王森榮，楊 琢

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定 626001)

1 概述

長河壩水電站右岸高邊坡卸荷裂隙發(fā)育，地形陡峻，施工難度大。受客觀地形地質(zhì)條件限制，邊坡開口線附近100 m高差范圍均采用人工清理為主的方式實(shí)施開挖。在大規(guī)模爆破開挖下降60～80 m時(shí)邊坡出現(xiàn)持續(xù)性的較大變形，其中以2011年6～7月間5次突變變形具有典型代表性，直接導(dǎo)致邊坡開挖暫停施工。因此，通過對(duì)爆破試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，以控制壩肩爆破對(duì)危巖體振動(dòng)的影響具有必要性和客觀現(xiàn)實(shí)意義。

2011年7月22日，危巖體出現(xiàn)了第五次臺(tái)階式加劇變形，其中多點(diǎn)位移計(jì)M41于2011年4月22日開始突變，之后累計(jì)位移量逐步增大，各測(cè)點(diǎn)位移量呈臺(tái)階增長，7月20～23日，在5 m、45 m、60 m處位移量增加約4.14 mm。M413在7月22日、7月23日觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)位移量同步增大，位移量增加約6.24 mm(7月23日測(cè)值與7月20日測(cè)值對(duì)比)。M412在7月22日、7月23日變形趨勢(shì)與位移計(jì)M413一致，在孔口至20 m段有5.66 mm的位移增量。

根據(jù)資料分析，7月18日、19日壩肩下部100 m部位開挖爆破是主要因素之一。2011年7月24日，考慮到危巖體變形總量大，存在滑塌的隱患，暫停了右岸壩肩開挖爆破作業(yè)。

觀測(cè)資料顯示，2011年7月23日至8月3日危巖體變形雖然未收斂，但變形趨勢(shì)明顯變緩。2011年8月3日、4日，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)中心、川大爆破監(jiān)測(cè)中心等單位共同分析論證，決定以針對(duì)性的爆破試驗(yàn)、通過爆破監(jiān)測(cè)和內(nèi)外觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析，提出危巖體爆破振動(dòng)控制參數(shù)，為下一步開挖施工創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，從而確保工程安全進(jìn)行。

2 危巖體部位的地形、地質(zhì)條件

2.1 危巖體地形

長河壩右岸高邊坡危巖體位于大壩右岸上游側(cè)高程1 640～1 730 m之間，底部有F0斷層，上游側(cè)有較深的鼻架溝，右岸壩肩開挖后，形成三面臨空的山脊。

2.2 危巖體地質(zhì)條件

壩址區(qū)大渡河由南東轉(zhuǎn)為南西流向形成一個(gè)90°河灣，右岸高程1 660 m以下坡角一般為60°～65°，高程 1 660 m 以上坡角一般為 35°～40°。

壩址區(qū)出露巖體為一套晉寧期-澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖(γ2(4))、石英閃長巖(δo2(3))為主。右岸大致以1 660 m高程為界，以上為灰色石英閃長巖，以下為淺灰色、灰白色塊狀中粒黑云母花崗巖。另外，局部還發(fā)育有輝長巖脈、石英脈、輝綠巖脈等。

3 爆破試驗(yàn)

3.1 爆破試驗(yàn)控制的標(biāo)準(zhǔn)與方式

本次爆破需對(duì)施工過程指標(biāo)、爆破振動(dòng)指標(biāo)及爆破后邊坡位移變形指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，其主要參數(shù)如下:

(1)爆破試驗(yàn)及施工需要控制指標(biāo):單響藥量、一次總裝藥量;

(2)爆破試驗(yàn)及施工直接監(jiān)測(cè)控制指標(biāo):邊坡巖石質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度;

(3)爆破試驗(yàn)及施工最終檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)指標(biāo):邊坡變形量;

