水库坝基开挖爆破安全监测技术分析

游作华

(福建省金禹建设工程有限公司，福建 宁德 352100)

1 工程概况

某工程内容包括坝基开挖及处理、挡水建筑物为双曲混凝土砌石拱坝、坝顶溢洪道、取水建筑物、大坝水平位移、沉陷观测设施及管理房等。坝基岸坡石方拟采用周边预裂爆破结合深孔梯段爆破的方式。预裂爆破钻孔采用QC-100型潜孔钻钻孔，孔径为60 mm。深孔梯段爆破钻机采用QC-100型潜孔钻钻孔，孔径为80 mm。坝基开挖的石碴由2台PC-300反铲挖掘机负责装碴，每台挖掘机配备4～6台5 t自卸车负责运碴。

2 水库坝基开挖爆破安全监测管理

2.1 监测仪器的选取

在进行爆破监测的作业中主要使用的是爆破振动自动记录仪，本工程共需要6台记录仪，记录仪使用的是9 V的干电池，进行采样的长度一般为16 k，采样的时间控制在4.8 s左右，采样率一般会控制在2.5 k左右，追踪采样回延时-4 k，追踪采样的时间控制在1.6 s左右，需注意，追踪采样的时间必须要>爆破的延迟时间，这样就可对爆破的过程进行完整的记录和监控。此外，还需要14支传感器来对数据进行传输，传感器均选用质点速度传感器，其中4支传感器是通过水平的使用方法进行传输，另外10支是通过垂直的使用方法进行传输。在传感器安装完后还要进行测桩作业，进行测桩时需在基坑内打3～5 m深的锚杆作为支撑点来进行钢片焊接作业[1]。

2.2 监测流程

结合本工程的实际情况，工程决定采用TOPBOX爆破振动测试系统作为工程监测系统，改监测系统用到的仪器主要有质点振动传感器、TOPBOX自记仪、计算机等设备。通过触发的形式来传出信号，传感器在接收到信号后将信号传输到TOPBOX自记仪，记录仪与计算机相连接就可直接输出结果。具体的监测流程如下：爆破物理振动→质点振动速度传感器→TOPBOX自记仪→计算机分析→结果输出。

2.3 爆破位置的确定

在进行爆破监测工作时要重点对爆破测点进行监测。因为爆破测点的准确与否对整个爆破工作起着决定性的作用，其对爆破的效果和爆破的数据有着巨大的影响。此外，爆破的药量和爆心距也对爆破工作有着一定的影响，如果爆破的药量过小，就会影响爆破的效果，如果爆破的药量过大，就会破坏整个工程的建设。爆心距的距离越大，爆破的影响就越小。所以在确定爆破位置时可利用爆心距来进行确定，具体的操作过程如下：

(1)首先确定爆心距的距离，需考虑各测点之间的距离，然后确定测点位置，第一个测点的位置要在爆炸中心内，第二个测点的位置稍远一点，最后一个测点要布置在爆破影响范围的边缘处。

(2)为了保证数据的准确性，必须要确保每两个相邻测点之间要保持一定的比心距，且比心距的值必须为常数[2]。

(3)为了能得到爆破时建筑物的受力变化情况，除了要在建筑物边缘地面安置测点外，还要在建筑物内的不同高度处布置测点。

2.4 爆破振动监测数据研究和工程安全测评

2.4.1 对每一组的监测数据进行分析研究

(1)对第一组进行研究和分析。第一组监测是在适应性监测优化后进行的监测，有一定的监测基础。本组监测的区域位于坝基面左岸中下侧，因为爆破的范围周长大约为90 m，爆破的面积大概为550 m2，爆破掉落岩石的质量大概为0.35万m3，爆破的高度大概为558 m，本组爆破作业所消耗的药量大概为0.257 kg/m3。在坝基面左岸中下侧位置布置10个传感器，其中2支传感器是通过水平的使用方法进行传输，8支传感器是通过垂直的使用方法进行传输。爆破振动触发测点的布置如下所示：

爆破触发测点的编号为6、8、9、11、12、13、16、18、19、22，这10个测点均采用垂直传感的方法进行数据传输，其中有两支传感器重复使用。

爆破未触发测点的编号为14、15。因为在爆破过程中会出现岩石飞落的现象，这个测点是被掉落的岩石击中，导致测点未被触发，所以监测到的数据不能作为参考数据。

通过对已触发的数据研究表明，在上游布置的8、6测点接收到振动的数据时间最早，所以可判断出爆破对这两处的影响最大，起爆的方向由河床中心向河床左岸移动，在移动的过程中爆破的药量也不断增加，监测到的振动速度也在不断增大。在河床左侧的测点进行爆破需要的药量比较大，所以监测在位于河床最左侧的测点所需要的爆破药量最大，监测到的振动速度靠左岸所有测点均由最后一段爆破产生最大振动速度，该段为该组爆破的最大单响药量，也是爆源与测点距离最短的单响段[3]。

