复杂环境下水电站厂房开挖控制爆破试验研究.pdf

第2 7 卷第1 期爆破 V 0 1 ．2 7N o ．1 2 0 1 0 年3 月． B L A S T I N G M a r ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 1 ．0 1 2 复杂环境下水电站厂房开挖控制爆破试验研究 曾科，周林，贺盼旬 中国葛洲坝集团第一工程有限公司，宜昌4 4 3 0 0 2 摘要为控制厂区爆破开挖强度、保障邻近建筑物及居民的安全，通过爆破振动的现场测试，获得了三级 电站厂区岩石爆破振动速度传播与衰减规律的经验公式，据此计算了不同控制部位的一次起爆最大单段药 量。在E L 3 4 0m 平台进行了预裂爆破、主爆区中深孔松动爆破试验，并进行了爆破振动监测。试验结果表 明，采用单孔单响的孔间顺序微差松动控制爆破，能够满足厂区中深孔爆破施工对爆破振动和爆破飞石的控 制要求，为调整厂区开挖方法提供了科学依据。 关键词爆破振动；安全监测；顺序微差；厂房 中图分类号T D 2 3 5 ．3 7文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 1 0 0 4 8 0 3 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nC o n t r o l l e dB l a s t i n gE x c a v a t i o n i nH y d r o p o w e rP l a n to nC o m p l e xS u r r o u n d i n g Z E N Gl i e ，Z H O UL i n ，H EP a n - x u n T h eF i r s tE n g i n e e r i n gC oL t do fG e z h o u b aG r o u p ，Y i e h a n g4 4 3 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt os o l v et h ei n t e n s i t yo fb l a s t i n ge x c a v a t i o na n dp r o t e c tt h es a f e t yo fa d j a c e n tb u i l d i n g sa n d r e s i d e n t s ．t h ef i e l dt e s t so fb l a s t i n gv i b r a t i o n 耽陀t a k e nt oo b t a i nt h ee m p i r i c a lf o r m u l ao fb l a s t i n gv i b r a t i o np m p a g a - t l o ni nt h et h i r dc a s c a d ep o w e rs t a t i o np l a n t ，t h e nc M c d a t e dt h em a x i m u mc h a r g ea m o u n tp e rd e l a ya td i f f e r e n td i s - t a n c e ．A tE L3 4 0m p l a t f o r m ，w et a k e nt e s t so fp r e - s p l i tb l a s t i n ga n dd e e ph o l eb l a s t i n ga n dm o n i t o r i n g ．T h er e s u l t s s h o wt h a tu s i n gl o o s i n gb l a s t i n gw i t hm i l l i s e c o n dd e l a y ，f i r i n gh o l eb yh o l e ，C a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fb l a s t i n gv i - b r a t i o na n df l y r o e k si nd e e ph o l eb l a s t i n g ，w h i c hp r o v i d e sas c i e n t i f i cb a s i sf o ra d j u s t i n gt h ee x c a v a t i o nm e t h o d ． K e yw o r d s b l a s t i n gv i b r a t i o n ；s a f e t ym o n i t o r i n g ；m i l l i s e c o n dd e l a y ；p l a n t 0 引言 中深孔爆破可加快工程建设速度、节省施工成 本。