根據(jù)危巖體的特征，爆破試驗(yàn)擬對(duì)三類指標(biāo)同時(shí)控制進(jìn)行，對(duì)照分析結(jié)果，最終以邊坡變形滿足控制指標(biāo)為依據(jù)，確定施工過程控制的單響藥量、一次總裝藥量。

3.2 爆破參數(shù)

為有效的降低對(duì)危巖體的影響，根據(jù)爆破相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)要求并結(jié)合各方的意見，最終確定的爆破試驗(yàn)參數(shù)見表1。

表1 右岸壩肩爆破試驗(yàn)參數(shù)表

3.3 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

本次爆破試驗(yàn)結(jié)合已造孔進(jìn)行，共17個(gè)預(yù)裂孔、14個(gè)緩沖孔、24個(gè)主爆孔，以網(wǎng)絡(luò)的引爆雷管為0 ms起算，預(yù)裂孔爆破點(diǎn)火時(shí)段為720～970 ms，主爆孔爆破點(diǎn)火時(shí)段為1 040～2 140 ms。其中預(yù)裂孔每三孔一組;主爆孔與緩沖孔均為兩孔一組。

3.4 爆破試驗(yàn)的實(shí)施

3.4.1 爆破試驗(yàn)部位的選擇

爆破試驗(yàn)部位選擇在壩0+5～壩0+27、高程1 605～1 595 m。

3.4.2 爆破試驗(yàn)的實(shí)施

(1)孔深檢查。檢查預(yù)裂孔、緩沖孔、主爆孔的孔深，對(duì)超深的鉆孔采用石粉進(jìn)行回填，從而確保裝藥結(jié)構(gòu)與爆破效果。

(2)裝藥控制。根據(jù)設(shè)計(jì)的爆破參數(shù)與裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥，其中預(yù)裂采用32 mm直徑的乳化炸藥，線裝藥量按400 g/m控制，采用導(dǎo)爆索起爆。主爆孔采用散裝硝銨炸藥，采用非電雷管起爆。

(3)網(wǎng)絡(luò)連接。根據(jù)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，爆破員在得到技術(shù)員確認(rèn)時(shí)方可逐一連接網(wǎng)絡(luò)，從而確保網(wǎng)絡(luò)的正確性。

(4)網(wǎng)絡(luò)檢查。網(wǎng)絡(luò)連接后，首先由技術(shù)員進(jìn)行檢查，檢查合格后請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理進(jìn)行檢查，待確認(rèn)無誤后請(qǐng)川大的爆破專家進(jìn)行復(fù)查與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)合格后實(shí)施起爆。

(5)爆破。檢查網(wǎng)絡(luò)連接合格后，按規(guī)定拉響警報(bào)，在確認(rèn)警戒范圍內(nèi)的人員撤離后，于8月5日16∶38采用電雷管起爆。

(6)爆破后的檢查。爆破后，爆破人員進(jìn)入爆破現(xiàn)場(chǎng)對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行檢查，確認(rèn)無隱患時(shí)，解除警報(bào)，恢復(fù)區(qū)域內(nèi)的正常施工。

4 爆破過程監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 爆破監(jiān)測(cè)

4.1.1 危巖體爆破監(jiān)測(cè)

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置。右壩肩開裂變形區(qū)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)安設(shè)了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)。

圖1 危巖體振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器布置示意圖

圖2 爆破試驗(yàn)近區(qū)爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

(2)監(jiān)測(cè)成果。本次監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)1場(chǎng)次，取得有效數(shù)據(jù)15點(diǎn)次，爆破監(jiān)測(cè)成果見表2。

4.1.2 爆破近區(qū)監(jiān)測(cè)

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。右壩肩爆破試驗(yàn)近區(qū)監(jiān)測(cè)安設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖2)。

(2)監(jiān)測(cè)成果。本次監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)1場(chǎng)次，取得有效數(shù)據(jù)27點(diǎn)次，爆破監(jiān)測(cè)成果見表3。

本次爆破試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的近區(qū)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為7.708 cm/s，均與前期施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近。

