爆破震动衰减公式在三峡地下厂房开挖中的应用

第42卷第16期2011年8月
人民长江Yangtze River Vol．42，No．16Aug．，2011
收稿日期：2011－06－28作者简介：陈
卓，男，工程师，主要从事水电工程施工组织设计工作。

E －mail ：chenzhuoyl@163．com
文章编号：1001－4179（2011）16－0102－04
爆破震动衰减公式在三峡地下厂房开挖中的应用
陈
卓，徐敬新，刘晓军，黄
宁
（长江勘测规划设计研究有限责任公司施工设计处，湖北武汉430010）
摘要：在三峡地下电站厂房洞室爆破开挖施工中，为降低爆破震动影响，根据现场小型爆破试验，以及实际开挖中的爆破振动监测成果，
提出了爆破质点振动速度衰减规律公式，在后续施工中，运用该公式控制和调整钻爆参数、起爆方式，达到了控制爆破规模，降低爆破震动效应、控制洞室围岩变形的目的，确保了施工期爆区周围建筑物的安全稳定。

关
键
词：爆破震动衰减公式；爆破开挖；地下电站；三峡水电站
中图法分类号：TV542
文献标志码：A
1工程概况
三峡工程地下电站位于三峡坝址右岸白岩尖山体
内，进口接上游茅坪溪，尾水出口位于下游风箱沟，机组中心线与右岸坝后厂房同轴线。

地下电站共布置6台机组，采用一机一洞布置。

主厂房尺寸为311．30m ˑ32．60m ˑ87．3m （长ˑ宽ˑ高），围岩主要为前震旦系闪云斜长花岗岩和闪长岩包裹体，其间侵入有细粒花岗岩脉和伟晶岩脉等酸性岩脉，
区内断层较发育。

主要采用预裂爆破和梯段爆破方法分Ⅰ Ⅸ共9层开挖。

主厂房开挖顺序见图1。

主厂房洞室跨度大、边墙高、埋深浅，伴有不稳定块体，各侧边墙均有较大断面洞室与之相交，开挖后保留体较单薄，岩体挖空率高。

地下厂房爆破开挖施工时，大坝混凝土浇筑施工处于高峰期，周边部分重要建筑物及施工设施已建成运行。

因此，地下厂房开挖时产生的爆破震动影响不容忽视。

2爆破振动安全控制及质点振速衰减公式
为了尽量降低爆破震动影响，在施工过程中，根据
现场小型爆破试验及实际开挖过程中爆破振动监测成果，研究提出爆破质点振动速度衰减规律公式，并用于指导后续的实际开挖施工，通过控制和调整钻爆参数、
起爆方式，达到控制爆破规模、降低爆破震动效应的目
的，确保施工期爆区周围建（构）筑物和重要施工设施安全稳定。

图1
地下厂房开挖分层示意（高程：m ）
第16期陈卓，等：爆破震动衰减公式在三峡地下厂房开挖中的应用
2．1爆破振动安全控制原理
爆破振动安全控制的实质是将爆破质点振动速度控制在允许的范围内。

目前，一般采用萨道夫斯基公式预测爆破质点振速，即：
V=K（Q1/3/R）α（1）
式中，Q为同段起爆的最大药量，kg；R为爆源至计算
点之间的距离，m；α为与地质条件有关的地震波衰减系数；K为与岩石性质、爆破方法等因素有关的系数。

式中Q和R均可以事先取得，而K和α的取值则要根据以往类似工程的经验类比，并结合现场小型爆破试验及实际开挖过程中爆破振动监测成果反推得出，并加以修正。

2．2爆破振动安全控制标准的确定
地下电站厂房系统洞室开挖过程中，重点对爆区附近下列部位进行爆破震动跟踪监测：已形成的洞室顶拱、阻滑键、岩锚梁，已形成的邻近洞室及新近喷护的支护系统，附近新浇混凝土，水厂的水池和民房；同时结合洞室开挖施工，进行洞室自身和相邻洞爆破震动规律性测试。

