长河坝水电站右岸坝肩危岩体爆破振动控制

王森荣，杨 琢

(中国水利水电第五工程局有限公司长河坝施工局，四川康定 626001)

1 概述

长河坝水电站右岸高边坡卸荷裂隙发育，地形陡峻，施工难度大。受客观地形地质条件限制，边坡开口线附近100 m高差范围均采用人工清理为主的方式实施开挖。在大规模爆破开挖下降60～80 m时边坡出现持续性的较大变形，其中以2011年6～7月间5次突变变形具有典型代表性，直接导致边坡开挖暂停施工。因此，通过对爆破试验和监测资料进行分析，以控制坝肩爆破对危岩体振动的影响具有必要性和客观现实意义。

2011年7月22日，危岩体出现了第五次台阶式加剧变形，其中多点位移计M41于2011年4月22日开始突变，之后累计位移量逐步增大，各测点位移量呈台阶增长，7月20～23日，在5 m、45 m、60 m处位移量增加约4.14 mm。M413在7月22日、7月23日观测中发现各测点位移量同步增大，位移量增加约6.24 mm(7月23日测值与7月20日测值对比)。M412在7月22日、7月23日变形趋势与位移计M413一致，在孔口至20 m段有5.66 mm的位移增量。

根据资料分析，7月18日、19日坝肩下部100 m部位开挖爆破是主要因素之一。2011年7月24日，考虑到危岩体变形总量大，存在滑塌的隐患，暂停了右岸坝肩开挖爆破作业。

观测资料显示，2011年7月23日至8月3日危岩体变形虽然未收敛，但变形趋势明显变缓。2011年8月3日、4日，经业主、设计、监理、监测中心、川大爆破监测中心等单位共同分析论证，决定以针对性的爆破试验、通过爆破监测和内外观测数据综合分析，提出危岩体爆破振动控制参数，为下一步开挖施工创造基础条件，从而确保工程安全进行。

2 危岩体部位的地形、地质条件

2.1 危岩体地形

长河坝右岸高边坡危岩体位于大坝右岸上游侧高程1 640～1 730 m之间，底部有F0断层，上游侧有较深的鼻架沟，右岸坝肩开挖后，形成三面临空的山脊。

2.2 危岩体地质条件

坝址区大渡河由南东转为南西流向形成一个90°河湾，右岸高程1 660 m以下坡角一般为60°～65°，高程 1 660 m 以上坡角一般为 35°～40°。

坝址区出露岩体为一套晋宁期-澄江期的侵入岩，其岩性以花岗岩(γ2(4))、石英闪长岩(δo2(3))为主。右岸大致以1 660 m高程为界，以上为灰色石英闪长岩，以下为浅灰色、灰白色块状中粒黑云母花岗岩。另外，局部还发育有辉长岩脉、石英脉、辉绿岩脉等。

3 爆破试验

3.1 爆破试验控制的标准与方式

本次爆破需对施工过程指标、爆破振动指标及爆破后边坡位移变形指标同时进行监测控制，其主要参数如下:

(1)爆破试验及施工需要控制指标:单响药量、一次总装药量;

(2)爆破试验及施工直接监测控制指标:边坡岩石质点振动速度;

(3)爆破试验及施工最终检验监测指标:边坡变形量;

根据危岩体的特征，爆破试验拟对三类指标同时控制进行，对照分析结果，最终以边坡变形满足控制指标为依据，确定施工过程控制的单响药量、一次总装药量。

3.2 爆破参数

为有效的降低对危岩体的影响，根据爆破相关经验与技术要求并结合各方的意见，最终确定的爆破试验参数见表1。

表1 右岸坝肩爆破试验参数表

3.3 爆破网络设计

本次爆破试验结合已造孔进行，共17个预裂孔、14个缓冲孔、24个主爆孔，以网络的引爆雷管为0 ms起算，预裂孔爆破点火时段为720～970 ms，主爆孔爆破点火时段为1 040～2 140 ms。其中预裂孔每三孔一组;主爆孔与缓冲孔均为两孔一组。

