南水北調(diào)中線京石段爆破振動安全問題研究(共6頁)

1、南水北調(diào)中線京石段爆破振動安全(nqun)問題研究梁向前(xin qin)(中國水利水電科學(xué)(kxu)研究院，北京100044) 摘 要：南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程爆破施工區(qū)緊鄰村莊民房、地下天然氣管道、應(yīng)急供水管線等建(構(gòu))筑物。為確保工程的順利建設(shè)和周圍環(huán)境安全，工程采用了較為嚴格的安全控制標準來指導(dǎo)爆破設(shè)計和施工；同時進行了爆破地震波地面?zhèn)鞑ヌ匦?、巖體內(nèi)爆破地震波衰減特性等爆破振動效應(yīng)試驗研究，系統(tǒng)分析了爆破地震波的傳播衰減規(guī)律。京石段的爆破振動監(jiān)測成果，有效地指導(dǎo)了現(xiàn)場爆破安全施工。關(guān)鍵詞：京石段；工程爆破；安全標準；振動效應(yīng)；試驗與監(jiān)測 1 工程概況南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程

2、南起河北省石家莊，北至北京團城湖，是向北京應(yīng)急供水優(yōu)先安排的工程。工程建成后，可聯(lián)合調(diào)度河北省崗南、黃壁莊、王快、西大洋4座水庫向北京供水，2008年奧運會前具備每年向北京應(yīng)急供水4億m3的能力。京石段應(yīng)急供水工程按行政區(qū)域分為北京段和河北段，分屬北京市南水北調(diào)工程建設(shè)管理中心和河北省南水北調(diào)工程指揮部管理。北京段涉及到石方爆破開挖的工程為PCCP管道工程土建第一標段土建第四標段、西甘池隧洞和崇青隧洞共六個施工標段(以下統(tǒng)稱PCCP管道工程)，歸屬于PCCP現(xiàn)場項目管理部統(tǒng)一管理。河北段承擔石方爆破振動試驗與監(jiān)測的標段有代建第標段、S31標段、S34標段、S49標段共四個渠道施工標段。京石段應(yīng)

3、急供水工程全長307.46km，石方爆破區(qū)地形地質(zhì)條件多變，渠道爆破工作面寬度窄、深度大、延線長，爆破施工條件差，施工質(zhì)量控制難度較大。工程區(qū)域周邊環(huán)境復(fù)雜，渠道邊線50m外即為村莊民房，局部地區(qū)橫穿天然液化氣管道、應(yīng)急供水管線等。如北京段PCCP管道工程與張坊應(yīng)急供水管線平行或局部相交，最近距離僅15m；河北段S49標段渠道與陜京天然氣管道相交。 2 爆破振動(zhndng)安全控制標準京石段工程區(qū)分布的建筑物、構(gòu)筑物、地下設(shè)施較多，須根據(jù)周圍(zhuwi)保護對象的抗震能力，制定嚴格的爆破振動安全控制標準，以指導(dǎo)、監(jiān)督爆破安全施工。安全控制標準需根據(jù)國家行業(yè)標準規(guī)范、建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)抗震特

4、性、區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)(dzh)條件等綜合確定。爆破安全規(guī)程(GB 67222003)第6.2.2款規(guī)定了被保護目標物的爆破振動安全允許標準，對制定工程爆破對地面設(shè)施的安全振速控制值有較好的參考作用。對于張坊應(yīng)急供水管線(直徑2000mm的PCCP管道)、陜京石油天然氣管道(直徑700mm的鋼管)及其他低下設(shè)施，且內(nèi)部均承受較大的作用壓力，這類結(jié)構(gòu)尚缺少明確的安全允許振速值。為保護地下設(shè)施的安全，開展了爆破地震波沿深度傳播規(guī)律研究和爆破振動對石油天然氣管道的安全試驗研究。根據(jù)試驗成果，并依據(jù)爆破安全規(guī)程、中國地震烈度表以及工程規(guī)定文件要求，制定了京石段石方爆破安全控制標準。北京段PCCP管道工程爆破

5、施工時，因?qū)芫€100m范圍內(nèi)建筑物進行了拆遷或補償處理，周圍建(構(gòu))筑物、地下管線設(shè)施的安全允許振速規(guī)定為：(1)地面設(shè)施，按距爆源100m處的爆破振動速度1.0cm/s的標準控制；(2)地下設(shè)施，按V度地震烈度的參考指標，地面振動速度3.Ocm/s的標準控制。河北段安全控制對象主要是村莊民房結(jié)構(gòu)和陜京天然氣管道。根據(jù)各標段施工區(qū)的環(huán)境條件和爆破施工特點，制定爆破安全允許振速為：(1)地面設(shè)施，房屋結(jié)構(gòu)的安全允許振速以爆破安全規(guī)程GB 67222003中規(guī)定為依據(jù)，并考慮具體結(jié)構(gòu)的抗震性能進行安全評價；(2)地下設(shè)施，石油天然氣管道地面安全允許振速按3.0cm/s控制。 3 爆破振動效應(yīng)試驗