根据《爆破安全规程》规定［1］，结合有关工程的实践经验，各动态监测部位的最大质点振动速度安全控制标准见表1。

表1爆破振动安全控制标准cm/s 监测部位质点振速安全控制标准
新浇混凝土（0 3d）1．5 2．0
新浇混凝土（3 7d）2．0 3．0
新浇混凝土（7 28d）3．0 5．0
混凝土（龄期＞28d）5．0 8．0
电气设备、仪表0．9 1．2
灌浆区≤2．0
洞室围岩≤10．0
预应力锚索（杆）≤5．0
一般砖房2．0 3．0
2．3爆破振动监测系统
爆破震动监测采用电测法测量爆破最大质点振动速度。

为了全面准确地了解爆破地震效应，对各动态监测部位都进行竖直向分量和水平向分量测量。

监测系统采用DZJ－70型和CZS－ZP28型拾振器采集震动信号，采用exp3850型爆破自记仪自动记录，采用计算机配exp3850界面专用分析软件进行分析和处理，打印机打印成果。

2．4主要爆破参数
厂房两侧边墙附近分别进行预裂爆破。

采用分段延发起爆，并尽量减少同段起爆的炮孔数。

梯段爆破主要采用有序微差爆破，最大单段药量被控制在50kg，并修整台阶前沿岩坎，以减少底盘抵抗线。

主厂房Ⅰ层采取手风钻中导洞先行、中部及上下游扩挖跟进的方法施工，爆破参数见表2、表3。

表2Ⅰ层中导洞开挖钻爆参数
开挖断面/
m2
钻孔参数/
个
爆破方量/
m3
总装药量/
kg
最大单响/
kg
炸药单耗/
kg
爆破效率/
%
预期进尺/
m 43．2990121．21137．724．01．14932．8
表3Ⅰ层中部及上下游扩挖钻爆参数
开挖断面/
m2
钻孔参数/
个
爆破方量/
m3
总装药量/
kg
最大单响/
kg
炸药单耗/
kg
爆破效率/
%
预期进尺/
m 88．2095246．96157．936．00．64932．8
主厂房Ⅱ层开挖采取轻型潜孔钻中部梯段拉槽，然后对约2．5m厚边墙预留保护层进行开挖；主厂房Ⅲ Ⅵ层开挖采用改造型轻型潜孔钻钻孔预裂爆破，然后采用手风钻或轻型潜孔钻钻孔半幅梯段开挖。

梯段爆破参数见表4。

预裂爆破参数见表5，保护层开挖爆破参数见表6。

表4主厂房Ⅱ Ⅵ层中部梯段爆破参数
爆破方量/
m3
总装药量/
kg
最大单响/
kg
炸药单耗/
（kg·m－3）
孔深/
m
孔、排距/
m 2602．41196．8105．60．4683．5，3．5
表5主厂房Ⅱ Ⅵ层预裂爆破参数
孔距/
cm
孔径/
mm
孔深/
cm
线装药密度/
（g·m－1）608010450 500
表6主厂房Ⅱ Ⅵ层保护层开挖爆破参数
主爆孔周边孔孔距/
cm
排距/
cm
孔深/
cm
炸药单耗/
（kg·m－3）
孔距/
cm
线装药密度/
（g·m－1）1201503 40．6350180 240
主厂房Ⅵ层以下（高程45．00m以下）开挖总体采用轻型潜孔钻机钻孔预裂爆破，然后采用轻型潜孔钻钻孔梯段爆破。

在整个高程45m以下施工中，梯段爆破孔设计间排距为250cmˑ300cm；在四孔或三孔一响部位间排距调整为250cmˑ250cm；在两孔一响部位间排距调整为250cmˑ200cm；一孔一响部位主爆破孔间排距调整为200cmˑ200cm。