3.4 爆破试验的实施

3.4.1 爆破试验部位的选择

爆破试验部位选择在坝0+5～坝0+27、高程1 605～1 595 m。

3.4.2 爆破试验的实施

(1)孔深检查。检查预裂孔、缓冲孔、主爆孔的孔深，对超深的钻孔采用石粉进行回填，从而确保装药结构与爆破效果。

(2)装药控制。根据设计的爆破参数与装药结构进行装药，其中预裂采用32 mm直径的乳化炸药，线装药量按400 g/m控制，采用导爆索起爆。主爆孔采用散装硝铵炸药，采用非电雷管起爆。

(3)网络连接。根据设计网络进行网络连接，爆破员在得到技术员确认时方可逐一连接网络，从而确保网络的正确性。

(4)网络检查。网络连接后，首先由技术员进行检查，检查合格后请现场监理进行检查，待确认无误后请川大的爆破专家进行复查与评价，评价合格后实施起爆。

(5)爆破。检查网络连接合格后，按规定拉响警报，在确认警戒范围内的人员撤离后，于8月5日16∶38采用电雷管起爆。

(6)爆破后的检查。爆破后，爆破人员进入爆破现场对爆破区域进行检查，确认无隐患时，解除警报，恢复区域内的正常施工。

4 爆破过程监测成果分析

4.1 爆破监测

4.1.1 危岩体爆破监测

(1)监测点的布置。右坝肩开裂变形区爆破振动监测安设了5个监测点(图1)。

图1 危岩体振动监测仪器布置示意图

图2 爆破试验近区爆破振动测点布置示意图

(2)监测成果。本次监测爆破振动1场次，取得有效数据15点次，爆破监测成果见表2。

4.1.2 爆破近区监测

(1)监测点布置。右坝肩爆破试验近区监测安设9个监测点(图2)。

(2)监测成果。本次监测爆破振动1场次，取得有效数据27点次，爆破监测成果见表3。

本次爆破试验监测的近区最大质点振动速度为7.708 cm/s，均与前期施工监测数据接近。

4.2 内观监测

4.2.1 仪器布置情况

共布置监测剖面4个，安装多点位移计8套、锚杆应力计1套、锚索测力计10套、测缝计8支、简易棱镜10个。

4.2.2 内观变形观测成果

监测中心于2011年7月20日至8月8日采用五套多点位移计监测得到的孔口变形数据、变形过程趋势见图3。

表2 长河坝水电站右坝肩变形开裂区爆破振动监测成果表

表3 长河坝水电站右坝肩爆破试验近区振动监测成果表

图3 右岸坝肩多点位移计孔口处变形量监测成果图

通过对监测数据进行分析后得出以下几点:

①多点位移计M1爆破后较爆破前有0.59 mm的位移增量。从变形过程线上看，8月5日至8月8日，变形总的增量为0.4 mm，变形总体呈匀速增长状态。

②多点位移计M2爆破后较爆破前仅有0.06 mm的位移增量，从变形过程线看，8月5日至8月8日，变形总的增量为0.02 mm，变形基本处于停滞状态。

③多点位移计M11爆破后较爆破前无变化，从变形过程线上看，8月5日至8月8日，变形总的增量为－0.04 mm，变形处于停滞状态。

④多点位移计M12爆破后较爆破前有0.13 mm的位移增量，从变形过程线上看，8月5日至8月8日，变形总的增量为0.4 mm，变形总体呈匀速增长状态。

⑤多点位移计M13爆破后较爆破前有0.74 mm的位移增量，从变形过程线上看，8月5日至8月8日，变形总的增量为0.25 mm，变形总体呈小幅匀速增长状态。

⑥多点位移计M14爆破后较爆破前无变化，从变形过程线上看，8月5日至8月8日，变形无变化，处于停滞状态。

经整体分析后认为，爆破后危岩体未出现明显的突变，边坡未出现较大的位移变形。

(1)锚索测力计监测成果。布置在多点位移计旁边的锚索测力计观测成果显示，目前锚索测力计PR7(对应位移计M41)、PR8(对应位移计M412)、PR9(对应位移计M413)爆破前较爆破后第四天锚固力无明显变化，最大损失7.88 kN(PR7)。锚索测力计PR1锚固力爆破后第四天较爆破前损失36.41 kN。

(2)测缝计监测成果。J1、J2、J3、J5、J7 为张开，最大开合度(J1)为1.73 mm，其中J1爆破后第四天较爆破前有0.51 mm的增量，J8为裂缝闭合。

