老挝南俄1水电站扩机工程进水口开挖爆破振动监测

朱智斌，范鹏鹏，代思波，张玉柱，胡浩然，赵小华

(1.东方电气集团国际合作有限公司，四川 成都 611731；2.长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010； 3.武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430072)

1 工程概况

南俄1(Nam Ngum 1)水电站位于老挝首都万象以北约70 km湄公河左岸一级支流南俄河(Nam Ngum)干流上，1966年由Nam Ngum发展基金会出资兴建，1971年建成投产，初期装机规模30 MW。1976年～2003年，电站先后三次扩机和升级，装机容量最终扩至目前的155 MW。2011年11月，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司(KHIDI)根据业主东方电气集团国际合作有限公司(DECI)要求，提出再次扩建方案，新增一套引水发电系统。扩机方案采用“单管单机”形式布置：进水口布置于右岸坝头上游约100 m处，采用岸塔式进水口。在其下游山体内布置2条压力引水隧洞，洞径6.6 m，长度分别为294.8 m和313.4 m，扩机方案枢纽布置如图1所示。

图1 南俄1水电站建筑物分布及扩机方案图

扩机工程石方爆破施工主要包括：进水口边坡及基础开挖、引水隧洞开挖、厂房基础开挖以及预留岩坎的拆除。其中，进水口部位的土石方开挖方量最大，且距离原大坝防渗帷幕最近距离仅69 m，到大坝的距离约为75 m，需要重点关注爆破振动对原大坝、下游厂房以及附属建构物的影响。在进水口边坡的爆破开挖中，采用至上而下、分层开挖的施工方法，为降低爆破振动对原大坝的影响，其在平面上的推进方向为背离大坝方向。进水口基坑的开挖程序与边坡开挖一致，同时通过控制最大单响药量来降低爆破振动对原大坝及附属建构物的影响。

根据进水口开挖爆破施工方案[1]，在新建进水口开挖爆破施工区域内，涉及到大坝、厂房及其设施设备等，表1给出了不同施工阶段主要的保护对象及其与爆源的距离。

表1 主要保护对象及其与爆源的距离表 m

对进水口开挖爆破施工影响范围内的大坝、防渗帷幕、运行的电站机电设备及附属结构开展爆破安全跟踪监测，并对监测成果进行分析评价，并通过调查资料与测试资料的综合分析，评价并控制开挖爆破施工对临近大坝、防渗帷幕、运行的电站机电设备等附属设施设备的影响，确保大坝和电站的安全，同时为爆破反馈设计和指导施工提供依据。

监测主要依据《爆破安全规程》(GB 6722-2014)[2]中的相关规定开展的，监测部位包括以下几个部分：建筑物和设施设备包括坝基帷幕灌浆、混凝土重力坝、开关站、中控室、水轮机、厂房、启闭机等。

2 监测方案

2.1 监测系统

爆破振动监测采用成都中科测控有限公司生产的爆破监测仪(TC-4850)，如图2所示。TC-4850爆破监测仪自带嵌入式计算机模块，液晶屏显示，仪器高度智能化，可在仪器上直接现场设置参数；采样后能立即预览最大值、频率及波形等信息。

图2 TC-4850型爆破测振仪图

现场监测采用的仪器系统由振动检波器、信号采集与记录设备、数据处理系统三部分组成，这是一套先进的数字化记录、存储系统，其核心为爆破振动信号自记仪及波形处理系统。设备采样率为1～50 ksps，读数精度达到1‰，频响范围为5～500 Hz。

本次监测采用的振动速度检波器是三向振动速度传感器。在具体监测过程中，重点监测部位同一测点一般布置一台三向速度传感器(可同时测量竖直向、水平径向和水平切向的振动)，用石膏固定在所需监测的部位，然后将自记仪与其相连。爆破振动信号传递到测点时，自记仪自动记录信号。爆后利用专门编制的爆破振动分析软件将自记仪采集到的振动信号输入电脑中，进行存储与分析处理。

2.2 测点布置及监测规划

根据保护对象的要求，进水口开挖过程中爆破振动监测共布置7个监测点，分别对大坝防渗帷幕，启闭机，大坝，发电厂房，开关站，中控室和水轮机进行了监测，测点布置如图3所示。

图3 现场测点布置图

图3中：1号为防渗帷幕监测点；2号为启闭机；3号为开关站监测点；4号为中控室监测点；5号为厂房监测点；6号为水轮机监测点；7号为大坝监测点。

监测规划如下：

1)在项目实施前进行爆破安全监测设计并编制实施计划，报监理人审批。

2)爆破振动监测设备采用国内先进的数字式监测设备，包括采用爆破微型测试系统、速度传感器、爆破振动自记仪、动态分析系统等设备及软件对重要爆破、重点部位爆破时的关键部位进行爆破实时监测。主要测试质点振动速度及其主频率。

