朱智斌，范鵬鵬，代思波，張玉柱，胡浩然，趙小華

(1.東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司，四川 成都 611731；2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 430010； 3.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072)

1 工程概況

南俄1(Nam Ngum 1)水電站位于老撾首都萬象以北約70 km湄公河左岸一級支流南俄河(Nam Ngum)干流上，1966年由Nam Ngum發(fā)展基金會出資興建，1971年建成投產(chǎn)，初期裝機(jī)規(guī)模30 MW。1976年～2003年，電站先后三次擴(kuò)機(jī)和升級，裝機(jī)容量最終擴(kuò)至目前的155 MW。2011年11月，中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計研究院有限公司(KHIDI)根據(jù)業(yè)主東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司(DECI)要求，提出再次擴(kuò)建方案，新增一套引水發(fā)電系統(tǒng)。擴(kuò)機(jī)方案采用“單管單機(jī)”形式布置：進(jìn)水口布置于右岸壩頭上游約100 m處，采用岸塔式進(jìn)水口。在其下游山體內(nèi)布置2條壓力引水隧洞，洞徑6.6 m，長度分別為294.8 m和313.4 m，擴(kuò)機(jī)方案樞紐布置如圖1所示。

圖1 南俄1水電站建筑物分布及擴(kuò)機(jī)方案圖

擴(kuò)機(jī)工程石方爆破施工主要包括：進(jìn)水口邊坡及基礎(chǔ)開挖、引水隧洞開挖、廠房基礎(chǔ)開挖以及預(yù)留巖坎的拆除。其中，進(jìn)水口部位的土石方開挖方量最大，且距離原大壩防滲帷幕最近距離僅69 m，到大壩的距離約為75 m，需要重點(diǎn)關(guān)注爆破振動對原大壩、下游廠房以及附屬建構(gòu)物的影響。在進(jìn)水口邊坡的爆破開挖中，采用至上而下、分層開挖的施工方法，為降低爆破振動對原大壩的影響，其在平面上的推進(jìn)方向為背離大壩方向。進(jìn)水口基坑的開挖程序與邊坡開挖一致，同時通過控制最大單響藥量來降低爆破振動對原大壩及附屬建構(gòu)物的影響。

根據(jù)進(jìn)水口開挖爆破施工方案[1]，在新建進(jìn)水口開挖爆破施工區(qū)域內(nèi)，涉及到大壩、廠房及其設(shè)施設(shè)備等，表1給出了不同施工階段主要的保護(hù)對象及其與爆源的距離。

表1 主要保護(hù)對象及其與爆源的距離表 m

對進(jìn)水口開挖爆破施工影響范圍內(nèi)的大壩、防滲帷幕、運(yùn)行的電站機(jī)電設(shè)備及附屬結(jié)構(gòu)開展爆破安全跟蹤監(jiān)測，并對監(jiān)測成果進(jìn)行分析評價，并通過調(diào)查資料與測試資料的綜合分析，評價并控制開挖爆破施工對臨近大壩、防滲帷幕、運(yùn)行的電站機(jī)電設(shè)備等附屬設(shè)施設(shè)備的影響，確保大壩和電站的安全，同時為爆破反饋設(shè)計和指導(dǎo)施工提供依據(jù)。

監(jiān)測主要依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[2]中的相關(guān)規(guī)定開展的，監(jiān)測部位包括以下幾個部分：建筑物和設(shè)施設(shè)備包括壩基帷幕灌漿、混凝土重力壩、開關(guān)站、中控室、水輪機(jī)、廠房、啟閉機(jī)等。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)

爆破振動監(jiān)測采用成都中科測控有限公司生產(chǎn)的爆破監(jiān)測儀(TC-4850)，如圖2所示。TC-4850爆破監(jiān)測儀自帶嵌入式計算機(jī)模塊，液晶屏顯示，儀器高度智能化，可在儀器上直接現(xiàn)場設(shè)置參數(shù)；采樣后能立即預(yù)覽最大值、頻率及波形等信息。

圖2 TC-4850型爆破測振儀圖

現(xiàn)場監(jiān)測采用的儀器系統(tǒng)由振動檢波器、信號采集與記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，這是一套先進(jìn)的數(shù)字化記錄、存儲系統(tǒng)，其核心為爆破振動信號自記儀及波形處理系統(tǒng)。設(shè)備采樣率為1～50 ksps，讀數(shù)精度達(dá)到1‰，頻響范圍為5～500 Hz。

