水庫壩基開挖爆破安全監測技術分析

游作華

(福建省金禹建設工程有限公司，福建 寧德 352100)

1 工程概況

某工程內容包括壩基開挖及處理、擋水建筑物為雙曲混凝土砌石拱壩、壩頂溢洪道、取水建筑物、大壩水平位移、沉陷觀測設施及管理房等。壩基岸坡石方擬采用周邊預裂爆破結合深孔梯段爆破的方式。預裂爆破鉆孔采用QC-100型潛孔鉆鉆孔，孔徑為60 mm。深孔梯段爆破鉆機采用QC-100型潛孔鉆鉆孔，孔徑為80 mm。壩基開挖的石碴由2臺PC-300反鏟挖掘機負責裝碴，每臺挖掘機配備4～6臺5 t自卸車負責運碴。

2 水庫壩基開挖爆破安全監測管理

2.1 監測儀器的選取

在進行爆破監測的作業中主要使用的是爆破振動自動記錄儀，本工程共需要6臺記錄儀，記錄儀使用的是9 V的干電池，進行采樣的長度一般為16 k，采樣的時間控制在4.8 s左右，采樣率一般會控制在2.5 k左右，追蹤采樣回延時-4 k，追蹤采樣的時間控制在1.6 s左右，需注意，追蹤采樣的時間必須要>爆破的延遲時間，這樣就可對爆破的過程進行完整的記錄和監控。此外，還需要14支傳感器來對數據進行傳輸，傳感器均選用質點速度傳感器，其中4支傳感器是通過水平的使用方法進行傳輸，另外10支是通過垂直的使用方法進行傳輸。在傳感器安裝完后還要進行測樁作業，進行測樁時需在基坑內打3～5 m深的錨桿作為支撐點來進行鋼片焊接作業[1]。

2.2 監測流程

結合本工程的實際情況，工程決定采用TOPBOX爆破振動測試系統作為工程監測系統，改監測系統用到的儀器主要有質點振動傳感器、TOPBOX自記儀、計算機等設備。通過觸發的形式來傳出信號，傳感器在接收到信號后將信號傳輸到TOPBOX自記儀，記錄儀與計算機相連接就可直接輸出結果。具體的監測流程如下：爆破物理振動→質點振動速度傳感器→TOPBOX自記儀→計算機分析→結果輸出。

2.3 爆破位置的確定

在進行爆破監測工作時要重點對爆破測點進行監測。因為爆破測點的準確與否對整個爆破工作起著決定性的作用，其對爆破的效果和爆破的數據有著巨大的影響。此外，爆破的藥量和爆心距也對爆破工作有著一定的影響，如果爆破的藥量過小，就會影響爆破的效果，如果爆破的藥量過大，就會破壞整個工程的建設。爆心距的距離越大，爆破的影響就越小。所以在確定爆破位置時可利用爆心距來進行確定，具體的操作過程如下：

(1)首先確定爆心距的距離，需考慮各測點之間的距離，然后確定測點位置，第一個測點的位置要在爆炸中心內，第二個測點的位置稍遠一點，最后一個測點要布置在爆破影響范圍的邊緣處。

(2)為了保證數據的準確性，必須要確保每兩個相鄰測點之間要保持一定的比心距，且比心距的值必須為常數[2]。

(3)為了能得到爆破時建筑物的受力變化情況，除了要在建筑物邊緣地面安置測點外，還要在建筑物內的不同高度處布置測點。

2.4 爆破振動監測數據研究和工程安全測評

2.4.1 對每一組的監測數據進行分析研究

(1)對第一組進行研究和分析。第一組監測是在適應性監測優化后進行的監測，有一定的監測基礎。本組監測的區域位于壩基面左岸中下側，因為爆破的范圍周長大約為90 m，爆破的面積大概為550 m2，爆破掉落巖石的質量大概為0.35萬m3，爆破的高度大概為558 m，本組爆破作業所消耗的藥量大概為0.257 kg/m3。在壩基面左岸中下側位置布置10個傳感器，其中2支傳感器是通過水平的使用方法進行傳輸，8支傳感器是通過垂直的使用方法進行傳輸。爆破振動觸發測點的布置如下所示：

爆破觸發測點的編號為6、8、9、11、12、13、16、18、19、22，這10個測點均采用垂直傳感的方法進行數據傳輸，其中有兩支傳感器重復使用。

爆破未觸發測點的編號為14、15。因為在爆破過程中會出現巖石飛落的現象，這個測點是被掉落的巖石擊中，導致測點未被觸發，所以監測到的數據不能作為參考數據。

通過對已觸發的數據研究表明，在上游布置的8、6測點接收到振動的數據時間最早，所以可判斷出爆破對這兩處的影響最大，起爆的方向由河床中心向河床左岸移動，在移動的過程中爆破的藥量也不斷增加，監測到的振動速度也在不斷增大。在河床左側的測點進行爆破需要的藥量比較大，所以監測在位于河床最左側的測點所需要的爆破藥量最大，監測到的振動速度靠左岸所有測點均由最后一段爆破產生最大振動速度，該段為該組爆破的最大單響藥量，也是爆源與測點距離最短的單響段[3]。