(2)对第二组进行研究和分析。本次监测的区域位于坝基面左岸中下侧，因为爆破的范围周长大概为63 m，爆破的面积大约为215 m2，爆破掉落岩石的质量大约为0.135万 m3，爆破的高度大约为555.5 m，本次爆破作业所消耗的药量大约为0.253 kg/m3，向坝基面左岸由上到下布置12个传感器，其中，8支传感器是通过垂直传感的方法进行数据传输，4支传感器是通过水平传感的方法进行数据传输。

爆破触发测点的编号为6、7、9、11、13、14、16、18，这8个测点均采用垂直传感的方法进行数据传输。

爆破未触发测点的编号为12、13、20、22。这4个测点均采用垂直传感的方法进行数据传输。

通过对本次监测到的数据进行分析研究，发现第二组的爆破位置和爆破测点与第一组大致相同。第二组基坑爆破的最大振动速度为344.8 cm/s，在爆破发生后32 s时产生，该测点爆破药量为67.5 kg，在靠近左岸进行爆破时，最大振动速度为2.125 cm/s，在爆破发生后271.6 s时产生，该测点爆破药量为67.5 kg。

(3)对第三组进行研究和分析。本次监测的区域位于坝基面左岸中下侧，因为爆破的范围周长大概为42 m，爆破的面积大约为108 m2，爆破掉落岩石的质量大约为0.102万m3，爆破的高度大约为571 m，本次爆破作业所消耗的药量大约为0.57 kg/m3，向坝基面上布置2支传感器，向基坑靠右岸的区域布置4支传感器，这6支传感器均是通过垂直传感的方法进行数据传输，此外，向基坑靠左岸的区域布置4支传感器，这4支传感器均是通过水平传感的方法进行数据传输。

爆破触发测点的编号为3、4、5、6、7、8、16、18、19、22，这10个测点均采用垂直传感的方法进行数据传输。

爆破未触发测点的编号为1、2。这2个测点均采用垂直传感的方法进行数据传输。通过对已经触发的数据的研究表明，在位于上游围堰面布置的7、8测点接收到振动的数据时间最早，其他测点的振动速度慢，因此可推测出其他测点所使用的药量均为单响药量。

第三组基坑在上游围堰处爆破产生的最大振动速度为970.22 cm/s，在爆破发生后189.2 s时产生，该测点爆破药量为172.5 kg，在靠近左岸进行爆破时，最大振动速度为1.420 cm/s，在爆破发生后209.6 s时产生，该测点爆破药量为172.5 kg。

2.4.2 对施工进行全面的安全性评价

(1)对基坑右岸坝肩侧进行安全分析。对基坑围堰上游的所有监测点都被触发，所以得到的数据是真实、准确的。通过对数据进行分析研究后得出该监测范围内的最大振动速度为1.42 cm/s，与其相对应的最大垂直振动速度为1.136 cm/s。这个数据表明，基坑右侧的测点与爆破中心点的隔震现象明显。结合对其他测点的分析，表明在基坑右侧同一爆炸源下，水平方向的轴线比垂直方向的要长，爆破的振动速度随着高度的降低呈现逐渐变小的趋势。在开挖面露出一定范围后，岩体的振动速度会逐渐变小[4]。

(2)对基坑左岸坝肩侧进行安全分析。在该区域布置测点时是采取均匀布置的方法进行布置的，所以布置的测点受地质断裂带的影响较小，该区域的所有监测点都被触发，所以得到的数据是真实、准确的。通过对数据进行分析研究后得出，布置的第一组测点的最大振动速度为7.32 m/s，最小振动速度为1.13 cm/s，两个测点的振动速度差较大，最大振动速度测点与最小振动速度测点之间的距离61 cm。第二组测点的最大振动速度为1.83 cm/s，最小振动速度为0.441 cm/s。最大振动速度测点与最小振动速度测点之间的距离61 cm。第三组测点的最大振动速度为1.14 cm/s，最小振动速度为0.288 cm/s，最大振动速度测点与最小振动速度测点之间的距离30.6 cm。

3 结 论

根据监测结果可看出，垂直河向表现为比较完整的条状分布，爆破振动波产生的衰减相对来说比较小，而顺着坝体轴线方向高程以上的节理裂隙带和断裂带发挥了较好的隔震作用。因此，在进行开挖爆破控制时，要将顺坝轴线方向作为主要的控制内容。另外，对于节理裂隙带或断裂带由于隔震效果不显著，在施工时要充分考虑其爆破振动后产生的影响。

参考文献：

[1] 周克发，张国栋，符兴彧.库区爆破对高坡岭水库大坝影响监测分析[J].长江科学院院报，2009，26(8)：24-27.

[2] 陆佑楣.我国水电开发与可持续发展[J].水力发电，2005(2)：1-4.

[3] 耿光旭，李华平，刘金川.施工振动对环境影响的监测[J].勘察科学技术，2004(4)：54-57.

[4] 李彬峰.爆破振动的分析方法及测试仪器系统探讨[J].爆破，2003(1)：81-84.