馬輝文

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

1 工程概況

碾盤山水利水電樞紐是國家確定的172項節(jié)水供水重大水利工程之一，也是湖北省漢江五級樞紐項目的重要組成部分。工程由左岸土石壩、泄水閘、發(fā)電廠房、連接重力壩、魚道、右岸船閘和右岸連接重力壩等組成。

右岸船閘預開挖區(qū)域所處右岸沿山頭一帶為崗地，崗頂高程58～65m，高出漢江水位16～23m，在壩址區(qū)域內(nèi)，沿山頭臨江形成近似直立的陡岸。船閘基坑預開挖施工區(qū)附近涉及500kV跨江塔1座，爆破區(qū)域與電塔水平距離約506m，爆破區(qū)與沿山頭一組村距離約463m，見圖1～圖2,其中爆破區(qū)與村民居住區(qū)之間有兩個小山頭相隔。

圖1 爆破區(qū)周邊建筑物示意圖 (單位：m)

圖2 爆破區(qū)周邊建筑物衛(wèi)星圖

右岸船閘基坑預開挖所處地層結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計圖紙顯示自上而下為：開挖范圍內(nèi)(樁號K0-403～K0+335)已挖除的黏土層厚約1.0～11.5m，黏土底高程約41.65～54.09m。石方開挖范圍(樁號K0-50～K0+250)內(nèi)，巖石開挖縱深約10～78.9m，石方開挖最大深度約12.8m，強(全)風化泥質(zhì)粉砂巖及弱(強)風化泥質(zhì)粉砂巖，底高程約50.27～52.9m，石方開挖層厚約3.82～3.9m。弱風化泥巖間斷分布(樁號K0-50～K0+14)，底高程約50.8m，石方開挖層厚約2.1m。弱(微)風化泥質(zhì)粉砂巖，底高程約38.78～41.76m，石方開挖層厚約6.27～6.8m。船閘預開挖底高程44.0m。工程量174575m3。巖石種類為泥質(zhì)粉砂巖。

設(shè)計要求500kV超高壓線塔保護范圍內(nèi)的石方開挖施工前，應將施工方案報主管部門批準，并須控制單孔藥量、單段起爆藥量和爆破臨空面方向，根據(jù)《水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5135—2013)的有關(guān)規(guī)定，確定線塔部位的安全允許爆破質(zhì)點振速不大于2.5cm/s。電塔運維單位禁止在輸電線路邊線外500m(指水平距離)范圍內(nèi)進行爆破作業(yè)，如確須進行爆破作業(yè)，應在施工前制定詳細的安全防護措施報電力公司審核備案，爆破方案必須經(jīng)專業(yè)機構(gòu)論證審查，政府有關(guān)部門批準后交電力公司、政府、派出所備案。

2 爆破實施方案

嚴格按照經(jīng)專家論證并批復的專項施工方案施工，為減少對設(shè)計邊線外保留巖體的破壞、擾動，取得較為平整的設(shè)計邊坡，對基坑邊坡巖體輪廓邊線開挖采用預裂爆破及深孔梯段爆破相結(jié)合的施工方法。爆破材料選用巖石乳化炸藥，主爆孔起爆材料選用毫秒塑料非電雷管，預裂孔起爆材料選用導爆索，總網(wǎng)絡(luò)采用非電雷管配起爆器引爆，最大一段起爆藥量不大于50kg。

爆破方案選定后，須在現(xiàn)場進行爆破試驗，驗證爆破設(shè)計參數(shù)的合理性，2019年5月13—28日，現(xiàn)場進行了四次生產(chǎn)性爆破施工試驗，通過爆破試驗優(yōu)化調(diào)整鉆爆孔布置、線裝藥密度(預裂爆破)、單位耗藥量(梯段爆破)、堵塞長度等爆破參數(shù)，也檢驗了爆破器材的性能。同時進行爆破震動監(jiān)測，測定爆破對周圍建(構(gòu))筑物的震動影響。爆破試驗取得的爆破參數(shù)見表1。

