爆破振动测试在口上水库泵站施工中的应用

乔 立

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西水务投资集团有限公司，山西 太原 030002）

1 引言

口上水库位于昔阳县东冶头镇口上村附近松溪河下游河道上，大坝距昔阳县城35 km，坝址以上控制流域面积1462 km2，总库容495万m3，坝型为曲线形堆石混凝土重力坝，坝顶长120.7m，坝顶宽6m，最大坝高58.4m，坝顶高程647.9m。根据《中国地震动参数区划图》，工程区地震动峰值加速度为0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，建筑物抗震设防烈度为Ⅶ度。

大坝工程于2012年11月开工，2014年12月完工。大坝工程完工后在坝址上游左岸修建库区取水泵站，泵站开挖计划采用结合周边预裂的深孔微差控制爆破方案，爆破开挖区边缘距离大坝最近距离120m。爆破施工危及大坝安全，为保证坝体安全和完善爆破方案，施工前通过爆破振动测试对大坝质点峰值振动速度进行检测，及时掌握测试数值并与公式计算的理论速度进行比较，分析最不利工况选取安全药量以指导泵站石方开挖爆破施工。

2 爆破振动测试

2.1 现场布置

测试系统包括地震计、数据采集器、锂电池、地震计防护罩等。测试仪器选用EDAS-24IP型、EDAS-24GN型24位3通道数据采集器，以及DS-4A型短周期反馈式地震计、BBVS-60型宽频带地震计。其中，EDAS-24IP支持基于Internet的网络通讯和数据传输，支持大容量数据存贮，具备数据采集、记录、网络服务功能，体积小、功耗低。EDAS-24GN是一台高分辨率、大动态范围、输出低延迟实时数据流、能适合地震预警研制的通用地震数据采集记录设备，能将多道模拟电压量和频率量的输入转换成数字量输出，具有网络、串口数据传输功能，适合流动地震观测。DS-4A型地震计记录近震、地方震、初动清晰、高频丰富，可用于工程振动测量，具有灵敏度高、抗冲击载荷能力强、重量轻、防潮性能好等特点，有独立的标定系统，运输不必锁住，工作时不用打开仪器外罩，只需将底座上水平泡调零位即可工作，便于台站架设，野外流动观测。BBVS-60型宽频带地震计由三个独立分向传感器一体化安装组成，使用高灵敏度的差分电容位移换能器，内置力平衡电子反馈电路、控制电路、电源变换电路，噪声水平低、动态范围大，容易安装使用。

库区取水泵站开挖区边缘距大坝的最近距离为120m，据《爆破安全规程》要求，挡水建筑物应取下值，为加大安全系数，选取允许振速1.5 cm/s，采用爆破震动距离公式计算得最大允许单响药量为218 kg。

爆破试验区域选取距离大坝最近的泵站东北向边坡，分别在泵站桩号Z0+000—0+010段、Z0+010—0+020段、Z0+020—0+035段和Z0+035—0+045段布置4处爆破点。其中，工况一（Z0+000—0+010段）总装药量50 kg，工况二（Z0+010—0+020段）总装药量80 kg，工况三（Z0+020—0+035段）总装药量 250 kg，工况四（Z0+035—0+045段）总装药量100 kg。

泵站开挖施工区位于大坝西南方向，根据质点振动峰值的特性，被保护建筑物距离同一爆破点越大，质点峰值振动速度越小，为准确监测爆破振动对大坝的影响，将测试设备分别安装在坝顶东西两侧，东西测点高程分别为650.27m，649.00m，东西测点距离爆破点直线距离分别为248m，126m。

2.2 振动测试

测试人员现场架设仪器进行安装调试，待仪器运行稳定，对大坝东、西测点的仪器进行了脉冲标定，结果见表1。仪器运行正常后，人员撤离进行爆破点装药和警戒工作，因测试仪器灵敏度较高，通过当地交警临时禁止邻近测试区的S317省道通行，避免重型载重汽车通过时干扰测量数据。所有准备工作和警戒工作完成后进行爆破。利用数据采集器收集、存储地震仪数据，再经计算机软件处理，取得爆破振动测试成果（见表2）和典型波形（见图1）。

图1 东测点爆破振动测试典型波形（工况二）

表1 东、西测点脉冲标定成果表

表2 爆破振动测试成果表

2.3 成果分析

爆破试验段为距离大坝最近位置，测试数据基本可以反映泵站开挖区的爆破振动情况。测试结果表明，随着单次起爆药量的变化，峰值速度变化明显，而且两个测点由于距离爆破点远近不同，在4种工况的爆破中，西测点的三分向峰值速度和三分向峰值速度矢量值均大于东测点，最大振动峰值速度1.45 cm/s，远低于安全允许标准7～12 cm/s。

库区取水泵站石方开挖可按照爆破试验数据进行施工，安全振速取1.5 cm/s，严格控制最大单响药量不大于210 kg，采用孔内高段位、孔外低段位导爆管雷管接力，整体形成孔内延时孔外接力的毫秒微差起爆网络。目前，泵站石方开挖爆破工作已完成，施工期间定期对大坝及周围山体进行变形观测，均未发现异常。

3 结语

随着水利工程建设的快速发展，枢纽区域大坝建设期间同时进行引水、发电和泄水等建筑物石方开挖比较常见，爆破工程与土建工程同时进行，爆破施工对临近建筑物的安全影响不容忽视。因此，爆破作业前，应在工程现场进行爆破振动试验，对实测数据和理论计算数据进行分析，校核爆破振动安全允许振动速度的影响参数，通过实测和理论计算比对得到准确振动数值，合理调整爆破施工参数，尤其严格控制最大单响药量，以避免对已有建筑物产生不利影响。