武汉阳逻电厂扩建工程水下爆破安全阈值研究＊

唐 海,袁 超,李俊如

(1.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室, 湖南湘潭市 411201;2.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室, 湖北武汉 430071)

武汉阳逻电厂扩建工程水下爆破安全阈值研究＊

唐 海1,袁 超1,李俊如2

(1.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室, 湖南湘潭市 411201;2.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室, 湖北武汉 430071)

以武汉阳逻电厂三期扩建工程水头部水下爆破作业为例,通过现场水下爆破振动监测,提出了以质点峰值振动速度及最大冲击波压力为参考指标的水下爆破控制标准。监测表明,当距爆源 75 m处的岩体质点振动最大速度不超过 3 cm/s时,以及距待建的三期取水头爆破 68.5 m处施工引起一、二期取水头部水冲击压力最大值不超过 0.05 MPa时,可以确保一、二期控制泵房以及与控制泵房相连的取水管道安全。

水下爆破;安全阈值;冲击水压;振动速度

随着国民经济发展和国防建设需要,水下爆破技术已广泛用于水利水电、航道、港口码头及防护工程等诸多领域。由于水下爆破环境的特殊性,目前尚不能较好地预测水下爆破危害对水下、水上 (包括陆地)构筑物的影响。因此,研究水下爆破安全阈值对保障水下爆破的安全具有重要意义。

本文以武汉阳逻电厂三期扩建工程水头部水下爆破作为分析实例,采用水中冲击波和振动速度两个控制标准加以控制,试图对水下爆破工程安全阈值的研究作一些探讨,旨在为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

武汉阳逻电厂三期扩建工程取水头部位于长江,距江边取水泵房约 140 m,取水头部为江中淹没式取水构筑物,采用预制钢筋混凝土构件和钢结构进水窗水下拼装的结构形式,总高度为 24.5 m,取水头底部标高为 -16.0 m,顶部标高为 8.5 m,进水窗底部标高为 5.0 m,顶部标高为 8.5 m,河床自然地面标高为 -11.0 m左右。取水头位于水下并部分嵌入基岩 2.8 m深,进行取水头基坑施工时需采用水下爆破的方法开挖,爆破岩层为砂质泥岩,爆破方量约为 4000 m3。水下爆破施工场地南边为开阔的长江江面,距主航道约 700 m,北边为长江防洪干堤,西边 (上游)约 60 m的水下为该电厂一、二期工程的取水头部,西北边约 150 m的江岸为一、二期工程的取水控制泵房,东北角附近水域有小型船舶停靠。为了保证电厂的正常发电,爆破施工时,防护的重点对象是电厂一、二期工程的水下取水头部及其与岸边的控制泵房相连的取水管道,确保其不能因水下施工爆破而受到破坏影响。

2 水下爆破安全阈值确定

拟采取爆破开挖的取水头基坑处的水深约 24 m,按照爆破安全规程 (GB6722-2003中 6.4.1)有关规定,水深大于 6 m的水下浅孔爆破,可不考虑飞石对地面或水面以上人员的影响,因此,对于一、二期工程的水下取水头部及与岸边的控制泵房相连的取水管道,采用水中冲击波和振动速度两个控制标准加以控制即可。

2.1 振动速度安全控制标准

取水头为预制的钢筋混凝土构件和钢结构进水窗在水下拼装形成的结构,根据“爆破安全规程”GB6722-2003中 6.2.2条规定:钢筋混凝土框架房屋 ,按“主频 <10 Hz,10～50 Hz,50～100 Hz,其控制标准分别为 3.0～4.0 cm/s,3.5～4.5 cm/s,4.2～5.0 cm/s”,以及“爆炸法处理水下地基和基础技术规程”JTJ/T258-98中 6.4.2条规定:钢筋混凝土框架房屋安全振动速度为 5 cm/s。因此,爆破施工时为确保电厂的绝对安全,按上述规范安全振动速度取最小值,即为 3 cm/s。