爆破单耗0．50 0．60kg/m3，最大梯段单响药量50kg。

按照施工进度安排，为了减少爆破开挖对岩锚梁新浇混凝土振动影响，地下厂房Ⅲ层预裂爆破已先于岩锚梁浇筑前进行，在岩锚梁混凝土浇筑期间停止了附近一切爆破作业。

2．5爆破质点振速衰减规律公式
根据实测数据进行回归分析，得出地下电站厂房
301
人民长江2011年
爆破质点振速衰减规律公式：
V=62（Q1/3/R）1．29（2）
V=28（Q1/3/R）1．92（3）公式（2）适用于预裂爆破；公式（3）适用于梯段爆破。

3公式的实际应用效果
地下电站一共进行22次共计106个测点、212条测线震动测试。

从实测波形可以看出，预裂爆破波形高频较多，振动幅值较大，具有即时冲击特性，是典型跳跃式形态。

梯段爆破中，地震波的持续时间较长，波幅较小，没有明显的突峰出现，形成一种平稳的振动。

距爆源较近测点的波形峰值衰减很快，邻段之间基本没有叠加。

随着传播距离的增加以高频主导的震级大幅衰减，振动峰值衰减至较低水平，低频主导的成分衰减缓慢，因而距爆源较远测点所得的波形为低频低峰值波形，相邻段峰值之间容易产生叠加。

各部位最大速度值见表7，预裂爆破震动监测成果见表8，梯段爆破震动监测成果见表9。

表7主厂房爆破震动监测成果cm/s
表8预裂爆破震动监测成果cm
/s
表9梯段爆破震动监测成果cm/s
实践证明，在三峡右岸地下电站开挖中质点振动速度衰减比较规律，采用爆破质点振速衰减规律公式预估的质点振动速度与实测值比较接近。

地下厂房岩锚梁附近部位开挖爆破对厂房岩锚梁基岩以及岩锚梁混凝土的振动影响是施工过程中监测的重点。

2005年9月2日至2007年1月在上述部位开挖时进行9次监测，共计90条测线［2－4］。

所测的大部分振动速度值达到6cm/s（安全控制标准为5 8cm/s）。

分析认为造成实测振速接近控制标准主要原因是爆区距岩锚梁较近（约10m），测点部位振动不仅仅受到爆破地震波影响，更主要还是受到爆破应力波作用，另外单薄体岩锚梁振动有动力放大作用。

在岩锚梁进行监测的同时，还在离爆区（源）较近或较敏感的测点附近布置了宏观调查区进行爆前、爆后宏观调查，对振速较大的部位进行重点调查。

调查结果表明，均未发现不良现象。

另外，通过回归分析得出的公式中，公式（2）相关系数γ=0．84；公式（3）相关系数γ=0．85。

相关系数γ均达到0．84以上，表明实测量与回归公式之间相互关系密切，回归公式能够代表该爆破方式下的场地实际情况，可以指导调整钻爆参数，预报爆破振动量级，控制爆破规模。

地下电站开挖爆破监测成果表明：除地下厂房Ⅲ2层几次梯段爆破部位距离岩锚梁较近有接近控制标准现象外，其余部位开挖对各重点部位振动影响都较小，地下厂房以及相邻洞室开挖爆破对地下电站的地震效应得到了有效控制。

4结语
（1）在该工程施工过程中，爆破质点振速衰减规律公式预估的质点振动速度与实测值比较接近，有效地确保了施工期爆区周围建（构）筑物和重要施工设施安全稳定。

（2）在不断变化的地质条件及施工条件下，可以通过爆破试验及实际施工过程中监测的结果不断循环修正得出质点振速衰减规律公式，并进一步指导施工，可以有效控制爆破振动带来的影响。

