木坡水電站引水系統(tǒng)爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)

彭 剛 喻廷宇

（四川小金川水電開(kāi)發(fā)有限公司 四川 阿壩 624200）

1 工程概況

木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內(nèi)的撫邊河干流上，采用引水式開(kāi)發(fā)，電站樞紐建筑物包括首部攔河取水樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐等組成。電站正常蓄水位2709m，利用落差135m，設(shè)計(jì)引用流量43.32m3/s，裝機(jī)45MW，引水隧洞采用左岸有壓隧洞方案，隧洞長(zhǎng)度為10074m，壓力管道為埋管，長(zhǎng)度為418m，木坡水電站引水系統(tǒng)近鄰或穿過(guò)小金縣撫邊鄉(xiāng)營(yíng)門村和小金縣木坡鄉(xiāng)木龍村、達(dá)木村，沿線建（構(gòu)）筑物較多。

2 爆破振動(dòng)問(wèn)題的提出

木坡水電站于2010年6月1日開(kāi)工，引水隧洞共計(jì)布置6條施工支洞（分別為0#～5#施工支洞），調(diào)壓井頂部布置了一條通風(fēng)洞、調(diào)壓井底部蝶閥室布置了一條交通洞、壓力管道下平段布置了1條施工支洞，其中0#施工支洞、1#施工支洞、2#施工支洞、5#施工支洞、蝶閥室交通洞、壓力管道下平段施工支洞距離村莊較近，從20m至200m不等，只有3#、4#施工支洞距離村莊較遠(yuǎn)，超過(guò)1000m。承包人進(jìn)場(chǎng)后，根據(jù)征地進(jìn)展情況首先開(kāi)始施工4#施工支洞，承包人參考類似項(xiàng)目編制上報(bào)了爆破施工方案，利用首先開(kāi)工的4#施工支洞進(jìn)行了簡(jiǎn)單的爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)后確定了木坡水電站引水系統(tǒng)地下工程爆破施工參數(shù)，爆破施工參數(shù)表見(jiàn)表1。

在木坡水電站各個(gè)爆破施工作業(yè)面全面開(kāi)工后，附近居民提出了嚴(yán)重抗議，原因?yàn)楸剖┕?duì)房屋產(chǎn)生了較大的振動(dòng)，影響到房屋的安全，由于抗議范圍廣，工程施工不得不暫時(shí)停工。

3 爆破振動(dòng)較大原因分析

在工程施工停工后，組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)爆破振動(dòng)偏大的原因進(jìn)行了分析，分析認(rèn)為由于以下三方面的原因?qū)е卤普駝?dòng)偏大。

3.1 沿線建（構(gòu)）筑物抗振能力差

木坡水電站地處阿壩州藏族羌族自治州小金縣，屬于少數(shù)民族地區(qū)，鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施落后，房屋基本上是砌石結(jié)構(gòu)，普遍居住時(shí)間較長(zhǎng)，房屋老化嚴(yán)重，加上小金縣屬于2008年“5.12”汶川大地震重災(zāi)區(qū)，地震對(duì)房屋造成了嚴(yán)重的影響，但地震后房屋基本上都只是將裂縫進(jìn)行了簡(jiǎn)單修補(bǔ)，房屋表面看著完好，實(shí)則隱患較大，實(shí)際抗振能力比地震前有所降低。

表1 木坡水電站引水系統(tǒng)爆破施工參數(shù)表

表2 木坡引水系統(tǒng)圍巖堅(jiān)固系數(shù)、單位彈性抗力系數(shù)值

3.2 引水系統(tǒng)巖石堅(jiān)固系數(shù)較小，強(qiáng)度較低

木坡水電站引水系統(tǒng)穿越區(qū)，山體渾厚、地形陡峻、地質(zhì)構(gòu)造較單一，相對(duì)高差較大，但巖性復(fù)雜，板巖、千枚巖分布較多，巖性較軟弱。引水系統(tǒng)進(jìn)出口段及過(guò)溝段為風(fēng)化卸荷巖帶，地下水影響較為強(qiáng)烈，巖體完整性差，結(jié)構(gòu)松散。圍巖堅(jiān)固系數(shù)、單位彈性抗力系數(shù)值見(jiàn)表2。

參考李凡友、王增光所著《地下洞室圍巖分類與石方開(kāi)挖分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系探討》（《水利水電工程造價(jià)》2006（2）：21～23）中所探討的地質(zhì)分類與巖石分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)木坡水電站引水系統(tǒng)圍巖堅(jiān)固系數(shù)、單位彈性抗力系數(shù)值，木坡水電站引水系統(tǒng)Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類圍巖對(duì)應(yīng)的巖石等級(jí)分別為Ⅵ級(jí)、Ⅵ～Ⅴ級(jí)、≤Ⅴ級(jí)，其巖石等級(jí)比較低，相應(yīng)巖石的強(qiáng)度也較低。

