岩壁梁爆破振动测试与控制优化方案

在洪屏抽水蓄能电站地下厂房岩壁梁开挖中，进行了爆破试验及爆破振动测试，分析该岩壁梁爆破振动规律，计算出爆破振动参数，并用于指导该岩壁梁爆破开挖与混凝土浇筑，取得了良好效果。如上所言，洪屏地下厂房(主副厂房、安装间)全长157.5m，最大跨度23.5m，高度51.1m。厂房分7层开挖，岩壁梁位于厂房第Ⅱ层，布置在主厂房与安装间部位，梁单侧长137.5m，高2.6m，宽1.95m，岩台面水平投影宽度0.75m，斜面长度1.625m，与铅垂面的夹角为27.5°。围岩为致密坚硬的含砾中粗砂岩，断层小，断层、节理较不发育，以基本稳定的Ⅱ类岩体为主，Ⅲ～Ⅴ类围岩较少。地下厂房岩壁梁是抽水蓄能电站中特别重要的结构物，爆破振动对岩壁梁开挖、混凝土浇筑有着一定的影响。通过施工过程中有针对性的爆破振动测，掌握岩壁梁爆破振动速度衰减规律，寻找一套科学有效的控制方法，使岩壁梁爆破振动符合设计要求。

6.1.4.1　爆破振动技术要求

为防止厂房附近开挖爆破对已浇筑的岩壁吊车梁的振动破坏，根据设计要求，其岩壁吊车梁的质点振动强度要求见表6-3。

表6-3　岩壁梁混凝土爆破振动控制设计要求表

6.1.4.2　爆破振动测试及控制方案

使用萨道夫斯基经验公式V=K(Q1/3/R)α预测爆破振动强度，具体做法为:在地下厂房第Ⅰ层爆破施工时，采用TC-4850 型爆破振动测试仪，根据不同的爆区选用不同的测点位置，测试出不同的爆破振动峰值Vi，分析爆破振动波衰减规律，计算出K、α 值。由此规定岩壁梁混凝土浇筑时各个阶段各个部位的最大单响药量，辅以隔振、减振措施，将岩壁梁混凝土施工时爆破振动控制在设计要求范围内。

6.1.4.3　爆破振动测试

(1)爆破振动测试数据。

测点布置在地下厂房第Ⅰ层的不同部位，相邻测点Ri的距离差保持在2m～5m之间，爆源点分别为排水廊道、主变排风洞与厂房本身，数据见表6-4。

表6-4　岩壁梁混凝土爆破振动数据表

(2)数据分析。

对萨道夫斯基经验公式两边同取以e 为底的自然对数:

设y=lnV，

得

因此，通过对每次爆破振动峰值Vi的测试，并根据相对应的最大单响药量Qi以及测点距爆破中心距离Ri 可计算出相应的xi、yi，经回归分析后可得(2)式直线方程，根据该直线方程即可得到α值与K(即K=eb)值。回归分析采用趋势线法，即将xi、yi相应数值输入EXCEL 表中，利用EXCEL的插入图表功能插入数据散点图，再根据散点图添加趋势线，该趋势线即为(2)式直线方程，可得α值与K(即eb)值，如图6-14所示。

根据趋势线计算出水平与垂直方向的K、α 值分别为162、1.512 与189、1.561。

(3)经验公式的修正。

在前面的计算中，由于测点与爆心之间高差较小，高差对质点振速的影响也很小，即公式V=k中的R 是按测点与爆心水平距离来取值的，未考虑高差的影响。在岩壁梁混凝土浇筑后，开始进行厂房的第Ⅲ～第Ⅶ层的各层开挖时，即岩壁梁正下方的各层边墙爆破施工，其水平投影的R 值较小，相应高差较大且不断在变化中，此时高差对质点振速的影响较大，需进行考虑。

图6-14　水平与垂直方向趋势线图

按照规范《水电水利工程爆破施工技术规范》(DL/T5135-2001)，采用以下公式进行修正:

(https://www.xing528.com)

