張英達(dá)，吳世然

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司第二分局，云南 昆明 650032）

1 測(cè)點(diǎn)布置

2019 年12 月2 日～12 月16 日期間，溢洪道二級(jí)消力池和三級(jí)消力池進(jìn)行爆破開(kāi)挖時(shí)，在爆區(qū)后側(cè)一級(jí)消力池尾坎、一級(jí)消力池、閘室段新澆混凝土三個(gè)部位一共布置了18 個(gè)地表測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的分布區(qū)域見(jiàn)圖1～圖2，測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)布置圖片見(jiàn)圖3。每個(gè)測(cè)點(diǎn)均測(cè)試水平切向、水平徑向和豎直向三個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。

圖1 一級(jí)消力池監(jiān)測(cè)區(qū)域

圖2 閘室段新澆混凝土監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖3 測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)布置示意圖

2 監(jiān)測(cè)儀器

爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)采用的儀器為BLAST-UM 型智能監(jiān)測(cè)儀。BLAST-UM爆破監(jiān)測(cè)儀（見(jiàn)圖4）自帶嵌入式計(jì)算機(jī)模塊，液晶屏顯示，儀器高度智能化，可在儀器上直接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置參數(shù)；采樣后能立即預(yù)覽最大值、頻率及波形等信息。儀器測(cè)量的振動(dòng)速度范圍為0.001 cm/s～35 cm/s，頻率范圍為5 Hz～300 Hz。

圖4 BLAST-UM 型爆破測(cè)振儀

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用的儀器系統(tǒng)由振動(dòng)檢波器、信號(hào)采集與記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，這是一套先進(jìn)的數(shù)字化記錄、存儲(chǔ)系統(tǒng)，其核心為爆破振動(dòng)信號(hào)自記儀及波形處理系統(tǒng)。儀器系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖5[1]。

圖5 測(cè)試儀器系統(tǒng)工作原理圖

本次監(jiān)測(cè)采用的振動(dòng)速度檢波器是三向振動(dòng)速度傳感器。在具體監(jiān)測(cè)過(guò)程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位同一測(cè)點(diǎn)一般布置一臺(tái)三向速度傳感器，傳感器可同時(shí)測(cè)量豎直向、水平徑向和水平切向的振動(dòng)，用石膏固定在所需監(jiān)測(cè)的部位，然后將自記儀與其相聯(lián)。爆破振動(dòng)信號(hào)傳遞到測(cè)點(diǎn)時(shí)，自記儀自動(dòng)記錄信號(hào)。爆后利用專(zhuān)門(mén)編制的爆破振動(dòng)分析軟件將自記儀采集到的振動(dòng)信號(hào)輸入電腦中，進(jìn)行存儲(chǔ)與分析處理[2]。

3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

目前在我國(guó)工程爆破領(lǐng)域，主要采用質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度作為爆破振動(dòng)幅值的表征參量。這是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與地震波能量有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度能夠很好地表征爆破地震波所攜帶的能量，以及由振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力、引起的結(jié)構(gòu)的動(dòng)能和內(nèi)應(yīng)力。采用質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度能夠很好地反映結(jié)構(gòu)體在爆破振動(dòng)作用下的內(nèi)應(yīng)力變化情況。各測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)PPV 統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 各測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)PPV 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)獲取的爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行分析時(shí)，先剔除異常值，然后依據(jù)薩道夫斯基公式（式1），采用最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性回歸擬合，以獲得爆破振動(dòng)衰減參數(shù)，即K、α 值。

式中：V 為質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度（PPV），cm/s；Q 為最大單響藥量或單段藥量，kg；R 為爆心距，m；K、α 為與場(chǎng)地及巖石條件、爆破條件及爆破區(qū)與觀(guān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置等有關(guān)的衰減常數(shù)。

最小二乘法求解K、α 值步驟如下：

將式（1）等號(hào)兩邊取對(duì)數(shù)，使之線(xiàn)性化：

根據(jù)最小二乘法原理，待定參數(shù)a、b 應(yīng)使現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)實(shí)測(cè)值 yi=lnVi與式（3）擬合值的偏差最小。因此，問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求解使殘差平方和取得最小值時(shí)的a、b 值：

式中：n 為現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)次數(shù)。

求得待定參數(shù)a，b 的值，再由變量代換關(guān)系，可求得K=eb，α=a。上述方法即為利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定K、α 值的最小二乘法。

為進(jìn)一步評(píng)估爆破振動(dòng)安全，對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要給振動(dòng)峰值隨爆心距和單響藥量的衰減規(guī)律。根據(jù)薩道夫斯基公式（1），對(duì)此次爆破振動(dòng)的衰減規(guī)律進(jìn)行分析，給出擬合圖6。

圖6 爆破振動(dòng)衰減規(guī)律分析

由圖6 可知，擬合效果良好，表明溢洪道爆破開(kāi)挖的爆破振動(dòng)峰值滿(mǎn)足指數(shù)型衰減。將不同方向上擬合衰減公式匯總見(jiàn)表2。

表2 爆破振動(dòng)峰值衰減公式統(tǒng)計(jì)表

4 閘室段新澆混凝土振動(dòng)安全控制

4.1 新澆混凝土爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)

本工程溢洪道閘室段混凝土尚在澆筑，當(dāng)二級(jí)消力池進(jìn)行爆破時(shí)，距離閘室段新澆混凝土最近距離約為200 m（圖7），因而需要對(duì)新澆混凝土的爆破振動(dòng)安全進(jìn)行控制?！侗瓢踩?guī)程》（GB 6722-2014）建議的新澆筑大體積混凝土的爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)[3]，見(jiàn)表3。

圖7 閘室段新澆混凝位置示意圖

表3 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）

4.2 溢洪道爆破單響藥量控制

結(jié)合新澆混凝土的安全控制標(biāo)準(zhǔn)及爆心距，給出二、三級(jí)消力池在進(jìn)行爆破開(kāi)挖時(shí)建議的單響藥量，見(jiàn)表4。

表4 單響藥量控制統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

隨著爆破技術(shù)逐漸在防波堤、護(hù)岸、圍堰等工程廣泛應(yīng)用，爆破技術(shù)越來(lái)越成熟，而在工程施工過(guò)程中，爆破對(duì)附近周邊的建筑物存在一定的影響，有較大的安全隱患。本文主要依托老撾南公1 水電站，通過(guò)對(duì)爆破區(qū)后側(cè)閘室段、一級(jí)消力池及尾坎部位新澆筑混凝土布置地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在溢洪道二、三級(jí)消力池進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，采用BLAST-UM 型智能監(jiān)測(cè)儀對(duì)測(cè)點(diǎn)水平切向、水平徑向和豎直向三個(gè)方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)爆破振動(dòng)效應(yīng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，從而不斷調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，找到最合理、最安全的爆破參數(shù)，不但確保了室段、一級(jí)消力池及尾坎新澆混凝土的質(zhì)量，還確保了溢洪道二、三級(jí)消力池的爆破質(zhì)量安全，可為后續(xù)相似施工提供借鑒。