木坡水电站引水系统爆破振动安全监测

彭 刚 喻廷宇

（四川小金川水电开发有限公司 四川 阿坝 624200）

1 工程概况

木坡水电站位于四川省阿坝州小金县境内的抚边河干流上，采用引水式开发，电站枢纽建筑物包括首部拦河取水枢纽、引水系统和厂区枢纽等组成。电站正常蓄水位2709m，利用落差135m，设计引用流量43.32m3/s，装机45MW，引水隧洞采用左岸有压隧洞方案，隧洞长度为10074m，压力管道为埋管，长度为418m，木坡水电站引水系统近邻或穿过小金县抚边乡营门村和小金县木坡乡木龙村、达木村，沿线建（构）筑物较多。

2 爆破振动问题的提出

木坡水电站于2010年6月1日开工，引水隧洞共计布置6条施工支洞（分别为0#～5#施工支洞），调压井顶部布置了一条通风洞、调压井底部蝶阀室布置了一条交通洞、压力管道下平段布置了1条施工支洞，其中0#施工支洞、1#施工支洞、2#施工支洞、5#施工支洞、蝶阀室交通洞、压力管道下平段施工支洞距离村庄较近，从20m至200m不等，只有3#、4#施工支洞距离村庄较远，超过1000m。承包人进场后，根据征地进展情况首先开始施工4#施工支洞，承包人参考类似项目编制上报了爆破施工方案，利用首先开工的4#施工支洞进行了简单的爆破试验，试验后确定了木坡水电站引水系统地下工程爆破施工参数，爆破施工参数表见表1。

在木坡水电站各个爆破施工作业面全面开工后，附近居民提出了严重抗议，原因为爆破施工对房屋产生了较大的振动，影响到房屋的安全，由于抗议范围广，工程施工不得不暂时停工。

3 爆破振动较大原因分析

在工程施工停工后，组织相关技术人员对爆破振动偏大的原因进行了分析，分析认为由于以下三方面的原因导致爆破振动偏大。

3.1 沿线建（构）筑物抗振能力差

木坡水电站地处阿坝州藏族羌族自治州小金县，属于少数民族地区，乡村基础设施落后，房屋基本上是砌石结构，普遍居住时间较长，房屋老化严重，加上小金县属于2008年“5.12”汶川大地震重灾区，地震对房屋造成了严重的影响，但地震后房屋基本上都只是将裂缝进行了简单修补，房屋表面看着完好，实则隐患较大，实际抗振能力比地震前有所降低。

表1 木坡水电站引水系统爆破施工参数表

表2 木坡引水系统围岩坚固系数、单位弹性抗力系数值

3.2 引水系统岩石坚固系数较小，强度较低

木坡水电站引水系统穿越区，山体浑厚、地形陡峻、地质构造较单一，相对高差较大，但岩性复杂，板岩、千枚岩分布较多，岩性较软弱。引水系统进出口段及过沟段为风化卸荷岩带，地下水影响较为强烈，岩体完整性差，结构松散。围岩坚固系数、单位弹性抗力系数值见表2。

参考李凡友、王增光所著《地下洞室围岩分类与石方开挖分级的对应关系探讨》（《水利水电工程造价》2006（2）：21～23）中所探讨的地质分类与岩石分级的对应关系，根据木坡水电站引水系统围岩坚固系数、单位弹性抗力系数值，木坡水电站引水系统Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩对应的岩石等级分别为Ⅵ级、Ⅵ～Ⅴ级、≤Ⅴ级，其岩石等级比较低，相应岩石的强度也较低。

3.3 爆破参数偏大，导致爆破振速偏大

从爆破掌子面来看，爆破效果较差，爆破断面超开挖线严重，爆破渣料颗粒较细，同时对木坡水电站附近的小微电站爆破参数进行了了解，爆破单耗比木坡电站小，综合分析认为木坡水电站采用的爆破参数偏大是振动较大的直接原因。

4 爆破施工参数调整

在出现爆破振动较大的情况后，为了提高施工效果，同时减小爆破振动对附近建（构）筑物的不利影响，采取了仅施工距离建（构）筑物较远无爆破振动影响的3#、4#施工支洞，其余施工工作面暂停施工的措施，同时对3#、4#施工支洞进行爆破振动监测，采集爆破振动速度及振动频率。

4.1 爆破振动安全控制标准取值

由《爆破安全规程》GB6722-2003规定的爆破振动安全允许标准表可以看出爆破振动安全控制标准由保护对象类别和爆破振动主振频率所确定。根据木坡水电站现场实际状况，木坡水电站各保护区的房屋多属于标准表所列第一行“土窑洞、土坯房、毛石房屋”，同时4#施工支洞实际监测到的爆破振动速度（cm/s）峰值对应的频率大于10Hz，因此木坡水电站各保护区房屋的爆破振动安全控制标准应为标准表第一行第二列的0.7～1.2cm/s，为严格控制爆破，维护保护对象安全，减小对保护对象的影响，木坡水电站各保护区房屋的爆破振动控制标准取值采用了国家规程规范要求的下限值即0.7cm/s。

