云峰水电站大坝基础开挖爆破振动试验研究

李广一，王大治，陆 阳

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061；2.中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 丹东 118000）

云峰水电站位于吉林省集安市青石镇，在中朝界河鸭绿江中游，工程级别为一级工程。当年大坝施工开挖时，在右岸50，51号坝段基础出露有F15断层。由于中朝双方认识不一致，朝方当时没有对该断层进行处理，而中方认为大坝目前的安全裕度不足，需加固处理，即在51，52号坝段下游设置抗滑墩，抗滑墩基础开挖范围紧邻大坝，自大坝向下游延伸50 m、宽度36 m，最大深度10余m；同时，为形成稳定边坡，需对右岸山体部分地段进行削坡，总开挖量为2万m3；而开挖工期不到2个月 （2月6日到3月30日），日开挖强度达400余m3。

除边坡部分地段为土方外，开挖区大部为岩石及大坝施工阶段的混凝土残留物。开挖岩石以凝灰集块岩、板岩及后期侵入的少量玢岩等；这些岩石的抗压强度均在40 MPa以上，个别甚至大于100 MPa，多属坚硬岩石，且施工时段的气温较低，现场开挖应采用钻爆法。

在设计技术要求中，只给出了该次爆破施工应保证大坝等建筑物及防渗帷幕的稳定与安全，采用控制爆破技术，其装药量必须由现场试验确定。

1 爆破振动安全保护对象

该次爆破施工所考虑的重要建筑物为云峰大坝，且在大坝邻近部位开挖，施工难度大，爆破期间必须考虑大坝及其灌浆帷幕的安全质点振速的大小。按照设计文件及相关规程规范[1～3]要求，大坝及其帷幕的安全保护标准分别为6.0～10.0 cm/s和2.0～2.5 cm/s。由于云峰大坝已经运行40多年，混凝土存在一定的老化，因此，该次爆破试验对大坝的安全允许振速暂时按8.0 cm/s控制，个别因单响药量稍大或爆心距较小的爆破试验，其最大振速则按10.0 cm/s进行校核；对灌浆帷幕的安全允许振速，大小按2.0 cm/s选取。

另外，由于云峰大坝位于中朝边境线上，在齿槽开挖部位进行爆破作业，必须注意对飞石进行防护，将飞石传播距离控制在50～100 m以内，坚决避免因飞石距离过大引发意外纠纷。飞石防护的主要措施，除应采用控制爆破技术外，还需采取炮被覆盖的方法。

2 观测设备及振动测点布置

2.1 观测设备

该次爆破试验，拾振器采用频率较高的DJP-70型拾震器（频宽30～400 Hz）和PS-4.5B型地震传感器（频宽10～800 Hz）。采集系统选用16通道WS-5921/U系列数据采集仪，并配有功能强大的数据处理分析软件。拾振器灵敏度和设备的采集速度均满足测试要求，且使用前由省级计量检测单位对测试系统进行了标定。

2.2 振动测点布置

根据云峰大坝齿槽开挖部位和现场实际情况，并结合大坝及帷幕等主要保护对象，与建设单位共同确定了振动测点的安装位置。即分别在53号坝段坝顶、49号坝段下游、53号坝段廊道（集水井处）、53号坝段廊道出口（下游侧）和51号坝段下游坝脚处，各布置1支垂向传感器，总计5支传感器。其中，安装在下游坝脚处的传感器将根据爆破位置的变化情况进行适当的调整。

3 爆破试验振动观测

抗滑墩右岸山体边坡开挖将采用机械与爆破结合的方式进行，用挖掘机清除表面松动土石层，局部坚硬地段用爆破法开挖，其爆破施工工艺及控制标准可以参照抗滑墩基础开挖方案。故该次爆破试验的重点放在了抗滑墩基础开挖部位，且集中在近坝地段。

3.1 爆破试验参数设计

由于没有详细的地勘资料，开挖地质条件不是很清楚，并且现场地形复杂，爆破位置距大坝又较近。所以，爆破施工中计划采用手风钻打孔，孔径φ42 mm，间排距一般为0.6～1.0 m，实施浅孔爆破，同时，严格控制每次爆破的最大单响起爆药量。在开挖区的近大坝地段，孔深小且孔数少（甚至单孔），减少最大单响起爆药量；在中间地段，则适当提高药量，可以选择孔深较大的多孔起爆方式。药量主要是根据日本吉川经验公式进行控制：

