姚　珊，　宋 衛(wèi) 民

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司 曲靖分公司,云南 昆明　650041；

2.四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定　626000)

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爆破振動對地下廠房巖壁梁混凝土影響的研究

姚珊1，宋 衛(wèi) 民2

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司 曲靖分公司,云南 昆明650041；

2.四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定626000)

摘要：巖錨梁是一種既經(jīng)濟(jì)又安全的新型結(jié)構(gòu)，近年來在我國水電站地下廠房建設(shè)中獲得了較廣泛地應(yīng)用。但由于工期原因，往往在巖錨梁混凝土28 d齡期后就進(jìn)行臨近洞室的爆破作業(yè)，其爆破振動對巖錨梁的破壞影響較大。如何降低影響，需要進(jìn)行深入地研究。

關(guān)鍵詞：爆破振動；巖壁梁；混凝土；影響；研究；黃金坪水電站

1工程概述

黃金坪水電站位于大渡河上游河段，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第11級電站。廠房位于大渡河姑咱鎮(zhèn)時濟(jì)橋上游，安裝6臺機(jī)組，總裝機(jī)容量為850 MW。廠房縱軸線方位為N70°W。廠房、主變室、尾水閘門室三大洞室采用平行并列布置。主變室布置于廠房和尾閘室之間，與廠房、尾閘室間的巖柱厚度分別為45 m、35 m。

廠房從山里至山外依次布置副廠房、主機(jī)間、安裝間，呈“一”字型排列。主副廠房總長206.3 m，其中主機(jī)間長129 m，安裝間長54.4 m，副廠房長22.9 m。主副廠房斷面為弧拱直墻型，主機(jī)間毛洞斷面尺寸：頂拱跨度28.8 m，巖錨吊車梁以下跨度25.5 m，最大高度65.9 m；安裝間跨度與主機(jī)間相同，最大高度為28 m；副廠房毛洞斷面尺寸：跨度25.5 m，最大高度38.6 m。

2爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度控制要求及標(biāo)準(zhǔn)

2.1爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度控制要求

巖壁梁混凝土澆筑前應(yīng)先進(jìn)行廠房Ⅳ層預(yù)裂，混凝土澆筑完成28 d齡期內(nèi)不允許在混凝土周邊30 m范圍內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)，28 d齡期后的爆破作業(yè)應(yīng)根據(jù)廠房爆破振動安全監(jiān)測數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制單響藥量，以保證巖壁梁混凝土不因爆破振動擾動破壞。根據(jù)設(shè)計圖紙要求，巖壁梁混凝土28 d強(qiáng)度后質(zhì)點(diǎn)振動速度不得大于7 cm/s。在巖臺開挖期間進(jìn)行爆破振動 監(jiān) 測，反 演k、α值，以確定Ⅳ層開挖爆破時的最大單響藥量。

2.2爆破深度影響判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》(DL/T 5333-2005)，聲波檢測法判斷爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)以同部位的彈性波縱波的爆后波速與爆前波速的變化率η衡量，當(dāng)無法進(jìn)行爆前測試時，宜與孔底穩(wěn)定波速對比。在該工程中，采用爆前爆后波速進(jìn)行對比的方法進(jìn)行爆破影響深度判別，判別標(biāo)準(zhǔn)系根據(jù)《水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》(DL/T 5333-2005)，按照表1中所示判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

表1　爆破影響深度聲波檢測法判斷標(biāo)準(zhǔn)表

2.3測試儀器及方法

爆破影響深度檢測采用單孔聲波檢測方法。

所采用的聲波檢測設(shè)備為RS-ST01C型智能巖石聲波檢測儀和RS-SD30型單孔一發(fā)雙收換能器。單孔聲波在無金屬套管、有水耦合的鉆孔中檢測；探頭采用一發(fā)雙收裝置，發(fā)射與兩個接收換能器的距離分別為30 cm和50 cm。檢測從孔底向孔口檢測，移動步距為0.2 m。

