鐵路隧道爆破對運行期電站的振動影響研究

劉 志 輝

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

鐵路隧道爆破對運行期電站的振動影響研究

劉 志 輝

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

以拉林鐵路巴玉隧道出口交通洞爆破開挖為例，通過對所處其影響區(qū)內(nèi)的某水電站進行爆破振動試驗與監(jiān)測，提出了運行期電站爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)。振動試驗在求出與之對應(yīng)的場地系數(shù)和衰減系數(shù)的前提下，確立了最終的最大單響藥量控制標(biāo)準(zhǔn)。以試驗結(jié)果進行爆破施工并開展了爆破振動監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明：各保護對象質(zhì)點振動速度均小于控制標(biāo)準(zhǔn)。拉林鐵路巴玉隧道出口交通隧道爆破施工并未影響到該水電站的安全運營。

爆破施工；控制標(biāo)準(zhǔn)；振動試驗；振動監(jiān)測；巴玉隧道

1 概 述

隨著水電水利工程的日益發(fā)展，工程爆破應(yīng)用越來越多，但在爆破釋放出巨大能量給工程帶來經(jīng)濟效益和社會效益的同時，亦給爆源附近的民居、古建筑物和變形體(滑坡體)等帶來很大的影響。因此，研究爆破振動規(guī)律、開展爆破振動試驗與監(jiān)測就具有極其重要的意義。

筆者結(jié)合西藏某水電站拉林鐵路巴玉隧道出口交通洞爆破施工生產(chǎn)實際，圍繞爆破施工安全技術(shù)等關(guān)鍵問題開展了爆破振動對臨近建筑物的影響研究，以達到既保障該水電站安全運營、又盡可能地加快巴玉隧道出口交通洞的施工進度之目的。

2 工程概述與控制標(biāo)準(zhǔn)的制定及計算

2.1 工程概述

某水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內(nèi)，為雅魯藏布江干流上建設(shè)的第一座大型水電站，也是西藏“十一五”規(guī)劃的重點項目，總裝機容量510 MW，多年平均年發(fā)電量25億kW·h。2015年10月電站全部6臺機組已投入商業(yè)運行，水庫已進入正常調(diào)度運行期。

拉林鐵路位于西藏自治區(qū)東南部，新建正線長度402.405 km，運營長度434.905 km。巴玉隧道為拉林鐵路控制性工程，經(jīng)設(shè)計院比較分析論證后確定該隧道施工便道方案采用“948 m交通隧道”方案從該水電站樞紐工程區(qū)右岸通過。“948 m交通隧道”最大埋深約350 m，距該水電站大壩右壩肩最近距離約180 m，距電站右岸邊坡錨索支護錨固端的最近距離為70 m，與右岸帷幕灌漿平洞的最近距離約100 m，與魚道的最近水平距離為110 m。

2.2 所制定的爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)

開挖爆破所引起的地面振動與天然地震一樣是一個非常復(fù)雜的變量。它以波的形式傳播，其振幅、周期和頻率均隨時間而變化。振動的物理量一般用質(zhì)點的振速、加速度、位移和振動頻率等表示。振動幅值是衡量爆破振動強度的標(biāo)志，一般使用質(zhì)點振動速度幅值、加速度幅值和位移幅值等。目前我國水電行業(yè)大多以質(zhì)點振動速度幅值作為判別標(biāo)準(zhǔn)[1]。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2011)[2]，結(jié)合保護對象的具體情況進行分析，得到的相關(guān)爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表1。

由于該水電站的重要性，本次爆破振動質(zhì)點振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)均按最嚴(yán)格要求取值:發(fā)電廠房及機電設(shè)備按表1中運行中的水電站取0.5 cm/s，大壩及帷幕灌漿、魚道按初凝混凝土取1.5 cm/s，邊坡及預(yù)應(yīng)力錨索按永久性巖石高邊坡折減50%進行取值，為2.5 cm/s。

2.3 計算K、α的方法

開挖爆破時，決定爆破振動強度的因素很多，但主要為藥量和爆心距。而用于測算爆破振動強度的公式很多，但差異亦很大，目前我國大多采用薩道夫斯基公式[3]：

(1)

表1 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)表

式中v為質(zhì)點峰值速度(cm/s)；Q為爆破藥量(kg)，齊發(fā)爆破為總藥量，微差爆破為段最大藥量；R為爆心距(m)；K、α分別為場地系數(shù)和衰減指數(shù)。

對式(1)兩邊取對數(shù)，得：

(2)

得到：y=k+αx的一元線性回歸方程，k、α為回歸方程的回歸系數(shù)。根據(jù)最小二乘法，將各檢測點的質(zhì)點振動速度值v及爆破藥量Q、爆心距R分別代入式(2)進行回歸分析計算，得到該地質(zhì)與地形條件下的K和α。

3 測試方案

3.1 試爆藥量

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2011)[2]，爆區(qū)不同巖性的爆破振動參數(shù)K、α經(jīng)驗值見表2。

表2 爆區(qū)不同巖性的K、α值表

“948m交通隧道”施工期爆破開挖范圍內(nèi)大多為Ⅱ類和Ⅲ類花崗巖，屬堅硬巖石。根據(jù)斷層及裂隙發(fā)育情況和該水電站的重要性，試驗前的K和α經(jīng)驗值應(yīng)按最不利情況選用。為此，取K=150，α=1.3。經(jīng)計算，試爆藥量由保護對象——發(fā)電廠房及機電設(shè)備控制，其值為20.2kg。

