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        爆破振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在穿黃大堤工程中的應(yīng)用

        2010-03-18 01:45:04楊天生何利華胡炳旭
        海河水利 2010年3期
        關(guān)鍵詞:大堤質(zhì)點(diǎn)隧洞

        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(xiǎn)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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)監(jiān)測設(shè)備的研制開發(fā)提高到了一個(gè)新水平。目前,國內(nèi)已有多個(gè)廠家和科研單位可以生產(chǎn)在線和便攜式的智能化振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(tái)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(dòng)測試儀和BMView分析軟件。

        2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

        拓普系列振動(dòng)測試儀具有體積小、重量輕、靈敏度高、功能多、使用方便、自動(dòng)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(dòng)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(chǔ)器,自動(dòng)記錄多段振動(dòng)事件,分段存儲(chǔ)、自動(dòng)續(xù)段,實(shí)現(xiàn)連續(xù)多次爆破振動(dòng)的監(jiān)測;具備通道浮點(diǎn)放大功能,可自適應(yīng)信號(hào)強(qiáng)弱而無需設(shè)置量程,自動(dòng)動(dòng)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(dòng)監(jiān)測設(shè)3個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(xiǎn)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(xiǎn)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(gè)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(xiǎn)。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(píng)價(jià)工作,使得安全監(jiān)測在工程風(fēng)險(xiǎn)管理中更有成效。

        4 爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果與評(píng)價(jià)

        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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(dòng)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(xiǎn),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)。

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