本次監(jiān)測采用的振動速度檢波器是三向振動速度傳感器。在具體監(jiān)測過程中，重點(diǎn)監(jiān)測部位同一測點(diǎn)一般布置一臺三向速度傳感器(可同時測量豎直向、水平徑向和水平切向的振動)，用石膏固定在所需監(jiān)測的部位，然后將自記儀與其相連。爆破振動信號傳遞到測點(diǎn)時，自記儀自動記錄信號。爆后利用專門編制的爆破振動分析軟件將自記儀采集到的振動信號輸入電腦中，進(jìn)行存儲與分析處理。

2.2 測點(diǎn)布置及監(jiān)測規(guī)劃

根據(jù)保護(hù)對象的要求，進(jìn)水口開挖過程中爆破振動監(jiān)測共布置7個監(jiān)測點(diǎn)，分別對大壩防滲帷幕，啟閉機(jī)，大壩，發(fā)電廠房，開關(guān)站，中控室和水輪機(jī)進(jìn)行了監(jiān)測，測點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場測點(diǎn)布置圖

圖3中：1號為防滲帷幕監(jiān)測點(diǎn)；2號為啟閉機(jī)；3號為開關(guān)站監(jiān)測點(diǎn)；4號為中控室監(jiān)測點(diǎn)；5號為廠房監(jiān)測點(diǎn)；6號為水輪機(jī)監(jiān)測點(diǎn)；7號為大壩監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測規(guī)劃如下：

1)在項目實施前進(jìn)行爆破安全監(jiān)測設(shè)計并編制實施計劃，報監(jiān)理人審批。

2)爆破振動監(jiān)測設(shè)備采用國內(nèi)先進(jìn)的數(shù)字式監(jiān)測設(shè)備，包括采用爆破微型測試系統(tǒng)、速度傳感器、爆破振動自記儀、動態(tài)分析系統(tǒng)等設(shè)備及軟件對重要爆破、重點(diǎn)部位爆破時的關(guān)鍵部位進(jìn)行爆破實時監(jiān)測。主要測試質(zhì)點(diǎn)振動速度及其主頻率。

3)以爆破振動監(jiān)測的反饋分析為主，及時調(diào)整爆破參數(shù)和施工工藝，確保施工質(zhì)量和邊坡的安全。

4)監(jiān)測貫穿施工開挖全過程，對爆破進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，滿足監(jiān)測數(shù)量和測次的要求。對各主要部位的控制爆破技術(shù)的效果及時檢查和評價、優(yōu)化爆破工藝及爆破參數(shù)。

5)測點(diǎn)布置突出重點(diǎn)(地質(zhì)條件差的部位、重要的保護(hù)對象)。

6)監(jiān)測工作的重點(diǎn)是避免單響藥量過大、爆破排數(shù)過多、預(yù)裂爆破未提前起爆或預(yù)留寬度過小、重段及缺孔、鉆孔深度過大、孔底大直徑裝藥等。

2.3 控制標(biāo)準(zhǔn)

在水電站擴(kuò)機(jī)爆破施工中，周圍已有水工建筑物振動預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的確定原則主要為：國家爆破行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；國內(nèi)外同類水電擴(kuò)機(jī)工程采用的振動安全預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合工程自身特點(diǎn)制定適合本工程的控制標(biāo)準(zhǔn)。本工程中分別參考三峽三期上游圍堰的爆破拆除[3]、烏江渡[4]、白蓮河[5]和東江[6]等類似工程，制定了本工程采用的爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[7]。

3 監(jiān)測結(jié)果及評價

3.1 爆破振動監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)設(shè)計要求，需對爆破施工影響范圍內(nèi)保護(hù)對象的爆破振動情況實施跟蹤監(jiān)測，以確保壩區(qū)及原廠房既有建筑設(shè)備的安全。在進(jìn)水口開挖過程中，依據(jù)《老撾南俄1水電站擴(kuò)機(jī)項目施工期爆破安全監(jiān)測實施大綱》，選取了7個關(guān)鍵部位進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，并根據(jù)每次監(jiān)測結(jié)果，提交監(jiān)測簡報。在進(jìn)水口開挖過程中，共實施了33次爆破振動監(jiān)測。圖4～圖10分別繪制了7個關(guān)鍵部位質(zhì)點(diǎn)峰值振動(PPV)的監(jiān)測情況，其中PPV取三個方向的最大值。