2.1 預裂爆破施工工藝

永久邊坡采用預裂爆破技術(shù)，在主爆孔與預裂孔之間布設(shè)1～2排緩沖孔，其孔距、排距及裝藥量較前排梯段爆破孔減少1/2～1/3，緩沖孔與預裂孔平行，在與預裂孔相鄰的梯段孔之后起爆，以爆開預裂孔和梯段孔之間的巖石，且不損壞預裂壁面。實施預裂爆破的作用有：?可保證邊坡滿足設(shè)計要求，無超、欠挖；?阻斷爆破地震波傳播，減少爆破震動對毗鄰既有建(構(gòu))筑物的危害。故本工程為減少對設(shè)計邊線外保留巖體的破壞、擾動，取得較為平整的設(shè)計邊坡，對船閘基坑邊坡開挖采用設(shè)計邊線預裂爆破及深孔爆破相結(jié)合的施工方法。

表1 爆破參數(shù)

a.預裂爆破鉆孔：鉆孔前測量定位，孔徑90mm、鉆孔間距0.7m、孔深與邊坡設(shè)計底高程相匹配、傾斜角度與邊坡角度一致為73°。

b.預裂爆破裝藥：采用φ32藥卷間隔裝藥；由于炮孔底部夾制性較大，不易產(chǎn)生要求的裂縫，孔底0.8m裝藥密度加大為6φ32藥卷連續(xù)裝藥；考慮孔口的巖石長期暴露于地表面，風化程度相對較高，為避免孔口飛石嚴重，在孔口1m范圍進行削弱裝藥，裝藥量控制在0.175kg/m。

c.預裂爆破起爆：預裂爆破對相鄰爆破起爆的同步性要求高，須使用導爆索起爆。為控制預裂爆破本身產(chǎn)生的振動影響，預裂孔孔距0.7m，按最大深15m，核算單孔最大藥量小于5kg/孔，聯(lián)線按7孔一響。因考慮最大單響藥量和雷管段位受限，同時為了減小主爆區(qū)對開挖線外的振動傳遞影響，先進行開挖線預裂爆破，使主爆區(qū)與開挖邊線隔離，預裂爆破不參與主爆區(qū)同時爆破。

d.預裂爆破安全措施：預裂爆破距離右岸營區(qū)、拌和樓及下游圍堰施工面較近，為防止飛石危害，按爆破參數(shù)做好裝藥與堵塞，堵塞長度1.5m，加強覆蓋防護及圍擋。

2.2 深孔爆破施工工藝

a.爆破參數(shù)選取、裝藥量計算：根據(jù)一次爆破開挖至底高程44m的高度、間距、底盤抵抗線及單位炸藥消耗量計算單孔裝藥量。單孔裝藥量Q=qaWH。

b.深孔爆破布孔、鉆孔、裝藥：按照表1參數(shù)表進行測量、鉆孔，開鉆時采用低風壓、低鉆速，鉆入巖0.5m后復核鉆桿傾角和方向，無誤后繼續(xù)正常壓力鉆進，防止鉆壓過大造成飄孔，若有偏差，用羅盤儀或量角器糾偏調(diào)整。緩沖孔及主爆孔均采用φ70藥卷連續(xù)裝藥、同段雙雷管入孔。

c.爆破網(wǎng)絡(luò)連接：為嚴格控制最大單響藥量不大于50kg，結(jié)合現(xiàn)場實際爆破梯度高度，部分單孔藥量已接近50kg/孔，按照一孔一響，單孔藥量不大于25kg，按照兩孔一響，孔內(nèi)全部采用MS-9段非電毫秒雷管入孔，孔外全部采用MS-3段非電雷管接力延時。爆破梯段高度4～13m，采用一次性爆破開挖至底板高程44m，為保證爆破效果達到控制要求，采用串并聯(lián)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實施起爆，對于爆破規(guī)模小的網(wǎng)絡(luò)可采用全并聯(lián)實施起爆。

d.安全措施：為了避免爆破震動以及個別飛散物對周圍環(huán)境造成安全影響，使爆破后的巖石運動方向與高壓電塔及施工營地相背，斜朝向漢江下游，加強填塞質(zhì)量和填塞長度，加強覆蓋防護及圍擋。