在進行爆破振動試驗與監(jiān)測之初，為保證各保護對象的絕對安全，以最大單響藥量不大于20.2kg進行試爆。試爆后，根據(jù)試驗與監(jiān)測數(shù)據(jù)，再逐步提高裝藥量至最大安全裝藥量水平。

3.2 試驗方案

為控制“948m交通隧道”開挖爆破對某水電站各建筑物的振動影響，在“948m交通隧道”GK000+000至GK000+020段進行小藥量試開挖，在大壩、廠房和機電設(shè)備、魚道、右岸帷幕灌漿平洞、右岸纜機平臺、高壓出線鐵塔等部位布置了20個測試點，并進行了2次爆破振動測試。根據(jù)試驗情況，合理調(diào)整測點位置，初步確定了各敏感建筑物方向的爆破振動參數(shù)K、α值，預(yù)測了最大安全藥量，并將其作為下階段爆破施工的控制依據(jù)。

GK000+020至GK000+060直線段爆破開挖時，逐漸調(diào)整藥量到預(yù)估最大安全藥量，對各測點均布置了三矢量振動傳感器，每次20點，進行了1次振動測試，最終確定了各敏感建筑物方向的爆破振動參數(shù)K、α值，調(diào)整了最大安全藥量，確保了各建筑物安全。

3.3 測點布置

根據(jù)“948m交通隧道”與某水電站的位置關(guān)系，為全面獲取不同方向的衰減規(guī)律，在現(xiàn)場右岸順河流方向3 314m高程沿一條剖面埋設(shè)了6臺監(jiān)測儀器，形成了一條監(jiān)測剖面；在壩軸線上沿灌漿平洞一條剖面方向埋設(shè)了4臺監(jiān)測儀器，形成了一條監(jiān)測剖面；在纜機平臺上順?biāo)鞣较蛞粭l剖面埋設(shè)了3臺監(jiān)測儀器，形成了一條監(jiān)測剖面。在0號電力鐵塔及1#電力鐵塔處各布置了1臺監(jiān)測儀器，每次現(xiàn)場監(jiān)測點位置不變。將各監(jiān)測點盡可能布置、安裝在監(jiān)測部位的基礎(chǔ)巖石上(圖1)。

圖1 某水電站拉林鐵路巴玉隧道出口交通隧道爆破振動試驗測點布置示意圖

4 測試成果

4.1 試驗成果

初步試算階段，通過2次爆破振動測試(每次20個測點)，根據(jù)裝藥量和爆源距，采用回歸計算得出最不利方向為爆源右側(cè)向之等高程及下方，所對應(yīng)的K=357.27、α=1.901，據(jù)此，求出最大安全單響藥量為64.9kg。

驗證階段，通過1次爆破振動測試(每次20個測點)，計算得出最大安全單響藥量為70.9kg，其值比試算階段預(yù)測的最大安全單響藥量64.9kg大。出于安全考慮，最終確立的最大單響藥量取64.9kg。

“948m交通隧道”爆破施工中實際的最大單響藥量為52.5kg，小于64.9kg，滿足最大安全單響藥量控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 監(jiān)測成果

本次“948m交通隧道”爆破振動峰值速度監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 某水電站拉林鐵路巴玉隧道交通洞開挖爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)及實測最大值表

從表3可以看出，某水電站4個重點監(jiān)測對象在GK000+000～GK000+414段爆破施工期間，廠房中控室質(zhì)點振動速度最大值為0.056cm/s，魚道巖錨段質(zhì)點振動速度最大值為0.609cm/s，大壩右岸壩肩質(zhì)點振動速度最大值為0.058cm/s；右岸帷幕灌漿平洞質(zhì)點振動速度最大值為0.155cm/s，均小于各自的允許安全控制標(biāo)準(zhǔn)。從質(zhì)點振動速度這一直接定量安全判據(jù)看：拉林鐵路巴玉隧道出口交通隧道爆破施工并未影響到該水電站的安全運營。

5 結(jié) 語

針對該工程，筆者提出了運行期電站各重點保護對象的控制標(biāo)準(zhǔn)，最終確定的最大單響藥量取值為64.9kg。“948m交通隧道”爆破施工中，實際最大單響藥量為52.5kg，小于64.9kg，滿足最大安全單響藥量控制標(biāo)準(zhǔn)。

某水電站各保護對象質(zhì)點振動速度均小于各自的允許安全控制標(biāo)準(zhǔn)。從質(zhì)點振動速度這一直接定量安全判據(jù)看：拉林鐵路巴玉隧道出口交通隧道爆破施工并未影響到該水電站的安全運營。

最終的監(jiān)測成果亦驗證了試驗成果的有效性。同時，通過對該電站進行的安全監(jiān)測(變形、滲流、揚壓力等)取得的資料表明：該水電站的爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

[1]DL/T5333-2005，水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程[S].

[2]GB6722-2011，爆破安全規(guī)程[S].

[3] 于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-12-10

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B

1001-2184(2017)01-0072-03

劉志輝(1976-)，男，湖南新化人，副室主任，高級工程師，碩士，從事水電工程物探檢測技術(shù)工作.