水庫壩基開挖爆破安全監(jiān)測技術(shù)分析

游作華

(福建省金禹建設(shè)工程有限公司，福建 寧德 352100)

1 工程概況

某工程內(nèi)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(shè)施及管理房等。壩基岸坡石方擬采用周邊預(yù)裂爆破結(jié)合深孔梯段爆破的方式。預(yù)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(zé)裝碴，每臺挖掘機配備4～6臺5 t自卸車負責(zé)運碴。

2 水庫壩基開挖爆破安全監(jiān)測管理

2.1 監(jiān)測儀器的選取

在進行爆破監(jiān)測的作業(yè)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(jiān)控。此外，還需要14支傳感器來對數(shù)據(jù)進行傳輸，傳感器均選用質(zhì)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(yè)，進行測樁時需在基坑內(nèi)打3～5 m深的錨桿作為支撐點來進行鋼片焊接作業(yè)[1]。

2.2 監(jiān)測流程

結(jié)合本工程的實際情況，工程決定采用TOPBOX爆破振動測試系統(tǒng)作為工程監(jiān)測系統(tǒng)，改監(jiān)測系統(tǒng)用到的儀器主要有質(zhì)點振動傳感器、TOPBOX自記儀、計算機等設(shè)備。通過觸發(fā)的形式來傳出信號，傳感器在接收到信號后將信號傳輸?shù)絋OPBOX自記儀，記錄儀與計算機相連接就可直接輸出結(jié)果。具體的監(jiān)測流程如下：爆破物理振動→質(zhì)點振動速度傳感器→TOPBOX自記儀→計算機分析→結(jié)果輸出。

2.3 爆破位置的確定

在進行爆破監(jiān)測工作時要重點對爆破測點進行監(jiān)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(shù)據(jù)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(shè)。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(nèi)，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(shù)據(jù)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(shù)[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(nèi)的不同高度處布置測點。

2.4 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)研究和工程安全測評

2.4.1 對每一組的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究

(1)對第一組進行研究和分析。第一組監(jiān)測是在適應(yīng)性監(jiān)測優(yōu)化后進行的監(jiān)測，有一定的監(jiān)測基礎(chǔ)。本組監(jiān)測的區(qū)域位于壩基面左岸中下側(cè)，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(zhì)量大概為0.35萬m3，爆破的高度大概為558 m，本組爆破作業(yè)所消耗的藥量大概為0.257 kg/m3。在壩基面左岸中下側(cè)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(fā)測點的布置如下所示：

爆破觸發(fā)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(shù)據(jù)傳輸，其中有兩支傳感器重復(fù)使用。

爆破未觸發(fā)測點的編號為14、15。因為在爆破過程中會出現(xiàn)巖石飛落的現(xiàn)象，這個測點是被掉落的巖石擊中，導(dǎo)致測點未被觸發(fā)，所以監(jiān)測到的數(shù)據(jù)不能作為參考數(shù)據(jù)。

通過對已觸發(fā)的數(shù)據(jù)研究表明，在上游布置的8、6測點接收到振動的數(shù)據(jù)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(jiān)測到的振動速度也在不斷增大。在河床左側(cè)的測點進行爆破需要的藥量比較大，所以監(jiān)測在位于河床最左側(cè)的測點所需要的爆破藥量最大，監(jiān)測到的振動速度靠左岸所有測點均由最后一段爆破產(chǎn)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(jiān)測的區(qū)域位于壩基面左岸中下側(cè)，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(zhì)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(yè)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(shù)據(jù)傳輸，4支傳感器是通過水平傳感的方法進行數(shù)據(jù)傳輸。

爆破觸發(fā)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(shù)據(jù)傳輸。

爆破未觸發(fā)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(shù)據(jù)傳輸。

通過對本次監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析研究，發(fā)現(xiàn)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(fā)生后32 s時產(chǎn)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(fā)生后271.6 s時產(chǎn)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(jiān)測的區(qū)域位于壩基面左岸中下側(cè)，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(zhì)量大約為0.102萬m3，爆破的高度大約為571 m，本次爆破作業(yè)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(qū)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(shù)據(jù)傳輸，此外，向基坑靠左岸的區(qū)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(shù)據(jù)傳輸。

爆破觸發(fā)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(shù)據(jù)傳輸。

爆破未觸發(fā)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(shù)據(jù)傳輸。通過對已經(jīng)觸發(fā)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)生的最大振動速度為970.22 cm/s，在爆破發(fā)生后189.2 s時產(chǎn)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(fā)生后209.6 s時產(chǎn)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(cè)進行安全分析。對基坑圍堰上游的所有監(jiān)測點都被觸發(fā)，所以得到的數(shù)據(jù)是真實、準確的。通過對數(shù)據(jù)進行分析研究后得出該監(jiān)測范圍內(nèi)的最大振動速度為1.42 cm/s，與其相對應(yīng)的最大垂直振動速度為1.136 cm/s。這個數(shù)據(jù)表明，基坑右側(cè)的測點與爆破中心點的隔震現(xiàn)象明顯。結(jié)合對其他測點的分析，表明在基坑右側(cè)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(xiàn)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(cè)進行安全分析。在該區(qū)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(zhì)斷裂帶的影響較小，該區(qū)域的所有監(jiān)測點都被觸發(fā)，所以得到的數(shù)據(jù)是真實、準確的。通過對數(shù)據(jù)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(jié) 論

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可看出，垂直河向表現(xiàn)為比較完整的條狀分布，爆破振動波產(chǎn)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(jié)理裂隙帶和斷裂帶發(fā)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(nèi)容。另外，對于節(jié)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(chǎn)生的影響。

參考文獻：

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

[2] 陸佑楣.我國水電開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展[J].水力發(fā)電，2005(2)：1-4.

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

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