂還是光面爆破均難以達(dá)到理想效果，建議邊坡處理采用預(yù)留50cm保護(hù)層，在出渣時(shí)挖掘機(jī)直接進(jìn)行修坡的方法。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)爆破試驗(yàn)及大規(guī)模爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)資料的整理分析，綜合得出以下結(jié)論：

(1)陶岔渠首樞紐工程新老閘銜接段爆破施工過(guò)程中開展了科學(xué)規(guī)范的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作。從新老閘銜接段爆破監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，最大振速發(fā)生在8月28日8#壩段壩踵混凝土監(jiān)測(cè)點(diǎn)，垂直Z方向6.00cm/s，該混凝土齡期超過(guò)28天，振動(dòng)數(shù)值在現(xiàn)行振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；7月20日灌漿廊道10#壩段振動(dòng)數(shù)值X方向2.35cm/s，接近壩基灌漿(7～28天)2.5cm/s安全標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足技術(shù)要求。監(jiān)測(cè)成果表明本次爆破施工引起建(構(gòu))筑物振動(dòng)符合國(guó)家現(xiàn)行振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)工區(qū)周邊建(構(gòu))筑物安全產(chǎn)生影響。(2)通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)部位附近爆破試驗(yàn)前后宏觀調(diào)查，結(jié)果表明開挖爆破施工對(duì)周邊區(qū)域環(huán)境及建(構(gòu))筑設(shè)施未造成不利影響。(3)在研究爆破設(shè)計(jì)的同時(shí)，通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，達(dá)到不采取特殊措施，只控制單響藥量的方法來(lái)進(jìn)行控制爆破，舍棄了以往破碎錘開挖及靜態(tài)爆破劑開挖的措施，節(jié)約施工時(shí)間，降低施工難度，節(jié)約施工成本；同時(shí)也為是否對(duì)新閘建筑物及新閘帷幕安全產(chǎn)生危害提供了評(píng)判依據(jù)，即使老閘因年久老化或新樞紐輕微振動(dòng)，個(gè)別構(gòu)件和部位出現(xiàn)異常情況，此次監(jiān)測(cè)的翔實(shí)數(shù)據(jù)也為評(píng)判提供了有力的證據(jù)，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

王秀明(1971.10-),男,大學(xué)本科學(xué)歷,畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利工程專業(yè),主要從事技術(shù)管理工作。