爆破影響深度檢測采用同孔爆前爆后聲波測試的方法進(jìn)行，在爆破前使用潛孔鉆在巖臺上鉆設(shè)檢測孔，造孔完成后用清水沖洗鉆孔并進(jìn)行聲波測試。爆前檢測后用PVC管對檢測孔進(jìn)行保護(hù)，爆后找到原檢測孔后用清水沖洗鉆孔，然后進(jìn)行爆后聲波測試，并與爆前測試結(jié)果進(jìn)行對比，以判斷爆破影響深度和影響程度。

3爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度控制

3.1爆破參數(shù)及振動測點(diǎn)布置

本次爆破試驗(yàn)主變室開挖采用水平孔梯段爆破，上、下游分為兩組爆破，各布置12個炮孔，孔深6 m，單孔裝藥量為4.6 kg，每組開挖爆破分為4段起爆，使用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管微差起爆，雷管跳段使用，最大單響藥量為13.8 kg。

根據(jù)現(xiàn)場情況，爆破振動測點(diǎn)主要布置在主變室上游邊墻靠近底板部位。另外在廠房巖壁梁對應(yīng)樁號部位布置了3個振動測點(diǎn)。第二組爆破試驗(yàn)中，主廠房部位的3個測點(diǎn)已經(jīng)拆除，所以只布置了主變室的5個測點(diǎn)。

3.2振動監(jiān)測成果

結(jié)合開挖爆破試驗(yàn)進(jìn)行了兩組振動測試，獲得有效數(shù)據(jù)36點(diǎn)次，具體成果見表2、3，表中同時列出了測點(diǎn)布置部位和距離。

從監(jiān)測結(jié)果可以看出：第一組爆破試驗(yàn)中，實(shí)測最大振速為主變室距爆源10 m測點(diǎn)豎直向振速值(8.9 cm/s)，在廠房巖壁梁對應(yīng)樁號部位實(shí)測最大振速值為2.8 cm/s。廠房內(nèi)55 m距離處實(shí)測振速與主變室洞內(nèi)30 m左右實(shí)測振速值相當(dāng)，這可能是因主變室與廠房間為完整巖墻、振速在巖體內(nèi)衰減相對較慢的緣故。為保證主變室開挖時廠房巖壁梁混凝土的安全，在后續(xù)回歸爆破振動衰減規(guī)律時會考慮該因素；第二組爆破試驗(yàn)區(qū)域相對第一組而言，與各測點(diǎn)的距離相對減小，但是實(shí)測振速值明顯比第一組?。环治銎湓?，可能是由于第一組試驗(yàn)臨空面條件相對較差、處于較大的夾制作用中，故誘發(fā)振動相對較大；而第二組爆破試驗(yàn)時，一方面可以充分利用第一組試驗(yàn)創(chuàng)造的臨空面且該部位巖體已經(jīng)為第一組試驗(yàn)松動，由其誘發(fā)的振速值明顯下降。

3.3爆破振動衰減規(guī)律及振速預(yù)報公式

目前，爆破界一般通行使用前蘇聯(lián)M.A薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式作為峰值質(zhì)點(diǎn)振動速度衰減規(guī)

律的回歸方程：

(1)

表2　第一組主變室開挖爆破試驗(yàn)振動監(jiān)測成果表

表3　第二組主變室開挖爆破試驗(yàn)振動監(jiān)測成果表

式中V為峰值質(zhì)點(diǎn)振動速度，cm/s；Q為最大單響藥量，kg；R為爆心距或波行距，m；K,α為回歸系數(shù)，與地形地質(zhì)條件及爆源類型有關(guān)。

對主變室爆破試驗(yàn)振動實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理發(fā)現(xiàn)，主要考慮第一組爆破試驗(yàn)測試成果，對實(shí)測振速值(cm/s)及相應(yīng)的爆心距(m)和單段藥量(kg)進(jìn)行統(tǒng)計，按照薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸計算?；貧w分析中，考慮到實(shí)測廠房相對主變洞本洞內(nèi)同距離部位實(shí)測振速值要大，同時，鑒于實(shí)測樣本值有限，故對振動衰減規(guī)律按照99%的保證率進(jìn)行回歸計算，得到各方向振動衰減公式如下：