3 爆破震動監(jiān)測及分析

爆破時在現(xiàn)場進行震動監(jiān)測的目的：一是驗證爆破參數(shù)理論計算的正確性，指導后續(xù)施工，保證安全；二是證明爆破震動在國家規(guī)范允許范圍內(nèi)[1]，避免爆破震動引起附近村民維權(quán)糾紛，保證工程順利進展。

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測

所采用的爆破測振儀(EMI53633)的工作原理為：傳感器接收振動信號，并將信號傳輸至記錄儀，記錄儀對信號進行分析處理，并完成數(shù)據(jù)儲存及現(xiàn)場特征值顯示，現(xiàn)場測試完畢后，取回記錄儀，將記錄儀通過數(shù)據(jù)線纜連接計算機，通過專用分析軟件取出采集數(shù)據(jù)，進行爆破安全評估和數(shù)據(jù)打印。傳感器地面安裝采用石膏粉并加水溶解變稠，放置傳感器并固定后，聯(lián)機采集。爆破施工前四次均在右岸沿山頭高壓電塔處地面布置爆破震動監(jiān)測點，前三次爆破沒有監(jiān)測到震動監(jiān)測數(shù)據(jù)，第四次監(jiān)測到爆破震動監(jiān)測數(shù)據(jù)；后續(xù)均在距離震源200～300m處布置爆破震動監(jiān)測點。

3.2 監(jiān)測結(jié)果與分析

震動監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 爆破期間震動監(jiān)測數(shù)據(jù)

表3 爆破震動安全允許標準

續(xù)表

3.2.1 振動速度峰值

由表2～表3可知，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)，震動安全標準對于一般民用建筑物爆破期間的質(zhì)點振動速度遠小于1.5～2.0cm/s的范圍。質(zhì)點振動速度也遠小于電塔部位的安全允許爆破質(zhì)點振速2.5 cm/s。綜上分析，可以認為高壓電塔和沿山頭一組村居民房是安全的。

3.2.2 地震波主頻

根據(jù)各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，頻率分布在5.634～25.974Hz。由于一般房屋的頻率較低，這樣地震波的頻率和房屋的自振頻率容易使建筑物產(chǎn)生共振現(xiàn)象，加強了結(jié)構(gòu)響應程度[3]。因此在考慮爆破震動危害時應關(guān)注此現(xiàn)象。

另對沿山頭一組村居民房進行了現(xiàn)場調(diào)查，部分磚木結(jié)構(gòu)房屋出現(xiàn)墻體抹灰層少量脫落、門窗洞口墻體出現(xiàn)裂縫，但均未超出《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292—2015)墻體構(gòu)件不適于繼續(xù)承載的非受力裂縫寬度限值5mm及不適于承載的側(cè)向位移(或傾斜)的限值H/250。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，大部分房屋因年久失修，均為村民自建磚木結(jié)構(gòu)，房屋本身結(jié)構(gòu)不合理，存在一定質(zhì)量問題，從裂縫發(fā)生的部位及裂縫特征看，應屬微沉降裂縫，由于自然和非自然壓力影響的裂縫確實存在，自然力的影響一般不宜察覺，而爆破容易被感知，因此其中也存在一定的偶然性[4]。

4 爆破安全驗算及分析

本工程施工區(qū)域開挖爆破影響范圍主要包括周圍電塔周邊村居民房。開挖爆破產(chǎn)生的爆破震動、飛石、空氣沖擊波都會產(chǎn)生危害，其中爆破震動危害最大。為確保電塔及周邊村居民房安全，部分石方開挖須進行控制爆破。

4.1 爆破安全允許距離

為了在施工過程中使周圍的建筑物不因爆破震動而遭破壞，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)第13.2.4公式計算：

1)頂板和兩幫高強預應力錨桿錨索支護技術(shù)。采用高強錨桿錨索支護系統(tǒng)對頂板和兩幫圍巖進行支護，控制巷道頂板及兩幫圍巖的變形，增大兩幫的剛度，在一定程度上減小巷道的底鼓。