式中，H 为测点与爆破中心的垂直高差(m);β 为高差影响因子。

在取得经验公式的前提下，在进行第Ⅱ层的抽槽开挖时，在高层、顶层排水廊道布设测点，测得不同Q 值、R 值、H 值的情况下所对应的V值，参照上述线性回归的方式求得β 值为0.31。

6.1.4.4　混凝土施工爆破振动控制

分为两个阶段进行控制，第一阶段为混凝土浇筑与混凝土待强期间，第二阶段为混凝土达到设计强度后期间。

(1)混凝土浇筑与待强期间爆破振动控制。

由于混凝土浇筑期间爆破振动控制要求比较严格，施工中采取了以下两项措施:

①岩壁梁混凝土浇筑与待强期间，厂房不进行爆破，仅进行混凝土与支护施工;

②控制岩壁梁附近上层排水廊道与主变洞两个部位的单响药量(主变排风洞此时已开挖结束)。

根据前面计算出的K、α 值，主变洞和上层排水廊道各部位最大单响药量如表6-5所示(按水平方向、垂直方向分别计算，取其中较小值)。根据中数据，上层排水廊道厂上0+035m～厂下0+029m部位在岩壁梁混凝土浇筑时未进行爆破。

表6-5　各部位爆破最大单响药量表(单位:kg)

(2)混凝土达到设计强度后爆破振动控制。

岩壁梁混凝土达到设计强度后，除主变洞与上层排水廊道按表6-5 控制最大单响外，重点需控制厂房第Ⅲ～Ⅶ层爆破开挖对岩壁梁的爆破振动。为此，厂房第Ⅲ～Ⅶ层采取了中间抽槽加两侧布置3m～4m保护层的方法进行爆破开挖。

对于抽槽爆破开挖，根据前面计算出的K、α、β 值，各层最大单响见表6-6。根据该表结果，厂房第Ⅳ～Ⅶ层抽槽时全部采用单孔单响网路。第Ⅶ层在抽槽前两侧距边墙4.0m处先进行施工预裂。

表6-6　厂房各层抽槽爆破开挖最大单响表(单位:kg)

对于保护层开挖，由于处于悬壁梁的正下方，R 值非常小，有些部位R 值甚至为0，不适合采用公式(3)计算。根据悬壁梁爆破振动测试成果，悬壁梁本身保护层爆破质点振速均较小，均未超过10cm/s。因此，厂房第Ⅲ～Ⅶ层保护层开挖时，其最大单响不超过悬壁梁最大单响，一般控制在10kg 之内。

(3)爆破振动控制效果。

采取将爆破振动测试仪放置在岩壁梁混凝土上测试的方法进行监测，从岩壁梁混凝土浇筑开始，至厂房开挖结束。根据施工统计与爆破振动测试仪显示，3d 龄期(2012年11月16日～2012年12月3日)对岩壁梁存在影响的爆破共51 次，3d～28d 龄期(2012年12月3日～2012年12月31日)对岩壁梁存在影响的爆破共68 次，达到设计强度后(2013年1月1日～2013年9月21日)对岩壁梁存在影响的爆破337 次爆破，其中地下厂房第Ⅲ～Ⅶ层共185 次，其他部位共152 次。监测结果表明，所有爆破振动均符合设计要求。

图6-15 为2012年11月30日(3d 龄期)上层排水廊道厂上0+125m、厂下0+002m部位爆破振动检测报告，该爆破单响10kg，距测试点120m。从图中可知，水平方向爆破振动质点振速0.36cm/s，垂直方向0.35cm/s，符合设计要求。

图6-16 为2013年1月20日(达到设计强度后)厂房第Ⅲ层桩号厂右0+100m～厂右0+90m抽槽爆破振动检测报告，该爆破单响7.8kg。从图中可知，水平方向爆破振动质点振速9.0cm/s，垂直方向8.2cm/s，符合设计要求。

图6-15　上层排水廊道振动检测图

图6-16　厂房第Ⅲ层抽槽爆破振动检测图