因此得到广泛应用。但在复杂环境下中深孔爆 破往往受到制约，特别是爆区周围临近已有建构筑 物和居民区的情况下，对爆破振动和爆破飞石的控 制提出了极高的要求，给爆破施工带来了极大的困 难。目前，水利水电工程爆破开挖过程中已积累了 一些行之有效的施工经验圳，但由于岩体介质及施 收稿日期2 0 0 9 1 l 0 3 作者简介曾科 1 9 8 2 一 ，男，葛洲坝集团第- - - r 程有限公司助理 工程师。E m a i l z e n g k e 0 0 0 0 1 6 3 ．t o m 。 工环境的复杂性，工程施工中必须进行相关生产性 爆破试验，以获得合理的爆破参数和施工方法，确保 周围环境的安全。 ／ 1工程概况 重庆市巫溪县中梁水电站枢纽三级电站，为Ⅳ 等小 1 型工程，枢纽由引水建筑物、发电厂房及开 关站组成。新建厂房布置于已建西宁电站厂房的上 游侧，主厂房尺寸为3 8 ．5m 1 4 ．9m 3 2 ．8m 长宽高 ，总装机容量2 ．1 万k W 。厂区基岩 为茅E l 组灰岩，岩性坚硬致密。岩体饱和抗压强度 约6 0M P a ，软化系数0 ．7 0 一0 ．8 0 ，泊松比O ．2 3 。 万方数据 第2 7 卷第1 期曾科，周林，贺盼旬复杂环境下水电站厂房开挖控制爆破试验研究 4 9 根据总进度计划安排，厂房围堰施工及厂房基 坑开挖在1 2 月中下旬和1 月上旬完成。目前厂房 后边坡和压力钢管基础开挖至E L 3 4 0m ，剩余开挖 量约6 00 0 0n 1 3 ，压力前池开挖剩余约1 40 0 0m 3 ，为 在短期内完成大方量的石方开挖，必须进行中深孑L 爆破试验，实现大方量梯段爆破。但是新建厂区对 面 西溪河左岸 为巫城公路，路边约2 0 01 1 1 ．范围内 有大量民房，厂区边坡坡脚 西溪河右岸 附近为原 西宁电站发电厂房，距离爆区最近距离为3 0i n 左 右，爆破施工影响大。因此厂区石方爆破必须控制 爆破振动和爆破飞石，以保证相邻的西宁电站厂房 及设备的安全，同时控制爆破飞石对河道对岸巫城 公路边的民房及人员的影响．爆区环境见图1 。 图1 现场施工环境图 2 爆破方案 根据厂区爆破特点及地形、地质条件，为保障相 邻的西宁电站厂房及设备的安全，同时控制爆破飞 石对河道对岸巫城公路边的民房及人员的影响，爆 破开挖采用纵向分层、水平分区的松动爆破方案，以 控制爆破振动和爆破飞石。 为了控制爆破施工对坡面及相邻环境的影响， 首先对厂区开挖边坡设计轮廓线进行预裂爆破，以 形成预裂缝，减少主爆区爆破对永久边坡的破坏，降 低爆破振动对西宁电站的影响；主爆区开挖采用微 差松动控制爆破，根据实测的本地区岩体开挖爆破 振动速度传播与衰减规律的经验公式，计算不同控 制部位的一次起爆最大单段药量，并采用孔间顺序 微差起爆的方式[ 4 别，控制爆破施工规模，减小爆破 振动影响。爆破试验结合现场施工，分别在明渠段 及厂区E L 3 4 0m 平台进行。 3爆破试验 3 ．1 厂区爆破振动衰减规律测试 为获得适合本地区岩体开挖爆破振动速度传播 与衰减规律的经验公式，确定合理的中深孑L 松动爆 破试验参数，首先结合明渠开挖进行了爆破振动衰 减规律的现场测试。爆破振动测试系统采用四川拓 普数字设备有限公司生产的U B O X 2 0 0 1 6 便携式数 据采集设备和该仪器配套的垂直传感器和水平传感 器，测点沿渠道进行布置。根据现场实测数据进行 回归分析，求得本地区爆破振动衰减规律的经验公 式为 ，3 风1 ．辨 魄直 1 6 4 l 华l 相关系数r 0 ．8 9 、“， ，3 ／- - A - ．11 ．9 5 昧平 1 3 5 l 华} 相关系数r 0 ．8 5 、“， 3 ．2 爆破振动控制标准 3 ．2 ．1 爆破振动安全控制标准 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 叫0 0 3 规定，评 价爆破对不同类型建 构 筑物和其它保护对象的 振动影响，应采用质点振动速度作为判别标准。根 据规程规定，结合本工程实际，对于临近建筑物的爆 破振动安全控制标准，参照规程中一般砖房、非抗振 的大型砖块建筑物的安全允许振动速度的控制标 准，民房安全振动速度按V 2e m ／s 控制；参照规程 中钢筋混凝土结构房屋的安全允许振动速度的控制 标准，厂房结构安全振动速度按y 4 5c m ／s 控 制，厂房及设备基础安全振动速度按V 2 3e m ／s 控制。 