(2)對第二組進行研究和分析。本次監測的區域位于壩基面左岸中下側，因為爆破的范圍周長大概為63 m，爆破的面積大約為215 m2，爆破掉落巖石的質量大約為0.135萬 m3，爆破的高度大約為555.5 m，本次爆破作業所消耗的藥量大約為0.253 kg/m3，向壩基面左岸由上到下布置12個傳感器，其中，8支傳感器是通過垂直傳感的方法進行數據傳輸，4支傳感器是通過水平傳感的方法進行數據傳輸。

爆破觸發測點的編號為6、7、9、11、13、14、16、18，這8個測點均采用垂直傳感的方法進行數據傳輸。

爆破未觸發測點的編號為12、13、20、22。這4個測點均采用垂直傳感的方法進行數據傳輸。

通過對本次監測到的數據進行分析研究，發現第二組的爆破位置和爆破測點與第一組大致相同。第二組基坑爆破的最大振動速度為344.8 cm/s，在爆破發生后32 s時產生，該測點爆破藥量為67.5 kg，在靠近左岸進行爆破時，最大振動速度為2.125 cm/s，在爆破發生后271.6 s時產生，該測點爆破藥量為67.5 kg。

(3)對第三組進行研究和分析。本次監測的區域位于壩基面左岸中下側，因為爆破的范圍周長大概為42 m，爆破的面積大約為108 m2，爆破掉落巖石的質量大約為0.102萬m3，爆破的高度大約為571 m，本次爆破作業所消耗的藥量大約為0.57 kg/m3，向壩基面上布置2支傳感器，向基坑靠右岸的區域布置4支傳感器，這6支傳感器均是通過垂直傳感的方法進行數據傳輸，此外，向基坑靠左岸的區域布置4支傳感器，這4支傳感器均是通過水平傳感的方法進行數據傳輸。

爆破觸發測點的編號為3、4、5、6、7、8、16、18、19、22，這10個測點均采用垂直傳感的方法進行數據傳輸。

爆破未觸發測點的編號為1、2。這2個測點均采用垂直傳感的方法進行數據傳輸。通過對已經觸發的數據的研究表明，在位于上游圍堰面布置的7、8測點接收到振動的數據時間最早，其他測點的振動速度慢，因此可推測出其他測點所使用的藥量均為單響藥量。

第三組基坑在上游圍堰處爆破產生的最大振動速度為970.22 cm/s，在爆破發生后189.2 s時產生，該測點爆破藥量為172.5 kg，在靠近左岸進行爆破時，最大振動速度為1.420 cm/s，在爆破發生后209.6 s時產生，該測點爆破藥量為172.5 kg。

2.4.2 對施工進行全面的安全性評價

(1)對基坑右岸壩肩側進行安全分析。對基坑圍堰上游的所有監測點都被觸發，所以得到的數據是真實、準確的。通過對數據進行分析研究后得出該監測范圍內的最大振動速度為1.42 cm/s，與其相對應的最大垂直振動速度為1.136 cm/s。這個數據表明，基坑右側的測點與爆破中心點的隔震現象明顯。結合對其他測點的分析，表明在基坑右側同一爆炸源下，水平方向的軸線比垂直方向的要長，爆破的振動速度隨著高度的降低呈現逐漸變小的趨勢。在開挖面露出一定范圍后，巖體的振動速度會逐漸變小[4]。

(2)對基坑左岸壩肩側進行安全分析。在該區域布置測點時是采取均勻布置的方法進行布置的，所以布置的測點受地質斷裂帶的影響較小，該區域的所有監測點都被觸發，所以得到的數據是真實、準確的。通過對數據進行分析研究后得出，布置的第一組測點的最大振動速度為7.32 m/s，最小振動速度為1.13 cm/s，兩個測點的振動速度差較大，最大振動速度測點與最小振動速度測點之間的距離61 cm。第二組測點的最大振動速度為1.83 cm/s，最小振動速度為0.441 cm/s。最大振動速度測點與最小振動速度測點之間的距離61 cm。第三組測點的最大振動速度為1.14 cm/s，最小振動速度為0.288 cm/s，最大振動速度測點與最小振動速度測點之間的距離30.6 cm。

3 結 論

根據監測結果可看出，垂直河向表現為比較完整的條狀分布，爆破振動波產生的衰減相對來說比較小，而順著壩體軸線方向高程以上的節理裂隙帶和斷裂帶發揮了較好的隔震作用。因此，在進行開挖爆破控制時，要將順壩軸線方向作為主要的控制內容。另外，對于節理裂隙帶或斷裂帶由于隔震效果不顯著，在施工時要充分考慮其爆破振動后產生的影響。

參考文獻：

[1] 周克發，張國棟，符興彧.庫區爆破對高坡嶺水庫大壩影響監測分析[J].長江科學院院報，2009，26(8)：24-27.

[2] 陸佑楣.我國水電開發與可持續發展[J].水力發電，2005(2)：1-4.

[3] 耿光旭，李華平，劉金川.施工振動對環境影響的監測[J].勘察科學技術，2004(4)：54-57.

[4] 李彬峰.爆破振動的分析方法及測試儀器系統探討[J].爆破，2003(1)：81-84.