4.2 內(nèi)觀監(jiān)測(cè)

4.2.1 儀器布置情況

共布置監(jiān)測(cè)剖面4個(gè)，安裝多點(diǎn)位移計(jì)8套、錨桿應(yīng)力計(jì)1套、錨索測(cè)力計(jì)10套、測(cè)縫計(jì)8支、簡(jiǎn)易棱鏡10個(gè)。

4.2.2 內(nèi)觀變形觀測(cè)成果

監(jiān)測(cè)中心于2011年7月20日至8月8日采用五套多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)得到的孔口變形數(shù)據(jù)、變形過程趨勢(shì)見圖3。

表2 長河壩水電站右壩肩變形開裂區(qū)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果表

表3 長河壩水電站右壩肩爆破試驗(yàn)近區(qū)振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果表

圖3 右岸壩肩多點(diǎn)位移計(jì)孔口處變形量監(jiān)測(cè)成果圖

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出以下幾點(diǎn):

①多點(diǎn)位移計(jì)M1爆破后較爆破前有0.59 mm的位移增量。從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.4 mm，變形總體呈勻速增長狀態(tài)。

②多點(diǎn)位移計(jì)M2爆破后較爆破前僅有0.06 mm的位移增量，從變形過程線看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.02 mm，變形基本處于停滯狀態(tài)。

③多點(diǎn)位移計(jì)M11爆破后較爆破前無變化，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為－0.04 mm，變形處于停滯狀態(tài)。

④多點(diǎn)位移計(jì)M12爆破后較爆破前有0.13 mm的位移增量，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.4 mm，變形總體呈勻速增長狀態(tài)。

⑤多點(diǎn)位移計(jì)M13爆破后較爆破前有0.74 mm的位移增量，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形總的增量為0.25 mm，變形總體呈小幅勻速增長狀態(tài)。

⑥多點(diǎn)位移計(jì)M14爆破后較爆破前無變化，從變形過程線上看，8月5日至8月8日，變形無變化，處于停滯狀態(tài)。

經(jīng)整體分析后認(rèn)為，爆破后危巖體未出現(xiàn)明顯的突變，邊坡未出現(xiàn)較大的位移變形。

(1)錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果。布置在多點(diǎn)位移計(jì)旁邊的錨索測(cè)力計(jì)觀測(cè)成果顯示，目前錨索測(cè)力計(jì)PR7(對(duì)應(yīng)位移計(jì)M41)、PR8(對(duì)應(yīng)位移計(jì)M412)、PR9(對(duì)應(yīng)位移計(jì)M413)爆破前較爆破后第四天錨固力無明顯變化，最大損失7.88 kN(PR7)。錨索測(cè)力計(jì)PR1錨固力爆破后第四天較爆破前損失36.41 kN。

(2)測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)成果。J1、J2、J3、J5、J7 為張開，最大開合度(J1)為1.73 mm，其中J1爆破后第四天較爆破前有0.51 mm的增量，J8為裂縫閉合。

(3)錨桿應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果。該部位錨桿應(yīng)力計(jì)受拉應(yīng)力為6.91 MPa左右;爆破前較爆破后第四天拉應(yīng)力損失較小。

5 危巖體爆破振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的確定

5.1 規(guī)程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB 6722－2003中相關(guān)爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn)，土窯洞、土坯房、毛石房屋爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn) ＜10 Hz為0.5～1 cm/s，10～50 Hz為0.7～1.2 cm/s，50～100 Hz為 1.1～1.5 cm/s;一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn) ＜10 Hz為 2～2.5 cm/s，10～50 Hz為2.3～2.8 cm/s，50～100 Hz為2.7～3 cm/s;水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn)為0.5 cm/s;;初凝～3 d新澆大體積混凝土爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn)為2～3 cm/s。

5.2 巖質(zhì)邊坡爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)