3 ．2 ．2 最大允许单段药量的确定 爆破最大单段药量Q 一按爆破安全规程 G B 6 7 2 2 ．2 0 0 3 推荐的计算公式 Q ～≤R 3 [ V ] I K 影4 式中，Q 。为爆破单段起爆最大药量，k g ；[ y ] 为建筑 物允许振动速度，c m ／s ；尺为爆破中心距建筑物的直 线距离，m ；K 、O t 为与地形、地质条件等因素有关的 系数衰减系数。 考虑三级站厂区边坡坡脚 西溪河右岸 附近 受影响的西宁电站发电厂房距爆区最近距离为3 0 m 左右，主爆区爆破施工所允许的最大单段起爆药 量按3 0 一3 5k g 进行控制。为确保临近建 构 筑物 的安全，爆破施工时加强爆破振动监测，进行信息化 施工。 3 ．3 爆破参数 3 ．3 ．1 预裂爆破参数 为减少主爆区爆破对边坡保留岩体的破坏，首 先沿设计轮廓线进行预裂爆破，以形成l 条沿设计 轮廓线贯穿的裂缝，降低主爆区爆破对邻近建筑物 的振动影响。预裂爆破孔径9 01 1 3 1 1 1 ，孔深9m ，孔距 万方数据 爆破2 0 1 0 年3 月 0 ．8 一1 ．0m ，线装药密度3 5 0 4 0 0g ／m 。采用咖3 2 m m 直径药卷，进行不耦合间隔装药，导爆索传爆， 不耦合系数2 ．8 1 ，堵塞段长度1 ．0 1 ．5m 。若预裂 孔数较多或装药量过大应进行分段起爆。 3 ．3 ．2 梯段爆破参数 主爆区开挖采用分层、分区中深孑L 微差爆破。 各爆区爆破以松动为主，以控制爆破飞石距离和飞 散方向。爆破规模根据一次起爆最大单段药量进行 控制。梯段爆破钻孑L 直径9 0m m ，孑L 深7 ．0m ，钻孔 超深0 ．5 1 ．0m ，前排底盘抵抗线3 ．0 3 ．5m ，孔 距3 ．0m ，排距2 ．5m ，炸药单耗0 ．3 0 ．3 5k g ／m 3 ， 孔口堵塞长度不小于3 ．0 ～3 ．5m ，采用咖7 0m m 药 卷连续装药。为了满足爆破安全振动速度对一次起 爆最大单响药量的限制，起爆网路采用单孔单响的 孔间顺序微差起爆。起爆网路采用非电导爆管雷管 传爆，同排相邻孔间采用M S 3 M S 2 段，前后排间采 用M S 5 段，孑L 内起爆雷管采用M S l l 段。 爆破试验参数见表1 。 表1 爆破试验参数表 爆破参数预裂孑L主爆孔 孔5 d 圣／m m 9 0 排距／m ／ 间彤m 0 ．8 1 ．0 孔澎m 9 ．0 超影m 装药结构不耦合间隔装药 堵塞长度／m 1 ．O 一1 ．5 单彩 k g m q ／ 线装药密度／ g m - 1 3 5 0 4 0 0 钻孔角度／ 。 6 3 不耦合系数 2 ．8 1 炸药品种乳化炸药 炸药直径／m m西3 2 9 0 2 ．5 3 ．0 7 ．0 O ．5 ～1 ．O 连续装药 3 ．0 3 ．5 0 ．3 0 _ O ．3 5 ， 9 0 ， 乳化炸药 击7 0 3 ．4 爆破效果 根据最大单段控制药量，在E L 3 4 0m 平台进行 了预裂爆破、主爆区中深孔松动爆破试验，并进行了 爆破振动监测。 1 1 月5 日，在E L 3 4 0m 平台进行了预裂爆破试 验。预裂孔深9 1 0 ．0m ，孔距O ．8 一1 ．0m ，总孔数 1 3 个，共用炸药5 3k g 。爆破时无飞石。开挖后在 开挖轮廓面上，平均半孑L 保存率大于9 0 ％，炮孔壁 无明显的爆破裂隙，局部残留预裂孑L 在节理面部位 有拉裂现象。 1 1 月1 2 日，在E L 3 4 0m 平台进行了主爆区梯段 爆破试验。主爆孑L 孑L 深9 ．0 ～1 0 ．0m 。孔距3 ．0m ，排 距2 ．5m ，总孔数2 4 个，共用炸药6 8 1k g 。采用孑L 间 顺序微差起爆，最大一段药量为3 6k g 。采用咖7 0 炸 药连续装药，保证堵塞长度不少于3m 。起爆方向向 河道方向。爆破后岩石全部松动，爆区前排爆前形成 了临空面，爆堆松散。爆破时无飞石产生。 在E L 3 4 0m 平台进行预裂爆破、主爆区中深孑L 松 动爆破试验时，为了验证爆破试验的可行性，在爆破 试验过程中进行了现场监测。监测测点的布置综合 考虑爆区周围环境条件，在受影响最近的西宁电站发 电厂房上部平台 高程E L 3 2 1m 、厂房及发电机组设 备基础 高程E L 3 1 4m 、厂区边坡对面 西溪河左岸 的民房进行了测点布置，测点布置如图2 。 测点●布置在E I ．3 2 1m 厂房上部平台，测点▲布置在 E L 3 1 4m 发电机组设备及厂房基础。 图2 现场振动监测点布置图 监测数据见表2 ，振动波形如图3 。根据实测振 动数据可以看出，厂区爆破产生的振动对临近的建构 筑物的影响满足规范的安全质点振动速度的要求。 