复杂环境下水下岩石钻孔爆破振动监测与研究

复杂环境下水下岩石钻孔爆破振动监测与研究
张敢生;孔祥雷;王子云
【摘要】对绥中发电厂二期引水泵房围堰爆破现场监测,根据爆破监测结果分析得出了K、α取值,并确定了引水泵房运行机组震速的安全阀值,从而建立水下钻孔爆破振动的数学模型,为了便于现场操作编写了最大单段药量控制程序；通过分析每次监测结果,为优化爆破参数确定合理的延期时间提供了科学依据,有效地保证了爆破安全与施工进度.
【期刊名称】《辽宁科技学院学报》
【年(卷),期】2013(015)001
【总页数】3页(P6-8)
【关键词】水下钻孔爆破;爆破振动监测;安全药量;安全阀值
【作者】张敢生;孔祥雷;王子云
【作者单位】辽宁科技学院资源与建筑工程学院,辽宁本溪117004
【正文语种】中文
【中图分类】TD235
绥中发电厂位于渤海湾海域近岸处，其利用泵房引海水作为冷却水源。

该电厂二期泵房建成后对南围堰进行拆除，实行水下岩石钻孔爆破，水深0～5.0m，设计底标高－5.0 ～－11.3m，爆破面积约2700m2，爆破平均深度约为6m，最大爆破深度7m。

爆破方量约14500m3(计算超深0.4m)，爆破岩性为强风化混合花岗岩，富存裂隙水。

爆区东侧为已建成投入运行的绥中发电厂一期工程海水泵房，距离爆区的最近距离为41m，北侧为二期泵房，正在进行机电安装，最近距离为13.6m，如图1所示。

施工期间，爆破产生的振动不能影响一期泵房机组的正常运转及对二期泵房建筑造成损害。

为了控制爆破震动，对水下岩石采用分层爆破(如图2所示)，毫秒延期起爆，采用理论单响最大允许药量控制药量，并且在二期泵房前设置气泡帷幕防护。

该爆破施工与其他岩土爆破相比难度较大，一方面由于岩石爆破在水下进行，对于钻孔、装药、连线等工序都有较高的要求;另一方面，既要严格控制爆破震动，不
能影响一期引水泵房机组的正常运转，也不允许对二期引水泵房结构造成安全隐患，又要在预定工期内完工。

从爆破震动传递介质角度分析，爆区与二期泵房建筑结构之间除了基底岩石介质，还有水介质，与一期泵房运转机组之间除了岩石、水介质外，中间还有一段挡土坝隔离。

加之泵房建筑为框架结构具有比较特殊的动力响应特性，爆破震动波从爆区传到泵房运转的机组处，所经过的介质变化大、情况复杂，因此，单纯对爆破地震波传播进行理论分析来指导工程实践具有较大的困难。

在各项重大爆破工程中，利用仪器对爆破地震波等进行监测，是控制爆破危害的有效辅助手段。

因此，通过对该爆破工程产生的爆破振动进行现场实时监测的手段，及时提供可靠的监测数据，为爆破施工及时调整爆破参数与起爆方法提供依据，从而达到了控制爆破地震危害作用，保证了该工程安全顺利进行。

本次监测采用成都中科测控有限公司生产的3850型振动测试系统。

根据现场情况，在二期引水泵房外廊处布置1#测点，在一期引水泵房内南侧、电控室、引水电机
处分别设置2#、3#、4#测点，平面位置如图3所示，测点与建筑基底高差约
20m。

依据监测方案，对二期引水泵房水下岩石爆破进行监测，测得了百余组有价值的数据，选部分数据和震动波形见表1和图4。

查看所有监测得到的振动数据，基本符合地震波传播的规律，波形图能较好的反应实际的爆破延期情况;爆破后期，随着总装药量加大泵房建筑横向震动的速率和频
率通常高于垂直方向(如图4所示)，另外首段起爆的震动波形较大，整个波形的峰值点通常在此产生。

在监测中，对前10组震动数据进行整理分析，根据每个测点位置所监测目标的重要程度和自身可靠程度，即1#点监测二期泵房结构震动响应，由于离爆区最近，该处已经采用气泡帷幕防护，可有效降低爆破影响〔1〕;2#点
监测一期泵房的结构震动响应，数据表明震动在爆破安全规程规定的允许范围
内;4#点监测运转机组，本次监测主要任务是控制爆破震动对机组的影响，因此将
4#点位作为安全基准控制点，其余各点作为辅助参考点，利用爆破振动传播与衰
减规律普遍采用的萨道夫斯基经验公式:
式中:v为质点峰值振动速度，cm/s;K为与爆破场地条件有关的系数;Q为最大单段装药量，kg;R为距爆源中心的距离，m;α为与岩性、地形、地质等因素相关的衰
减系数。

经对实测数据进行回归分析，得出K值为487，α值为1.595。

因此，可以给出现场爆破条件下的爆破震动数学模型:
鉴于国内类似工程的成功经验〔2〕，结合前期的监测结果及泵房机组的运行状况，将4#测点处(运行机组)质点的安全振速阀值确定为垂直方向振速1.5cm/s，水平
方向震动作为参考，应用excel程序编写安全药量自动生成的程序，如图5所示。

在后期的爆破当中，利用该程序来控制每次爆破的单响最大药量，并辅以仪器监测，结果显示4#测点的垂直及水平方向峰值振速均未超过1.5cm/s，一期引水泵房机
组设备运行正常;1#测点所采集数据表明二期混凝土引水泵房的振速基本上符合《爆破安全规程》〔3〕(GB6722－2003)的相关规定。

1)本次对绥中电厂二期泵房水下岩石钻孔爆破监测得到的监测数据真实有效，客观地反映了爆破振动波的传播规律;对数据进行整理分析，提出了科学合理的安全药
量计算方法;分析研究每次爆破监测所得的波形图，为合理地调整爆破参数、改进
起爆方法，确定合理的延期时间等提供了科学依据和施工指导，因此，为确保绥中电厂二期泵房水下岩石钻孔爆破工程项目安全顺利进行起到了重要作用。

2)通过对数据的比较与分析发现，通常首段爆破产生的振动要高于次段及后续段别，因此适当降低首段药量在一定程度上可以降低爆破产生的振动。

3)水下钻孔爆破，炮孔堵塞质量直接影响水击波强度，是水中建筑物振动的一个影响因素，应保证足够的填塞长度和质量。

4)严格控制最大单响起爆药量，增加毫秒延期段数，延期时间控制在50ms以上，可以有效的改善爆破效果、降低爆破震动和扩大爆破规模，从而提高爆破效率。

【相关文献】
〔1〕张志波，等.气泡帷幕在水下爆破减震工程中的应用〔J〕.爆破，2003，(2):75－76.
〔2〕王民寿，等.水电站库岸边坡控爆整治的试验研究〔J〕.云南水力发电，2004，(5):89－93. 〔3〕GB6722－2003，中华人民共和国标准，爆破安全规程〔S〕.。