表2 南俄1水電站擴(kuò)機(jī)工程進(jìn)水口開挖爆破振動控制標(biāo)準(zhǔn)表 cm/s

圖4 防滲帷幕PPV監(jiān)測情況圖

圖5 啟閉機(jī)PPV監(jiān)測情況圖

圖6 開關(guān)站PPV監(jiān)測情況圖

圖7 中控室PPV監(jiān)測情況圖

圖8 廠房PPV監(jiān)測情況圖

圖9 水輪機(jī)PPV監(jiān)測情況圖

圖10 大壩PPV監(jiān)測情況圖

3.2 爆破振動影響評價

從圖4～圖10中可以看出：

1)防滲帷幕處測點(diǎn)有4次振動未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的質(zhì)點(diǎn)峰值振動水平(PPV)介于0.00～0.36 cm/s，均低于安全預(yù)警值1.2 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.76 cm/s，不到預(yù)警值的60%。經(jīng)檢測，爆破施工期間，壩體排水廊道內(nèi)滲水量無明顯波動，爆破振動未對防滲帷幕的安全和運(yùn)行造成影響。

2)啟閉機(jī)處測點(diǎn)監(jiān)測到的PPV介于0.05～1.19 cm/s，均低于安全預(yù)警值2.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為1.19 cm/s，不到預(yù)警值的50%。整個施工期間，啟閉機(jī)外觀未見異常，可正常起閉運(yùn)行。

3)開關(guān)站處測點(diǎn)有1次振動未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.17 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.17 cm/s，不到預(yù)警值的40%。開關(guān)站內(nèi)所有設(shè)備運(yùn)行正常，爆破振動對開關(guān)站安全未造成影響。

4)中控室處測點(diǎn)有4次振動未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.23 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.23 cm/s，不到預(yù)警值的50%。在整個開挖施工爆破中，中控室運(yùn)行正常，各類電器設(shè)備均未發(fā)生異常現(xiàn)象。

5)廠房處測點(diǎn)有4次振動未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.01～0.35 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.35 cm/s，不到預(yù)警值的70%。整個進(jìn)水口爆破開挖施工中，發(fā)電廠房未出現(xiàn)異常，保證了電站安全正常發(fā)電。

6)水輪機(jī)處測點(diǎn)監(jiān)測到的PPV介于0.03～0.13 cm/s，均低于安全預(yù)警值0.5 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.13 cm/s，不到預(yù)警值的30%。水輪機(jī)在整個爆破施工過程中均正常運(yùn)行，未影響正常生產(chǎn)工作。

7)大壩處測點(diǎn)有4次振動未達(dá)儀器觸發(fā)臨界值0.01 cm/s，監(jiān)測到的PPV介于0.03～0.49 cm/s，均低于安全預(yù)警值5.0 cm/s，其中監(jiān)測到的PPV最大值為0.49 cm/s，不到預(yù)警值的10%。大壩整體位移及形變量未受影響，壩體未出現(xiàn)明顯異常。

在整個爆破開挖施工中，各關(guān)鍵部位監(jiān)測到的最大振動峰值均小于對應(yīng)的預(yù)警值。防滲帷幕處監(jiān)測到的最大振動峰值為預(yù)警值的63%，其它6個關(guān)鍵部位監(jiān)測到的最大振動峰值均小于對應(yīng)預(yù)警值的50%，如表3所示。因此，老撾南俄1水電站擴(kuò)機(jī)工程新建進(jìn)水口爆破開挖施工不會危機(jī)對原大壩及附屬重要建筑物的安全。

表3 關(guān)鍵部位振動峰值的最大監(jiān)測值表

4 結(jié) 語

從各次監(jiān)測結(jié)果來看，7個關(guān)鍵部位監(jiān)測到的爆破振動峰值均未達(dá)到安全預(yù)警值，且具有較大的安全裕度，說明在進(jìn)水口開挖過程中，爆破振動不會危及壩區(qū)及廠房建筑設(shè)備的安全。同時，通過爆破施工中各保護(hù)部位的實時監(jiān)測及反饋，有效指導(dǎo)了爆破設(shè)計，保證了下游電站廠房的安全正常發(fā)電，為類似工程的爆破施工及安全監(jiān)測提供參考。