(3)锚杆应力计监测成果。该部位锚杆应力计受拉应力为6.91 MPa左右;爆破前较爆破后第四天拉应力损失较小。

5 危岩体爆破振动标准的确定

5.1 规程规范标准

根据《爆破安全规程》GB 6722－2003中相关爆破安全允许标准，土窑洞、土坯房、毛石房屋爆破安全允许标准 ＜10 Hz为0.5～1 cm/s，10～50 Hz为0.7～1.2 cm/s，50～100 Hz为 1.1～1.5 cm/s;一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物爆破安全允许标准 ＜10 Hz为 2～2.5 cm/s，10～50 Hz为2.3～2.8 cm/s，50～100 Hz为2.7～3 cm/s;水电站及发电厂中心控制室设备爆破安全允许标准为0.5 cm/s;;初凝～3 d新浇大体积混凝土爆破安全允许标准为2～3 cm/s。

5.2 岩质边坡爆破振动速度控制标准

目前，在岩质高边坡爆破开挖中采用质点峰值振速控制相对应用得较为普遍。在确定边坡开挖爆破安全允许标准的过程中，应根据开挖区边坡岩体地质力学条件和具体施工条件及边坡重要程度，结合爆破试验及类似工程的经验予以确定。

大冶铁矿、葛洲坝工程、隔河岩工程、三峡船闸工程等边坡爆破振动速度安全控制标准为20～30 cm/s不等。考虑到长河坝水电站右岸边坡存在开裂变形区，参考爆破振动控制要求较高的锦屏一级和大岗山水电站拱坝建基面的10 cm/s、拱肩槽上下游边坡的15 cm/s的安全控制标准，结合本次爆破试验，确定长河坝水电站右岸边坡开挖施工近区按10 cm/s控制，最大值不得超过15 cm/s(按10 cm/s控制难度较大，考虑个别要超过控制值，但上限值不得大于15 cm/s，出现的频次要求小于15%)。

5.3 危岩体爆破振动速度控制标准

对于开裂变形区爆破振动速度控制标准，相关技术规程规范没有提供类似的标准，同类工程资料也极为少见。根据本次试验结果，参考《爆破安全规程》GB 6722－2003“一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物10 Hz以下的爆破振动安全允许标准为2～2.5 cm/s”，并考虑到右岸开裂变形区安全的极端重要性，确定长河坝水电站右岸危岩体对应边坡开挖爆破的振动速度按2 cm/s控制，最大值不得大于2.5 cm/s(按2 cm/s控制难度较大，考虑个别要超过控制值，但上限值不得大于2.5 cm/s，出现的频次要求小于15%)。

5.4 爆破参数的控制与措施

5.4.1 爆破参数

根据本次爆破试验确定的主要爆破参数为总装药量2 000 kg;预裂最大单响药量控制16 kg，不得超过20 kg;缓冲孔最大单响药量控制85 kg，不得超过100 kg;主爆孔最大单响药量控制100 kg;近区爆破质点振动速度控制10 cm/s，不得超过15 cm/s;危岩体爆破质点振动速度控制2 cm/s，不得超过 2.5 cm/s。

5.4.2 采取的主要措施

(1)为减弱段间振动叠加效应，减少主爆(含缓冲)孔排数，后续开挖横河向分为邻边(外侧)、邻建基面(里侧)两层开挖，顺河向根据长度分区开挖，靠近边坡的爆破区域的主爆孔排数不超过5排。

(2)通过网络设计，控制各个孔位的爆破时段，严禁叠加效应产生。

(3)预裂孔比主爆孔深1.5 m。

(4)提前进行预裂孔爆破。

(5)主爆孔对应的边坡预裂孔的范围要尽可能延长。

5.5 危岩体变形量控制

通过对危岩体边坡前后变形量进行连续监测，要求不出现突变位移趋势;日变形量不大于爆破前的值。

6 结语

2011年8月5日爆破试验以后，按照确定的措施与参数进行了三次爆破作业，爆破后的监测结果表明:危岩体部位按照质点振动速度2 cm/s控制，爆破近区(10～20 m范围)质点振动速度按10 cm/s控制能够满足要求。危岩体变形趋势虽未完全收敛，但未发生突变与位移变形速率增大的趋势，从而保证了右坝肩开挖施工的顺利进行。