爆破振動監(jiān)測技術(shù)在穿黃大堤工程中的應(yīng)用

楊天生，何利華，張 猛，胡炳旭

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 工程概況

南水北調(diào)東線穿黃隧洞工程位于山東省東平與東阿兩縣境內(nèi)，按100 m3/s設(shè)計(jì)，為圓形有壓洞，內(nèi)徑 7.50 m，洞長 585.38 m，包括南岸豎井、過河平洞、北岸斜井等。隧洞所處寒武系崮山組和張夏組巖層巖溶及溶隙發(fā)育，存在第四系孔隙水、巖溶裂隙水及黃河水“三水相通”問題。

隧洞斜井段穿越的位山大堤是黃河下游中段重要險工，大堤臨水坡水下部分為人工拋石、水上部分為漿砌塊石護(hù)坡，坡度較陡，是防洪安全的重要部位。

2 爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)

穿黃隧洞開挖是在原探洞基礎(chǔ)上采用鉆爆法進(jìn)行施工的，考慮到該工程所處位置的重要性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，開挖爆破必須根據(jù)觀測資料隨時調(diào)整爆破參數(shù)。因此，選擇一套適用于本工程的監(jiān)測系統(tǒng)確保隧洞工程實(shí)施時黃河大堤的安全是非常必要的。

2.1 系統(tǒng)選擇

隨著我國電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，爆破振動監(jiān)測設(shè)備的研制開發(fā)提高到了一個新水平。目前，國內(nèi)已有多個廠家和科研單位可以生產(chǎn)在線和便攜式的智能化振動測試設(shè)備，為工程建設(shè)提供更加準(zhǔn)確和方便的服務(wù)，而強(qiáng)大的計(jì)算分析和處理技術(shù)也在振動監(jiān)測和分析軟件中有著很好地應(yīng)用。

穿黃大堤安全觀測工程爆破振動測點(diǎn)多、位置跨度大，需要跨越大堤交通道路。如果采用當(dāng)前的布線測試方式，需要將每臺測振儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在每一次觀測前在現(xiàn)場布置拾振器將數(shù)據(jù)線與采集設(shè)備連接，還要在測試完成后逐一收回，不僅工作強(qiáng)度大，而且在觀測期間還要封閉現(xiàn)場交通道路。考慮到本工程現(xiàn)場特點(diǎn)，需要采用體積小、重量輕、便攜式的多點(diǎn)測試設(shè)備。工程選用了四川拓普測控科技有限公司生產(chǎn)的TOPBOX振動測試儀和BMView分析軟件。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

拓普系列振動測試儀具有體積小、重量輕、靈敏度高、功能多、使用方便、自動化程度高、內(nèi)存容量大、數(shù)據(jù)傳輸接口多樣等優(yōu)點(diǎn)，為本工程爆破振動測試提供了極佳的解決方案。

儀器輕小便攜，內(nèi)置電池，解決了現(xiàn)場供電問題，避免了測量導(dǎo)線的鋪設(shè)、檢查、回收等繁瑣工作，現(xiàn)場測試更方便、輕松；儀器內(nèi)置掉電保護(hù)存儲器，自動記錄多段振動事件，分段存儲、自動續(xù)段，實(shí)現(xiàn)連續(xù)多次爆破振動的監(jiān)測；具備通道浮點(diǎn)放大功能，可自適應(yīng)信號強(qiáng)弱而無需設(shè)置量程，自動動態(tài)調(diào)節(jié)靈敏度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化、數(shù)字化；配套的BMView數(shù)據(jù)處理軟件遵照《爆破安全規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具備完善的數(shù)據(jù)分析處理功能，能直接計(jì)算出振速最大值及主振頻率。系統(tǒng)軟件還提供了工程標(biāo)定、讀取數(shù)據(jù)、波形顯示、數(shù)據(jù)處理、存盤、打印及通訊等功能。