4.2 调整后的爆破参数

根据参建各方综合分析、结合爆破施工效果及参考当地小微电站爆破参数，将爆破参数降低到初始爆破参数的0.90、0.85、0.80，并进行密集振动数据监测，依据监测情况调整爆破参数，以保证工程尽快全面恢复施工。根据监测数据情况分析，最终确定将爆破参数降低到初始爆破参数的0.85，降低后的爆破参数见表3。

5 爆破振动监测及监测成果分析

5.1 爆破振动监测方法与实施

为了准确确定周边建（构）筑物质点振动速度安全允许值、总结不同爆源不同保护区爆破振动传播规律、通过实时监测，划定爆破振动影响范围，为客观、公正、公平地评价爆破振动影响提供科学依据。对调整爆破参数后的爆破施工进行了爆破振动监测，本工程爆破监测仪器为成都中科测控公司生产的TC-4850型便携式振动数据采集仪，传感器使用威海双丰物探设备股份有限公司生产的PS-4.5B数字地震检波器。按DL/T5333-2005《水电水利工程爆破安全监测规程》规定，每个测点按照水平径向、水平切向和竖直向三个方向布置传感器。仪器一般选在距离爆源较近的屋内一层相对安静、稳定，无人员扰动的地面上，总体规律近密远疏。数字地震检波器在等待触发状态下，自动记录下所有由振动产生的大于设定触发速度值的数据及波形。根据工程实际情况分别在0#施工支洞附近布置了5个监测点、1#（2#）施工支洞附近布置了5个监测点、5#施工支洞（蝶阀室交通洞）附近布置了5个监测点、压力管道下平段施工支洞布置了2个监测点，共计布置了16个监测点。

各监测部位共进行了116场次的爆破振动监测，获得有效振动数据1455点次，对爆破过程中实测到的爆破振动波形进行整理，并将实测的质点爆破振动振动速度（cm/s）峰值进行统计。

5.2 爆破振动监测成果分析

根据《水电水利工程爆破安全监测规程DL/T5333－2005》，爆破质点振动速度传播规律，按下式进行回归整理：

式中：V—峰值质点振动速度，cm/s；

Q—最大单响药量，kg；

R—测点距爆源的水平距离，m；

H—边坡测点至爆源的高差，m；

K,α,β—与爆区至测点间的地形、地质条件有关的衰减指数。

对各场次的爆破试验振动实测数据进行整理，将实测振速值（cm/s）及相应的单段药量（kg）、爆心距（m）和高差（m）进行统计，对三个方向质点振动速度按照式（5-2）进行回归计算，由于引水系统各段岩石类别不同，因此对不同爆破施工区的保护区分别进行计算，得到各保护区爆破振动衰减规律：

（1）0#施工支洞附近

水平径向振速衰减规律：

水平切向振速衰减规律：

垂直向振速衰减规律：

（2）1#、2#施工支洞附近

水平径向振速衰减规律：

水平切向振速衰减规律：

垂直向振速衰减规律：

（3）5#施工支洞、蝶阀室交通洞附近

水平径向振速衰减规律：

水平切向振速衰减规律：

垂直向振速衰减规律：

（4）压力管道下平段施工支洞附近

水平径向振速衰减规律：

水平切向振速衰减规律：

垂直向振速衰减规律：

根据推导出的公式反演可得各保护区房屋最大可能振动速度（cm/s）值。

5.3 爆破振动影响

（1）实测爆破振动速度超过安全控制标准的保护对象

实测爆破振动速度超过安全控制标准0.7cm/s的保护对象见表4。

（2）反演可能最大振动速度超过安全控制标准的保护对象

反演可能最大振动速度超过安全控制标准0.7cm/s的保护对象见表5。

表3 木坡水电站引水系统爆破施工参数表（调整后）

表4 实测爆破振动速度超过安全控制标准的保护对象表

表5 反演可能最大振动速度超过安全控制标准的保护对象表

爆破施工结束后，对沿线建（构）筑物进行详细的损伤检查，并对对损伤进行了费用补偿，补偿费用约40万元，如若不采取爆破振动监测以及爆破参数调整估计补偿费用会达300万元以上。

6 结语

必须指出，爆破振动效应的研究及其应用是一个很复杂的课题，实际工程振动效应应综合考虑爆破振动速度、频率和持续时间等因素。鉴于场地系数和衰减指数与爆破点至评价保护对象间的地形、地质条件的复杂关系，用于回归计算的监测数据越多越好。在工程实践中经常出现振动速度超过安全允许速度而建（构）筑物未见明显损伤，或小幅度振动源的长期、频繁作用未受重视而危害建（构）筑物，导致工程纠纷的情况。因此，应结合工程实际和爆破参数，合理设置监测系统，充分利用先进的信号处理方法，对实际工程条件下的爆破振动效应和影响因素进行研究分析。此外在工程运行过程中应注意结构现状的跟踪调查，必要时采用声波仪、回弹仪等进行监测，在保障工程安全运行的同时，还可以通过数据积累与分析，为确定工程安全控制标准及其可靠性提供科学依据。陕西水利

[1]李凡友，王增光.地下洞室围岩分类与石方开挖分级的对应关系探讨[J]水利水电工程造价 2006（2）：21～23；

[2]《爆破安全规程》GB6722-2003；

[3]《水电水利工程爆破安全监测规程D L/T5333-2005。