（3）本文提出的爆破振动衰减规律经验公式可供类似条件下的同类工程设计施工参考。

参考文献：
［1］中国工程爆破协会．GB6722－2003爆破安全规程［S］．北京，中国标准出版社，2003．
［2］刘晓军，邢德勇，黄宁，等．三峡右岸地下厂房进水口高边坡开挖爆破震动安全监测［J］．水利水电快报，2007，20（增刊）：104－
106．
［3］刘晓军，陈敦科．三峡RCC围岩拆除爆破厂房振动效应研究［J］．水利水电快报，2007，28（16）：25－27．
［4］黄宁，过沄．三峡右岸地下电站厂房系统开挖施工安全监测报告［R］．武汉：长江勘测规划设计研究院，2008．
（编辑：赵凤超）
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第16期陈卓，等：爆破震动衰减公式在三峡地下厂房开挖中的应用
Application of blasting vibration attenuation formula in excavation
of underground power house of TGP
CHEN Zhuo，XU Jingxin，LIU Xiaojun，HUANG Ning
（Construction and Design Department，Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan430010，China）Abstract：During the blasting excavation construction of underground power house of TGP，in order to reduce blasting vibra-tion influence，according to the small in－site blasting test and monitoring result of blasting vibration in practical excavation，the vibration speed attenuation formula of blasting point was put forward．In the subsequent construction，the formula was used to ad-just drilling－blasting parameter，initiation mode and the goals of controlling the blasting scale，reducing the blasting vibration in-fluence and controlling the deformation of surrounding rock mass were realized and the safety and stability of the surrounding structures were guaranteed．
Key words：blasting vibration attenuation formula；blasting excavation；underground hydropower station；
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
TGP
（上接第84页）
Analysis on construction efficiency of shield machine in tunnel crossing Yellow River
of middle route project of S－N water diversion
HUA Xia1，WEN Jun1，WU Qinghong2
（1．Construction and Design Department，Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan430010，Chi-na；2．China Railway16th Bureau Group Co．，Ltd．，Beijing100018，China）
Abstract：In order to analyze the construction efficiency of shield machine and improve accuracy of calculating the unit price of shield machine construction，based on the practical condition and related data，and further according to the basic principle of control chart，the reasonable upper controlling line and lower controlling line were set up to filter out the abnormal data．The con-struction efficiencies of shield machine construction in different geological conditions and cases were analyzed tentatively．There-fore，the basic data and related experiences were provided for correctly predicting and controlling the investment of similar works．Key words：shield machine；construction efficiency；tunnel crossing Yellow River；
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
South－to－North Water diversion Project
·简讯·
长江流域重要河道采砂管理规划初审会议在汉召开
2012年8月10日 11日，长江流域重要河道采砂管理规划初审会议在汉召开。

长江水利委员会，四川、重庆、湖北、湖南、江西、陕西、广西等七省（自治区、直辖市）水利厅（局）及其规划编制单位的领导和代表以及特邀专家参加了此次会议。

水利部建管司、水规总院派员到会指导，长江委副主任杨淳出席会议并作讲话。

杨淳指出，今年是新中国水利发展史上具有里程碑意义的一年。

中央1号文件和中央水利工作会议明确提出，到2020年基本建成防洪抗旱减灾体系、水资源合理配置和高效利用体系、水资源保护和河湖健康保障体系、有利于水利科学发展的体制机制和制度体系等四大体系，开启了我国水利跨越式发展、推进中国特色水利现代化事业的新征程。

河道采砂管理事关河势稳定、防洪安全、通航安全，事关饮水安全、生态安全、社会稳定，事关人水和谐和经济社会可持续发展的大局，与河湖健康保障体系的建立密切相关，是领导关心、群众关切、社会关注的一项大事，也是水利管理的一件急事、难事。

他强调，编制好长江流域重要河道采砂管理规划和进一步加强河道采砂管理是国务院“三定规定”赋予各级水行政主管部门义不容辞的职责，责任重于泰山。

他要求，长江流域各级水行政主管部门要从保障河湖健康和公共安全的大局出发，科学编制好长江流域重要河道采砂管理规划，倍加努力地履行好水行政主管部门的河道采砂管理职责。

会上，水利部建管司和水规总院的代表分别作了发言，与会专家和代表对该规划进行了认真的审议。

会议认为，长江水利委员会砂管局、长江设计院和各省（自治区、直辖市）水利厅（局）及其规划编制单位，按照水利部的部署和水规总院的安排，做了大量的工作。

《长江流域重要河道采砂管理规划》内容全面，符合《全国江河重要河道采砂管理规划工作大纲》的要求，规划成果基本合理。

会议要求规划编制单位修改完善该规划后，尽快上报。

（长江）
501。