爆破振动监测技术在穿黄大堤工程中的应用

杨天生，何利华，张 猛，胡炳旭

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 工程概况

南水北调东线穿黄隧洞工程位于山东省东平与东阿两县境内，按100 m3/s设计，为圆形有压洞，内径 7.50 m，洞长 585.38 m，包括南岸竖井、过河平洞、北岸斜井等。隧洞所处寒武系崮山组和张夏组岩层岩溶及溶隙发育，存在第四系孔隙水、岩溶裂隙水及黄河水“三水相通”问题。

隧洞斜井段穿越的位山大堤是黄河下游中段重要险工，大堤临水坡水下部分为人工抛石、水上部分为浆砌块石护坡，坡度较陡，是防洪安全的重要部位。

2 爆破振动监测系统

穿黄隧洞开挖是在原探洞基础上采用钻爆法进行施工的，考虑到该工程所处位置的重要性和地质条件的复杂性，开挖爆破必须根据观测资料随时调整爆破参数。因此，选择一套适用于本工程的监测系统确保隧洞工程实施时黄河大堤的安全是非常必要的。

2.1 系统选择

随着我国电子和计算机技术飞速发展，爆破振动监测设备的研制开发提高到了一个新水平。目前，国内已有多个厂家和科研单位可以生产在线和便携式的智能化振动测试设备，为工程建设提供更加准确和方便的服务，而强大的计算分析和处理技术也在振动监测和分析软件中有着很好地应用。

穿黄大堤安全观测工程爆破振动测点多、位置跨度大，需要跨越大堤交通道路。如果采用当前的布线测试方式，需要将每台测振仪器进行参数设置，在每一次观测前在现场布置拾振器将数据线与采集设备连接，还要在测试完成后逐一收回，不仅工作强度大，而且在观测期间还要封闭现场交通道路。考虑到本工程现场特点，需要采用体积小、重量轻、便携式的多点测试设备。工程选用了四川拓普测控科技有限公司生产的TOPBOX振动测试仪和BMView分析软件。

2.2 系统特点

拓普系列振动测试仪具有体积小、重量轻、灵敏度高、功能多、使用方便、自动化程度高、内存容量大、数据传输接口多样等优点，为本工程爆破振动测试提供了极佳的解决方案。

仪器轻小便携，内置电池，解决了现场供电问题，避免了测量导线的铺设、检查、回收等繁琐工作，现场测试更方便、轻松；仪器内置掉电保护存储器，自动记录多段振动事件，分段存储、自动续段，实现连续多次爆破振动的监测；具备通道浮点放大功能，可自适应信号强弱而无需设置量程，自动动态调节灵敏度，系统设计智能化、数字化；配套的BMView数据处理软件遵照《爆破安全规程》行业标准，具备完善的数据分析处理功能，能直接计算出振速最大值及主振频率。系统软件还提供了工程标定、读取数据、波形显示、数据处理、存盘、打印及通讯等功能。

2.3 系统布置

大堤质点振动监测设3个监测断面，共布置10组测点。其中，沿洞轴线布置6组测点，大堤顶上、堤后各3组；在大堤迎水坡洞轴线的两侧各布置2组测点，如图1所示。所有测点设2支振动传感器，分别监测竖向振速和垂直大堤轴线的水平向振速。拾振器采用 PS-4.5B（垂直）和 PSH-4.5B（水平）型传感器。

3 爆破振动监测控制

3.1 控制依据

目前国内尚缺少引调水工程的安全监测规范，而本工程在引调水工程中具有一定特殊性。穿黄隧洞属于地下工程，而黄河大堤却是土石坝工程。在此条件下，质点峰值振动速度参考 《爆破安全规程》（GB6722-2003）、《水电水利工程爆破安全监测规程》（DL/T5333-2005）和穿黄探洞开挖爆破以及类似工程爆破监测结果，结合穿黄隧洞首次爆破试验设定相对安全的允许标准为3～4 cm/s。由于质点振动速度主要与装药量、爆破距离和地质条件等有关，鉴于穿黄大堤历史久远、内部局部填筑不均，在实际的施工监测控制过程中针对具体爆破参数有针对性地加以控制和调整。

3.2 信息反馈

安全监测作为工程风险控制的有效手段，在工程建设和管理中发挥着越来越重要的作用。在黄河及其大堤下部进行隧洞爆破具有复杂性和高风险性，应根据监测结果和开挖的地质条件，综合考虑施工技术、经济、安全等方面的影响因素，做出一个安全、可靠、经济的施工方案。该方案可以对爆破工艺、支护型式、灌浆帷幕等内容进行调整，从而规避工程风险。因此，对于安全监测项目建立顺畅、快捷的信息反馈供设计、施工及有关工程技术人员决策使用是非常必要的。工程建设过程中制定了严格的信息反馈流程，如图2所示。由主要技术负责人直接担任监测评价工作，使得安全监测在工程风险管理中更有成效。

4 爆破振动监测结果与评价

穿黄隧洞爆破施工选用2#岩石乳化炸药，炸药总量多数在100 kg以下。目前，隧洞爆破施工已顺利穿越黄河大堤和黄河河床，其间观测到的质点峰值振动速度小于设定的安全允许值。以大堤迎水坡V1质点振动观测结果为例，质点主振频率集中在100Hz以下，质点峰值振动速度最大值未超过1.5 cm/s，随着爆破断面远离监测点测值已逐渐下降至0.2 cm/s（垂直向）。纵观所有测点主振频率和峰值振动速度，测值大小主要受地质条件和装药量影响，岩体坚硬完整、测点距震源较近测值会相应增大。

5 结语

自2008年9月27日隧洞爆破施工至2010年1月，穿黄隧洞已顺利穿越黄河大堤和黄河河床。通过穿黄大堤观测工程中爆破振动监测系统的设计、建立和观测，验证了爆破监测系统的应用效果。通过监测数据的分析和反馈，有效地指导了工程爆破施工，规避了工程风险，确保了黄河大堤安全。穿黄工程爆破安全监测对工程顺利实施起到了重要作用，也为相似工程爆破条件下的安全允许标准提供了借鉴和依据。