2.2 水中冲击波压力安全控制标准

“爆破安全规程”和“爆炸法处理水下地基和基础技术规程”中都没有明确提出水中冲击波对构筑物影响的安全控制标准,两者只对人员、木船、铁船等提出了相应的水下爆破安全距离。中国科学院武汉岩土力学研究所在大连造船厂水下钻爆工程中,对在码头和坞门的水中冲击波压力安全控制标准取为 0.2MPa;在海南和邦 2万 t级码头和广西钦州港二期 2个 3万 t级码头的水下爆夯工程中,对水中砼沉箱的冲击波压力安全控制标准取为 0.25 MPa;三峡大坝二期下游围堰拆除爆破时钢闸门水中最大冲击波压力安全控制标准取为 0.06 MPa,大坝和纵向围堰水中最大冲击波压力安全控制标准取为 0.1 MPa。根据上述经验取值同时考虑到爆破施工时要确保电厂的绝对安全,本工程中的取水头最大冲击波压力安全控制标准取为 0.05 MPa。

3 爆破振动测试方案

3.1 振动速度和水中冲击波压力测点布置

根据现场具体情况,选择一个与爆破位置对应的江边最近测点布置垂直方向、水平切向和水平径向的速度传感器,测试水下爆破引起的振动对一、二期工程取水头和控制泵房的影响,在水中选择一个合适的位置于不同的水深 (入水深度分别为 10,20 m)各放一个水压力传感器,测试水下爆破引起的水中冲击波对一、二期工程取水头的影响。测点布置如图1所示。

图1 测点布置

3.2 爆破振动和水中冲击波压力测试系统

本监测系统由传感器 (振动速度传感器、动水压力传感器)、放大器、传输电缆、采样仪、打印设备等组成。振动速度监测系统,如图2所示,冲击水压力监测系统如图3所示。

图2 振动速度监测系统

图3 冲击水压力监测系统

4 测试结果及分析

4.1 爆破振动速度监测

本次爆破振动峰值速度测试结果见表1。

表1 爆破振动峰值速度测试结果

由表1可看出,最大的振动速度为 1.62 cm/s,小于规定的安全阈值 3 cm/s,因而在爆破施工中按试验的爆破参数实施不会对取水头部和岸边的泵房结构构成安全威胁。

4.2 冲击水压力测试

本次爆破的冲击水压力测试结果见表2。由表2可以看出,待建的三期取水头的爆破施工引起一、二期取水头部的水冲击压力最大值为 0.0285 kPa,小于规定的安全阈值 0.05 MPa,因而按试验的爆破参数施工引起的冲击水压力不会对一、二期取水头部构成安全威胁。

表2 冲击水压力测试结果

5 结 论

(1)针对该工程,提出了地面建筑以质点振动速度 3 cm/s为安全阈值,水下构造物以冲击波压力0.05 MPa为安全阈值。

(2)水下爆破试验振动速度测试点选择在离保护对象最近处,测得最大振动速度为 1.62 cm/s,小于规定的安全阈值 3 cm/s,采用该爆破参数进行施工爆破时,一、二期控制泵房以及与控制泵房相连的取水管道是安全的。

(3)水下爆破试验引起一、二期取水头部的水冲击压力最大值为 0.0285 kPa,小于规定的安全阈值 0.05 MPa,采用该爆破参数进行施工爆破时,引起的水中冲击波不会对一、二期取水头部构成安全威胁。

该工程测试结果表明,该控制方法和水下爆破安全阈值能够有效地控制电厂一、二期工程的水下取水头部及其与岸边的控制泵房相连的取水管道安全,确保其不能因水下施工爆破而受到破坏。值得指出的是,尽管从水下爆破工程应用角度来讲,本文提出的控制方法和安全阈值能够满足本工程安全要求,为了更科学、安全地分析水下爆破对水下、水上构筑物 (包括陆地)的影响,实施相关的安全控制标准,还需要从理论和数值模拟等方面开展更全面更深入的研究工作。

致谢:感谢中国科学院武汉岩土力学研究所波动组全体人员为本次试验提供的帮助及在水中冲击波压力安全控制标准方面为本文提供的工程数据。

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湖南省高校科技创新团队支持计划资助.

2011-06-26)

唐 海 (1970-),男,博士,副教授,主要从事爆破和采矿方面的教学和研究,Email:tanghai707298@163.com。