R=(K/v)1/αQ1/3

式中R——爆破震動安全允許距離，m；

Q——計算藥量,kg，齊發(fā)爆破時Q為總藥量，秒延時和毫秒延時爆破Q為最大一段藥量；根據(jù)專家審查意見，推薦最大一段起爆藥量不大于50kg，根據(jù)實際施工時參數(shù)取值50kg；

v——保護對象所在地的質(zhì)點安全允許振速,cm/s，此處附近村居民房取值v1=1.5cm/s，電塔按設(shè)計要求取值v2=2.5cm/s；

K、a——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質(zhì)條件等有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)，本計算取K=200，a=1.5。

經(jīng)計算R1=96.15m，遠小于爆破區(qū)域距居民區(qū)距離463m；R2=68.4m，遠小于爆破區(qū)域距電塔距離506m。

4.2 爆破飛石安全距離

露天爆破個別飛石安全距離，與爆破方法、地形地質(zhì)、爆破參數(shù)、氣象等因素相關(guān)，由于條件復雜，至今還沒有成熟理論公式，一般按規(guī)范規(guī)定，或用經(jīng)驗公式，結(jié)合現(xiàn)場實際確定安全距離。

采用瑞典德湯尼克研究基金會提出的中深孔臺階深孔爆破的飛石距離經(jīng)驗公式[5]核算：

RFmax=KφD

式中RFmax——飛石的飛散距離，m；

Kφ——安全系數(shù)，取15～16；

D——藥孔直徑，cm。

經(jīng)核算飛石飛散距離小于《水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》(SL 398—2007)及《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)中個別飛散物對人員的安全允許距離200m。對設(shè)備或建(構(gòu))物的安全允許距離，應由設(shè)計確定，一般不小于人員安全距離的一半，不大于人員安全距離。

4.3 空氣沖擊破超壓值計算及其影響

本工程采用露天鉆孔爆破，根據(jù)《工程爆破實用手冊》[6]，其超壓值計算如下：

式中 Δp——空氣沖擊波超壓值，105Pa；

K、α——經(jīng)驗系數(shù)和指數(shù)，一般階梯爆破K=1.48，α=1.55；

R——藥包至被危害對象的距離，m；

Q——一次爆破炸藥量，kg。

本工程藥包至居民區(qū)的距離為463m，至電塔最近約250m(電塔樁號K0-330，爆破區(qū)域范圍樁號K0-50～K0+250)，總炸藥量按爆破期間最大總裝藥量3000kg計算。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)可知，空氣沖擊波超壓的安全允許標準：對不設(shè)防的非作業(yè)人員為 0.02×105Pa，掩體中的作業(yè)人員為0.1×105Pa。另根據(jù)建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系進行分析，屬于基本無破壞，建筑物無損壞。

根據(jù)上述震動監(jiān)測結(jié)果及安全驗算：電塔部位及距爆區(qū)200～300m的震動監(jiān)測數(shù)據(jù)符合國家標準《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)的相關(guān)規(guī)定，而沿山村一組村居民房距爆破區(qū)域約463m，相應的質(zhì)點振動速度應遠小于GB 6722—2014相關(guān)規(guī)定；爆破震動安全允許距離遠小于爆區(qū)至居民區(qū)及電塔距離，爆破沖擊波超壓值計算遠小于GB 6722—2014相關(guān)規(guī)定，建筑物無損壞。故本工程爆破不會對高壓電塔及周圍村居民房造成震動破壞。

5 結(jié) 語

a.本文通過對本工程爆破震動監(jiān)測及振動影響安全驗算，界定了爆破作業(yè)對周邊建筑物的影響范圍。

b.根據(jù)震動監(jiān)測及安全驗算，本工程的爆破不會直接導致電塔破壞及周圍民房結(jié)構(gòu)性損壞，從民房裂縫調(diào)查情況看也不至于影響結(jié)構(gòu)安全，但由于建筑物本身的質(zhì)量、地基條件等因素，加上爆破次數(shù)相對頻繁，促使房屋的微小沉降加快，而產(chǎn)生少量民房裂縫。

c.對爆破引起的震動效應作精確判斷很困難，但爆破地震波的振幅、頻率是關(guān)鍵要素，震動監(jiān)測對評價爆破震動作用及影響具有重要意義。