2.3 系統(tǒng)布置

大堤質(zhì)點(diǎn)振動監(jiān)測設(shè)3個監(jiān)測斷面，共布置10組測點(diǎn)。其中，沿洞軸線布置6組測點(diǎn)，大堤頂上、堤后各3組；在大堤迎水坡洞軸線的兩側(cè)各布置2組測點(diǎn)，如圖1所示。所有測點(diǎn)設(shè)2支振動傳感器，分別監(jiān)測豎向振速和垂直大堤軸線的水平向振速。拾振器采用 PS-4.5B（垂直）和 PSH-4.5B（水平）型傳感器。

3 爆破振動監(jiān)測控制

3.1 控制依據(jù)

目前國內(nèi)尚缺少引調(diào)水工程的安全監(jiān)測規(guī)范，而本工程在引調(diào)水工程中具有一定特殊性。穿黃隧洞屬于地下工程，而黃河大堤卻是土石壩工程。在此條件下，質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度參考 《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）、《水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》（DL/T5333-2005）和穿黃探洞開挖爆破以及類似工程爆破監(jiān)測結(jié)果，結(jié)合穿黃隧洞首次爆破試驗(yàn)設(shè)定相對安全的允許標(biāo)準(zhǔn)為3～4 cm/s。由于質(zhì)點(diǎn)振動速度主要與裝藥量、爆破距離和地質(zhì)條件等有關(guān)，鑒于穿黃大堤歷史久遠(yuǎn)、內(nèi)部局部填筑不均，在實(shí)際的施工監(jiān)測控制過程中針對具體爆破參數(shù)有針對性地加以控制和調(diào)整。

3.2 信息反饋

安全監(jiān)測作為工程風(fēng)險控制的有效手段，在工程建設(shè)和管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。在黃河及其大堤下部進(jìn)行隧洞爆破具有復(fù)雜性和高風(fēng)險性，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和開挖的地質(zhì)條件，綜合考慮施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面的影響因素，做出一個安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的施工方案。該方案可以對爆破工藝、支護(hù)型式、灌漿帷幕等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，從而規(guī)避工程風(fēng)險。因此，對于安全監(jiān)測項(xiàng)目建立順暢、快捷的信息反饋供設(shè)計(jì)、施工及有關(guān)工程技術(shù)人員決策使用是非常必要的。工程建設(shè)過程中制定了嚴(yán)格的信息反饋流程，如圖2所示。由主要技術(shù)負(fù)責(zé)人直接擔(dān)任監(jiān)測評價工作，使得安全監(jiān)測在工程風(fēng)險管理中更有成效。

4 爆破振動監(jiān)測結(jié)果與評價

穿黃隧洞爆破施工選用2#巖石乳化炸藥，炸藥總量多數(shù)在100 kg以下。目前，隧洞爆破施工已順利穿越黃河大堤和黃河河床，其間觀測到的質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度小于設(shè)定的安全允許值。以大堤迎水坡V1質(zhì)點(diǎn)振動觀測結(jié)果為例，質(zhì)點(diǎn)主振頻率集中在100Hz以下，質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度最大值未超過1.5 cm/s，隨著爆破斷面遠(yuǎn)離監(jiān)測點(diǎn)測值已逐漸下降至0.2 cm/s（垂直向）?？v觀所有測點(diǎn)主振頻率和峰值振動速度，測值大小主要受地質(zhì)條件和裝藥量影響，巖體堅(jiān)硬完整、測點(diǎn)距震源較近測值會相應(yīng)增大。

5 結(jié)語

自2008年9月27日隧洞爆破施工至2010年1月，穿黃隧洞已順利穿越黃河大堤和黃河河床。通過穿黃大堤觀測工程中爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建立和觀測，驗(yàn)證了爆破監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用效果。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和反饋，有效地指導(dǎo)了工程爆破施工，規(guī)避了工程風(fēng)險，確保了黃河大堤安全。穿黃工程爆破安全監(jiān)測對工程順利實(shí)施起到了重要作用，也為相似工程爆破條件下的安全允許標(biāo)準(zhǔn)提供了借鑒和依據(jù)。