(1) 水平徑向質(zhì)點(diǎn)振動速度：

(2)

(2) 水平切向質(zhì)點(diǎn)振動速度：

(3)

(3) 豎直向質(zhì)點(diǎn)振動速度：

(4)

上述回歸得到的爆破振動衰減規(guī)律(式(2)～式(4))可以作為目前主變室開挖爆破方式下主廠房及相關(guān)洞室振速預(yù)報和允許單響藥量核算的依據(jù)。

4爆破質(zhì)點(diǎn)振動檢測及得出的結(jié)論

4.1檢測部位及檢測孔的布置

為了使檢測爆破對預(yù)留巖臺損傷情況具有代表性，選取了三段不同類型的圍巖進(jìn)行測試，上游側(cè)為廠橫0+115樁號，下游側(cè)分別為廠橫0+145，廠橫0+152樁號。廠橫0+115樁號及附近巖體較為完整，爆前巖臺保護(hù)層保留也較為完整；廠橫0+145樁號及附近巖臺預(yù)留保護(hù)層有輕微破壞，巖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育；廠橫0+152樁號及附近巖體預(yù)留保護(hù)層有輕微損傷，巖體局部發(fā)育裂隙。檢測孔的分布基本上能夠代表較差、一般、較好三種不同的圍巖類型，以確保檢測數(shù)據(jù)具有代表性。

聲波檢測孔均布置于巖臺部位，與水平面成10°～20°下傾角，各組布置1個孔，孔徑為φ76，孔深5.4～6m。

爆破松動影響檢測完成3個孔(爆前爆后)、共30m的聲波測試工作。

4.2檢測成果

各孔聲波平均波速值、爆前爆后波速分段統(tǒng)計、波速變化率及爆破影響深度見表4。

表4　主廠房巖壁梁開挖聲波檢測成果統(tǒng)計分析表

圖1　主廠房巖壁梁zcfsyCZ0+115孔深度-波速曲線圖

圖2　主廠房巖壁梁zcfsyCZ0+152孔深度-波速曲線圖

圖3　主廠房巖壁梁zcfxyCZ0+145孔深度-波速曲線圖

4.3檢測成果分析及取得的結(jié)論

在主廠房巖壁梁巖臺3個部位的聲波檢測中，3個孔平均波速均在4 000 m/s左右，各聲波孔波速除局部有一定起伏外，總體相對比較穩(wěn)定。

上游巖臺0+115和0+152樁號處爆后0.4 m和0.6 m范圍內(nèi)平均波速相對爆前分別下降了8%和7%。參考《水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》(DL/T 5333-2005)相關(guān)判斷標(biāo)準(zhǔn)，該部位巖壁梁開挖導(dǎo)致局部爆破破壞甚微或未破壞，爆破影響深度平均值為0.5 m。

下游巖臺0+145樁號處爆后0.6 m范圍內(nèi)平均波速相對爆前下降10.4%。參考《水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》(DL/T 5333-2005)相關(guān)判斷標(biāo)準(zhǔn)，該部位巖壁梁開挖導(dǎo)致局部0.6 m深度的輕微爆破破壞(波速變化率在10%～15%之間，略超過10%)，爆破影響深度為0.6 m。

根據(jù)對以上三個檢測孔檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知：黃金坪水電站地下廠房巖壁梁爆破開挖情況總體是爆破破壞甚微或未破壞，爆破影響深度平均值為0.5 m；局部0.6 m范圍為輕微破壞(圖1～3)。

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(責(zé)任編輯：李燕輝)

姚珊(1982-)，男，陜西安康人，總工程師，工程師，工程碩士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

宋衛(wèi)民(1967-)，男，河南洛寧人，副總工程師，高級工程師，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0029-04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV554;TV542

收稿日期:2015-12-31