采用单孔单响的孔间顺序微差松动控制爆破，能够满 足厂区中深孔爆破施工对爆破振动和爆破飞石的控 制要求。试验结果达到了预定的爆破且的㈣J 。 4结论 试验根据三级站厂区布置特点及相邻环境，结 合明渠开挖进行了爆破振动衰减规律的现场测试， 分析得出了三级电站厂区岩石爆破开挖爆破振动速 度传播与衰减规律的经验公式；依据该经验公式，计 算了不同控制部位的一次起爆最大单段药量。在 E L 3 4 0m 平台进行了试验I 区预裂爆破、试验Ⅱ、Ⅲ 区主爆区中深孔松动爆破试验，并进行了爆破振动 监测。试验结果表明，采用单孔单响的孔间顺序微 差松动控制爆破，能够满足厂区中深孔爆破施工对 爆破振动和爆破飞石的控制要求。有效的解决了爆 破安全与爆破开挖强度的矛盾，实现了三级电站厂 区开挖的顺利进行。 下转第8 l 页 万方数据 第2 7 卷第1 期蔡立艮，卢红标，周春华，等爆炸焊接布药工艺与微观结合界面形貌分析 8 l 参考文献 [ 1 ] 郑哲敏，杨振声．爆炸加工[ M ] ．北京国防工业出版 社，1 9 8 1 11 2 0 ．11 5 0 ． [ 2 ] 史长根．爆炸焊接界面微观结构的形成[ D ] ．南京解 放军理工大学，2 0 0 0 6 2 - 7 5 ． [ 3 ] 张凯，邵丙璜．爆炸焊接理论及工程应用[ M ] ．大 连大连理工大学出版社，1 9 8 7 1 0 8 ．1 2 0 ． [ 4 ] 史长根，王耀华，陆明，等．T 1 0 - 2 0 G 爆炸焊接复合板 [ J ] ．爆破，2 0 0 1 ，1 8 2 9 0 - 9 3 ． [ 5 ] 孙锦山，朱建士．理论爆轰物理[ M ] ．北京国防工业 出版社，1 9 9 5 3 5 6 - 4 1 8 ． [ 6 ] 孙承纬，卫玉章，周之奎．应用爆轰物理[ M ] ．北京国 防工业出版社。2 0 0 0 2 2 0 ．2 9 4 ． [ 7 ] S H IC h a n g g e n ，W A N GY a o h u a ，C A IU ．g e n ，e ta 1 ．N e w A c h i e v e m e n t sO i lt h eT h e o r ya n dT e c h n o l o g yo fE x p l o s i v e W e l d i n g [ J ] ．A C T AM E T A L L U R G I C AS I N I C A ，2 0 0 3 ， 1 6 6 5 3 1 - 5 3 5 ． 上接第5 0 页 表2 安全振动监测数据表 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 段善平．溪洛渡水电站缓坡建基面开挖爆破试验[ J ] ． 贵州水力发电，2 0 0 8 ，2 2 6 2 7 - 3 0 ． 康世荣，陈东山．水利水电工程施工组织设计手册 2 [ M ] ．北京中国水利水电出版社，1 9 9 7 ． 杜郧隆．超深孔控制爆破在宝泉电站路堑开挖中的应 用与探讨[ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 3 4 4 郇． 胡锐，向爱国，赵明生，等．香溪河大桥旁石方爆破 实践[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 3 4 7 - 4 9 ． 0 ．5 1 8 0s0 ．7 2 28s0 ．9 2 6 051 ．1 3 2 4s1 ．3 3 7 2s 0 ．7 0 8 650 ．9 1 3 4 81 ．1 1 8 261 ．3 2 3 0B1 ．3 3 7 2 图3 实测振动波形图 [ 5 ] 赵翔，黄东方，张万利．导爆管起爆网路连接方式探 讨[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 2 3 4 - 3 6 ． [ 6 ] G B 6 7 2 2 一2 0 0 3 爆破安全规程[ s ] ．北京中国标准 出版社，2 0 0 4 ． [ 7 ] S I r 9 4 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规 范[ S ] ．北京水利电力出版社，1 9 9 4 ． [ 8 ] 李洪涛，舒大强．爆破振动衰减规律的影响因素[ J ] ． 武汉大学学报 工学版 ，2 0 0 5 ，3 8 1 7 9 - 8 2 ． [ 9 ]唐飞勇。胡锐，赵明生．双因素判据在爆破地振监测 中的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 2 8 9 - 9 1 ． 万方数据