3.3 爆破參數(shù)偏大，導(dǎo)致爆破振速偏大

從爆破掌子面來(lái)看，爆破效果較差，爆破斷面超開(kāi)挖線嚴(yán)重，爆破渣料顆粒較細(xì)，同時(shí)對(duì)木坡水電站附近的小微電站爆破參數(shù)進(jìn)行了了解，爆破單耗比木坡電站小，綜合分析認(rèn)為木坡水電站采用的爆破參數(shù)偏大是振動(dòng)較大的直接原因。

4 爆破施工參數(shù)調(diào)整

在出現(xiàn)爆破振動(dòng)較大的情況后，為了提高施工效果，同時(shí)減小爆破振動(dòng)對(duì)附近建（構(gòu)）筑物的不利影響，采取了僅施工距離建（構(gòu)）筑物較遠(yuǎn)無(wú)爆破振動(dòng)影響的3#、4#施工支洞，其余施工工作面暫停施工的措施，同時(shí)對(duì)3#、4#施工支洞進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，采集爆破振動(dòng)速度及振動(dòng)頻率。

4.1 爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)取值

由《爆破安全規(guī)程》GB6722-2003規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)表可以看出爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)由保護(hù)對(duì)象類別和爆破振動(dòng)主振頻率所確定。根據(jù)木坡水電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，木坡水電站各保護(hù)區(qū)的房屋多屬于標(biāo)準(zhǔn)表所列第一行“土窯洞、土坯房、毛石房屋”，同時(shí)4#施工支洞實(shí)際監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)速度（cm/s）峰值對(duì)應(yīng)的頻率大于10Hz，因此木坡水電站各保護(hù)區(qū)房屋的爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)表第一行第二列的0.7～1.2cm/s，為嚴(yán)格控制爆破，維護(hù)保護(hù)對(duì)象安全，減小對(duì)保護(hù)對(duì)象的影響，木坡水電站各保護(hù)區(qū)房屋的爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)取值采用了國(guó)家規(guī)程規(guī)范要求的下限值即0.7cm/s。

4.2 調(diào)整后的爆破參數(shù)

根據(jù)參建各方綜合分析、結(jié)合爆破施工效果及參考當(dāng)?shù)匦∥㈦娬颈茀?shù)，將爆破參數(shù)降低到初始爆破參數(shù)的0.90、0.85、0.80，并進(jìn)行密集振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，依據(jù)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整爆破參數(shù)，以保證工程盡快全面恢復(fù)施工。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況分析，最終確定將爆破參數(shù)降低到初始爆破參數(shù)的0.85，降低后的爆破參數(shù)見(jiàn)表3。

5 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)成果分析

5.1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法與實(shí)施

為了準(zhǔn)確確定周邊建（構(gòu)）筑物質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度安全允許值、總結(jié)不同爆源不同保護(hù)區(qū)爆破振動(dòng)傳播規(guī)律、通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，劃定爆破振動(dòng)影響范圍，為客觀、公正、公平地評(píng)價(jià)爆破振動(dòng)影響提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)調(diào)整爆破參數(shù)后的爆破施工進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，本工程爆破監(jiān)測(cè)儀器為成都中科測(cè)控公司生產(chǎn)的TC-4850型便攜式振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀，傳感器使用威海雙豐物探設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的PS-4.5B數(shù)字地震檢波器。按DL/T5333-2005《水電水利工程爆破安全監(jiān)測(cè)規(guī)程》規(guī)定，每個(gè)測(cè)點(diǎn)按照水平徑向、水平切向和豎直向三個(gè)方向布置傳感器。儀器一般選在距離爆源較近的屋內(nèi)一層相對(duì)安靜、穩(wěn)定，無(wú)人員擾動(dòng)的地面上，總體規(guī)律近密遠(yuǎn)疏。數(shù)字地震檢波器在等待觸發(fā)狀態(tài)下，自動(dòng)記錄下所有由振動(dòng)產(chǎn)生的大于設(shè)定觸發(fā)速度值的數(shù)據(jù)及波形。根據(jù)工程實(shí)際情況分別在0#施工支洞附近布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1#（2#）施工支洞附近布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、5#施工支洞（蝶閥室交通洞）附近布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、壓力管道下平段施工支洞布置了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布置了16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

各監(jiān)測(cè)部位共進(jìn)行了116場(chǎng)次的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲得有效振動(dòng)數(shù)據(jù)1455點(diǎn)次，對(duì)爆破過(guò)程中實(shí)測(cè)到的爆破振動(dòng)波形進(jìn)行整理，并將實(shí)測(cè)的質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)振動(dòng)速度（cm/s）峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