目前，在巖質(zhì)高邊坡爆破開挖中采用質(zhì)點(diǎn)峰值振速控制相對(duì)應(yīng)用得較為普遍。在確定邊坡開挖爆破安全允許標(biāo)準(zhǔn)的過程中，應(yīng)根據(jù)開挖區(qū)邊坡巖體地質(zhì)力學(xué)條件和具體施工條件及邊坡重要程度，結(jié)合爆破試驗(yàn)及類似工程的經(jīng)驗(yàn)予以確定。

大冶鐵礦、葛洲壩工程、隔河巖工程、三峽船閘工程等邊坡爆破振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)為20～30 cm/s不等?？紤]到長河壩水電站右岸邊坡存在開裂變形區(qū)，參考爆破振動(dòng)控制要求較高的錦屏一級(jí)和大崗山水電站拱壩建基面的10 cm/s、拱肩槽上下游邊坡的15 cm/s的安全控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本次爆破試驗(yàn)，確定長河壩水電站右岸邊坡開挖施工近區(qū)按10 cm/s控制，最大值不得超過15 cm/s(按10 cm/s控制難度較大，考慮個(gè)別要超過控制值，但上限值不得大于15 cm/s，出現(xiàn)的頻次要求小于15%)。

5.3 危巖體爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于開裂變形區(qū)爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)范沒有提供類似的標(biāo)準(zhǔn)，同類工程資料也極為少見。根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，參考《爆破安全規(guī)程》GB 6722－2003“一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物10 Hz以下的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)為2～2.5 cm/s”，并考慮到右岸開裂變形區(qū)安全的極端重要性，確定長河壩水電站右岸危巖體對(duì)應(yīng)邊坡開挖爆破的振動(dòng)速度按2 cm/s控制，最大值不得大于2.5 cm/s(按2 cm/s控制難度較大，考慮個(gè)別要超過控制值，但上限值不得大于2.5 cm/s，出現(xiàn)的頻次要求小于15%)。

5.4 爆破參數(shù)的控制與措施

5.4.1 爆破參數(shù)

根據(jù)本次爆破試驗(yàn)確定的主要爆破參數(shù)為總裝藥量2 000 kg;預(yù)裂最大單響藥量控制16 kg，不得超過20 kg;緩沖孔最大單響藥量控制85 kg，不得超過100 kg;主爆孔最大單響藥量控制100 kg;近區(qū)爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制10 cm/s，不得超過15 cm/s;危巖體爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制2 cm/s，不得超過 2.5 cm/s。

5.4.2 采取的主要措施

(1)為減弱段間振動(dòng)疊加效應(yīng)，減少主爆(含緩沖)孔排數(shù)，后續(xù)開挖橫河向分為鄰邊(外側(cè))、鄰建基面(里側(cè))兩層開挖，順河向根據(jù)長度分區(qū)開挖，靠近邊坡的爆破區(qū)域的主爆孔排數(shù)不超過5排。

(2)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，控制各個(gè)孔位的爆破時(shí)段，嚴(yán)禁疊加效應(yīng)產(chǎn)生。

(3)預(yù)裂孔比主爆孔深1.5 m。

(4)提前進(jìn)行預(yù)裂孔爆破。

(5)主爆孔對(duì)應(yīng)的邊坡預(yù)裂孔的范圍要盡可能延長。

5.5 危巖體變形量控制

通過對(duì)危巖體邊坡前后變形量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，要求不出現(xiàn)突變位移趨勢(shì);日變形量不大于爆破前的值。

6 結(jié)語

2011年8月5日爆破試驗(yàn)以后，按照確定的措施與參數(shù)進(jìn)行了三次爆破作業(yè)，爆破后的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:危巖體部位按照質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度2 cm/s控制，爆破近區(qū)(10～20 m范圍)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按10 cm/s控制能夠滿足要求。危巖體變形趨勢(shì)雖未完全收斂，但未發(fā)生突變與位移變形速率增大的趨勢(shì)，從而保證了右壩肩開挖施工的順利進(jìn)行。