3)以爆破振动监测的反馈分析为主，及时调整爆破参数和施工工艺，确保施工质量和边坡的安全。

4)监测贯穿施工开挖全过程，对爆破进行跟踪监测，满足监测数量和测次的要求。对各主要部位的控制爆破技术的效果及时检查和评价、优化爆破工艺及爆破参数。

5)测点布置突出重点(地质条件差的部位、重要的保护对象)。

6)监测工作的重点是避免单响药量过大、爆破排数过多、预裂爆破未提前起爆或预留宽度过小、重段及缺孔、钻孔深度过大、孔底大直径装药等。

2.3 控制标准

在水电站扩机爆破施工中，周围已有水工建筑物振动预警标准的确定原则主要为：国家爆破行业相关规范标准；国内外同类水电扩机工程采用的振动安全预警标准；结合工程自身特点制定适合本工程的控制标准。本工程中分别参考三峡三期上游围堰的爆破拆除[3]、乌江渡[4]、白莲河[5]和东江[6]等类似工程，制定了本工程采用的爆破振动控制标准如表2所示[7]。

3 监测结果及评价

3.1 爆破振动监测结果

根据设计要求，需对爆破施工影响范围内保护对象的爆破振动情况实施跟踪监测，以确保坝区及原厂房既有建筑设备的安全。在进水口开挖过程中，依据《老挝南俄1水电站扩机项目施工期爆破安全监测实施大纲》，选取了7个关键部位进行了跟踪监测，并根据每次监测结果，提交监测简报。在进水口开挖过程中，共实施了33次爆破振动监测。图4～图10分别绘制了7个关键部位质点峰值振动(PPV)的监测情况，其中PPV取三个方向的最大值。

表2 南俄1水电站扩机工程进水口开挖爆破振动控制标准表 cm/s

图4 防渗帷幕PPV监测情况图

图5 启闭机PPV监测情况图

图6 开关站PPV监测情况图

图7 中控室PPV监测情况图

图8 厂房PPV监测情况图

图9 水轮机PPV监测情况图

图10 大坝PPV监测情况图

3.2 爆破振动影响评价

从图4～图10中可以看出：

1)防渗帷幕处测点有4次振动未达仪器触发临界值0.01 cm/s，监测到的质点峰值振动水平(PPV)介于0.00～0.36 cm/s，均低于安全预警值1.2 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.76 cm/s，不到预警值的60%。经检测，爆破施工期间，坝体排水廊道内渗水量无明显波动，爆破振动未对防渗帷幕的安全和运行造成影响。

2)启闭机处测点监测到的PPV介于0.05～1.19 cm/s，均低于安全预警值2.5 cm/s，其中监测到的PPV最大值为1.19 cm/s，不到预警值的50%。整个施工期间，启闭机外观未见异常，可正常起闭运行。

3)开关站处测点有1次振动未达仪器触发临界值0.01 cm/s，监测到的PPV介于0.01～0.17 cm/s，均低于安全预警值0.5 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.17 cm/s，不到预警值的40%。开关站内所有设备运行正常，爆破振动对开关站安全未造成影响。

4)中控室处测点有4次振动未达仪器触发临界值0.01 cm/s，监测到的PPV介于0.01～0.23 cm/s，均低于安全预警值0.5 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.23 cm/s，不到预警值的50%。在整个开挖施工爆破中，中控室运行正常，各类电器设备均未发生异常现象。

5)厂房处测点有4次振动未达仪器触发临界值0.01 cm/s，监测到的PPV介于0.01～0.35 cm/s，均低于安全预警值0.5 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.35 cm/s，不到预警值的70%。整个进水口爆破开挖施工中，发电厂房未出现异常，保证了电站安全正常发电。

6)水轮机处测点监测到的PPV介于0.03～0.13 cm/s，均低于安全预警值0.5 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.13 cm/s，不到预警值的30%。水轮机在整个爆破施工过程中均正常运行，未影响正常生产工作。

7)大坝处测点有4次振动未达仪器触发临界值0.01 cm/s，监测到的PPV介于0.03～0.49 cm/s，均低于安全预警值5.0 cm/s，其中监测到的PPV最大值为0.49 cm/s，不到预警值的10%。大坝整体位移及形变量未受影响，坝体未出现明显异常。

在整个爆破开挖施工中，各关键部位监测到的最大振动峰值均小于对应的预警值。防渗帷幕处监测到的最大振动峰值为预警值的63%，其它6个关键部位监测到的最大振动峰值均小于对应预警值的50%，如表3所示。因此，老挝南俄1水电站扩机工程新建进水口爆破开挖施工不会危机对原大坝及附属重要建筑物的安全。

表3 关键部位振动峰值的最大监测值表

4 结 语

从各次监测结果来看，7个关键部位监测到的爆破振动峰值均未达到安全预警值，且具有较大的安全裕度，说明在进水口开挖过程中，爆破振动不会危及坝区及厂房建筑设备的安全。同时，通过爆破施工中各保护部位的实时监测及反馈，有效指导了爆破设计，保证了下游电站厂房的安全正常发电，为类似工程的爆破施工及安全监测提供参考。