5.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果分析

根據(jù)《水電水利工程爆破安全監(jiān)測(cè)規(guī)程DL/T5333－2005》，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度傳播規(guī)律，按下式進(jìn)行回歸整理：

式中：V—峰值質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；

Q—最大單響藥量，kg；

R—測(cè)點(diǎn)距爆源的水平距離，m；

H—邊坡測(cè)點(diǎn)至爆源的高差，m；

K,α,β—與爆區(qū)至測(cè)點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減指數(shù)。

對(duì)各場(chǎng)次的爆破試驗(yàn)振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將實(shí)測(cè)振速值（cm/s）及相應(yīng)的單段藥量（kg）、爆心距（m）和高差（m）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)三個(gè)方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按照式（5-2）進(jìn)行回歸計(jì)算，由于引水系統(tǒng)各段巖石類別不同，因此對(duì)不同爆破施工區(qū)的保護(hù)區(qū)分別進(jìn)行計(jì)算，得到各保護(hù)區(qū)爆破振動(dòng)衰減規(guī)律：

（1）0#施工支洞附近

水平徑向振速衰減規(guī)律：

水平切向振速衰減規(guī)律：

垂直向振速衰減規(guī)律：

（2）1#、2#施工支洞附近

水平徑向振速衰減規(guī)律：

水平切向振速衰減規(guī)律：

垂直向振速衰減規(guī)律：

（3）5#施工支洞、蝶閥室交通洞附近

水平徑向振速衰減規(guī)律：

水平切向振速衰減規(guī)律：

垂直向振速衰減規(guī)律：

（4）壓力管道下平段施工支洞附近

水平徑向振速衰減規(guī)律：

水平切向振速衰減規(guī)律：

垂直向振速衰減規(guī)律：

根據(jù)推導(dǎo)出的公式反演可得各保護(hù)區(qū)房屋最大可能振動(dòng)速度（cm/s）值。

5.3 爆破振動(dòng)影響

（1）實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)對(duì)象

實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)0.7cm/s的保護(hù)對(duì)象見(jiàn)表4。

（2）反演可能最大振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)對(duì)象

反演可能最大振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)0.7cm/s的保護(hù)對(duì)象見(jiàn)表5。

表3 木坡水電站引水系統(tǒng)爆破施工參數(shù)表（調(diào)整后）

表4 實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)對(duì)象表

表5 反演可能最大振動(dòng)速度超過(guò)安全控制標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)對(duì)象表

爆破施工結(jié)束后，對(duì)沿線建（構(gòu)）筑物進(jìn)行詳細(xì)的損傷檢查，并對(duì)對(duì)損傷進(jìn)行了費(fèi)用補(bǔ)償，補(bǔ)償費(fèi)用約40萬(wàn)元，如若不采取爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及爆破參數(shù)調(diào)整估計(jì)補(bǔ)償費(fèi)用會(huì)達(dá)300萬(wàn)元以上。

6 結(jié)語(yǔ)

必須指出，爆破振動(dòng)效應(yīng)的研究及其應(yīng)用是一個(gè)很復(fù)雜的課題，實(shí)際工程振動(dòng)效應(yīng)應(yīng)綜合考慮爆破振動(dòng)速度、頻率和持續(xù)時(shí)間等因素。鑒于場(chǎng)地系數(shù)和衰減指數(shù)與爆破點(diǎn)至評(píng)價(jià)保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜關(guān)系，用于回歸計(jì)算的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)越多越好。在工程實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)速度超過(guò)安全允許速度而建（構(gòu)）筑物未見(jiàn)明顯損傷，或小幅度振動(dòng)源的長(zhǎng)期、頻繁作用未受重視而危害建（構(gòu)）筑物，導(dǎo)致工程糾紛的情況。因此，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際和爆破參數(shù)，合理設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分利用先進(jìn)的信號(hào)處理方法，對(duì)實(shí)際工程條件下的爆破振動(dòng)效應(yīng)和影響因素進(jìn)行研究分析。此外在工程運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注意結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的跟蹤調(diào)查，必要時(shí)采用聲波儀、回彈儀等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在保障工程安全運(yùn)行的同時(shí)，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)積累與分析，為確定工程安全控制標(biāo)準(zhǔn)及其可靠性提供科學(xué)依據(jù)。陜西水利

[1]李凡友，王增光.地下洞室圍巖分類與石方開(kāi)挖分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系探討[J]水利水電工程造價(jià) 2006（2）：21～23；

[2]《爆破安全規(guī)程》GB6722-2003；

[3]《水電水利工程爆破安全監(jiān)測(cè)規(guī)程D L/T5333-2005。