式中 V—振速，cm/s；K—与场地有关的振动系数；Q—最大单响药量，kg；R—爆心距，m。

同时，也参考了类似工程进行对比来估算的。每次试验由施工单位提出具体爆破位置，然后经试验人员确认最大单响起爆药量。

3.2 爆破试验观测成果

试验成果主要选取了部分场次的爆破施工，其中在抗滑墩基础中部选择1次和近坝处选择2次。整理每次爆破的药量参数和各测点的振速值见表1。

表1 云峰水电站爆破试验质点振动速度成果

中部浅孔爆破试验中，总装药量为10 kg，一次起爆。5个测点中，距大坝最近点为51号坝段坝脚（36.9 m），最远的为53号坝段廊道测点，各测点的最大振速值总体符合随着爆心距增大而减小的一般变化规律，仅该坝段坝顶测点因存在结构放大效应比49号坝段下游测值略大 （见表1），说明该次试验规律性较好，结果可信。在单响起爆药量10 kg条件下，最大振动速度仅为1.11 cm/s，均处于各安全允许振速范围以内。

在近坝处爆破，B点和D点两次试验的爆心与大坝（51号坝段坝脚测点）的距离分别只有4.1 m和6.9 m，对两次试验的最大单响药量进行了严格限制，均小于1.0 kg。由于53号廊道出口等其它测点距离爆心多达30 m以上，远大于51坝段坝脚测点，这样，试验中的振速值差异也较大。最近测点 （51号坝段坝脚处）的两次测值分别为8.15 cm/s和4.54 cm/s，其余4个测点均不超过0.5 cm/s。这些较小的振速值远低于大坝薄弱部位（帷幕）的安全允许标准（2.0 cm/s），且小药量爆破对较远目标的振动影响存在较多的干扰因素，不对其进行振动影响场计算，而仅对近距离的大振速测点和大药量的中部浅孔试验加以讨论。

3.3 爆区振动场

为进行振动影响场计算，将公式（1）进行整理可得：

表2 部分测点爆破振动系数计算结果

式中 V，Q，R，K 意义同上。

利用表1中的试验结果，即可计算各测点的振动系数（K值）见表2。

表2中，51号坝段坝脚测点在3次爆破中的K值大体相当，与该点高程类似的还有49号坝段下游和53号廊道出口这2个测点，它们的K值与51号坝段坝脚测点也基本相近。53号坝段坝顶测点的K值高达535.4，明显高于其它测值，这也恰好是坝体结构放大效应的体现；而53号坝段廊道测点的K值最小，与其所处高程最低关系密切。以上K值计算结果，也进一步说明爆破振动测试结果的合理可靠。

将表2中比较接近的前5个K值进行平均，可得K大坝=250；由于坝顶和坝基廊道测点距离开挖区均较远，保证51号坝段坝脚振速不超过8.0 cm/s的单响起爆药量，将不会引起坝顶和坝基廊道的振速超过标准。

将K大坝=250代入式（2），可获得抗滑墩基础开挖爆破对大坝的振动影响场公式：

式中 V大坝代表大坝的质点振动速度，cm/s；Q，R的意义同上。

4 结论

云峰大坝抗滑墩基础开挖工程紧邻大坝，施工中采取了控制爆破技术，即小孔径、逐排分段爆破的开挖方式。不论是中部浅孔爆破，还是大坝近区岩体开挖，其振动观测结果总体合理，符合一般岩体的爆破振动特点。

（1）振动速度测值显示，爆破施工对大坝及帷幕的振动影响均处于安全允许范围以内，能够满足设计及相关规程规范的要求。

（2）控制爆区开挖的主要对象为云峰大坝，尤其是大坝下游坝脚，在保证下游坝脚质点振速不超过8 cm/s的前提下，施工药量基本不受基础帷幕控制。

（3）根据振动影响场公式可以给出不同开挖区间的最大单响起爆药量，对合理、高效施工起到巨大的指导作用。

[1]GB 6722-2003.爆破安全规程[S].

[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T 5333-2005.水电水利工程爆破安全监测规程[S].

[3]中华人民共和国行业标准.SL47-94.水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范[S].