6、研究3.1 爆破地震波地面?zhèn)鞑?chunb)特性研究南水北調(diào)北京段爆破開挖(ki w)區(qū)巖石為大理巖，抗壓強度為93146MP，節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差，無活動性斷裂通過。爆破施工采用梯段爆破，段間毫秒延期，孔內(nèi)、孔外延(wiyn)時相結(jié)合的起爆網(wǎng)路技術(shù)。工程共進行爆破振動監(jiān)測264次，監(jiān)測點數(shù)520個，獲得了大量的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理得到的爆破地震波的傳播衰減規(guī)律為： v=52.1RQ13-1.41 (1)式中: 為介質(zhì)質(zhì)點振動速度，cm/s；Q為藥量，kg；R為爆源中心到觀測點距離，m。3.2 巖體內(nèi)爆破地震波衰減特性研究3.2.1 試驗?zāi)康谋频卣鸩ㄔ趥鞑ミ^程中引起周圍巖土

7、介質(zhì)的振動，遇到地下和地面的建筑物和構(gòu)筑物時，將與其發(fā)生相互作用，直接威脅到爆區(qū)周圍建(構(gòu))筑物的安全。在京石段工程爆破中多處涉及地下管線的爆破抗振安全問題。如何通過監(jiān)測地面質(zhì)點振速來控制爆破地震波對地下管線的振動安全影響，是工程施工中需要解決的主要問題。為此，在爆區(qū)附近布設(shè)了專門試驗鉆孔，在不同深度處埋設(shè)了雙向速度傳感器，開展了專項試驗研究。3.2.2 試驗內(nèi)容現(xiàn)場試驗孔深19m，分別在地表、地下5m、地下10m、地下19m處布設(shè)了4組傳感器(圖1)，圖1 沿深度(shnd)方向傳感器布置圖Fig.1 Sensor general arrangement along depth direct

8、ion每組均埋設(shè)(mi sh)水平向(垂直管線(gunxin)開挖軸線)和鉛垂向兩臺傳感器。傳感器安放后，試驗孔用鉆孔巖粉填塞并擠壓密實，以保持填塞物與巖土介質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)的一致性。3.2.3 試驗成果分析現(xiàn)場共進行了9次爆破地震波沿深度方向振速衰減試驗，爆破總藥量10005784kg，最大單響藥量為3550kg，爆源位置距離觀測孔24lOOm。從實際觀測結(jié)果看，爆破地震波傳播至地表時產(chǎn)生強烈的反射波，造成地表振速值明顯地大于地下5m處的振速值，地下5m處的振速值大于地下lOm、19m處的振速值。爆破地震波在巖體內(nèi)沿深度方向是逐漸衰減的，地表震動由于受表面波和反射波的影響要大一些，地層深度受巖

9、土體約束作用質(zhì)點振動則要小一些，衰減規(guī)律一般呈負指數(shù)規(guī)律變化。按負指數(shù)曲線計算爆破地震波在深度方向的傳播衰減公式為：v=v0e-kH (2)式中: 為深度(shnd)方向振速，cms；o為地面(dmin)振速，cms;k為衰減系數(shù)；H為距地表(dbio)深度(取正值)，m。根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，運用數(shù)理統(tǒng)計方法計算得出，(H)沿深度方向的衰減系數(shù)為：鉛垂方向k=0.080.09，水平方向(垂直渠道開挖軸線)K/=0.080.12。3.3 地下天然氣管道爆破振動試驗研究3.3.1 試驗?zāi)康年兙┨烊粴夤艿罏槲鳉鈻|輸重點工程，依據(jù)石油天然氣管道保護條例(國務(wù)院第313號令)，管道兩側(cè)50m內(nèi)禁止爆破，5

10、0500m范圍內(nèi)進行爆破時應(yīng)事先征得管道企業(yè)同意，在采取安全保護措施后方可進行。為此，在工程建設(shè)初期開展了天然氣管道的爆破振動試驗研究。3.3.2 試驗爆破參數(shù)爆破試驗地點選擇在爆破施工區(qū)內(nèi)，距管道較遠的區(qū)域并與正式生產(chǎn)施工地質(zhì)條件基本一致。爆破試驗區(qū)距管道226.2m，爆破總藥量364kg，單孔藥量平均16.5kg，分段單響藥量控制在41.480.25kg，起爆網(wǎng)路采用孔外毫秒延期起爆技術(shù)，孔間采用MS3和MS5兩段接力起爆雷管，孔內(nèi)采用MS5段雷管。3.3.3 試驗結(jié)果試驗從爆源到天然氣管道方向共布置了5個觀測點，最近距離36.1m，最遠距離226.2m(距管道位置)，測點間距大約按對數(shù)等

11、間距分布。監(jiān)測表明，距爆源226.2m處的天然氣管道實際最大振速僅為0.29cms，小于規(guī)定的安全標準。爆破試驗表明，采用的爆破方案可行，參數(shù)選擇合理，爆破地震效應(yīng)不會危及天然氣管線的安全。基于實測爆破振動數(shù)據(jù)，運用數(shù)理統(tǒng)計方法回歸擬合得到爆破地震波沿地面?zhèn)鞑ニp規(guī)律為： v=83.9RQ13-1.31 (3)根據(jù)爆破振動速度公式和管道安全控制標準，可計算出距天然氣管道不同(b tn)距離處的藥量控制標準，以指導(dǎo)后期工程爆破施工。 4 結(jié)論(jiln)(1)自2006年底(nind)北京段PCCP管道工程開始了工程爆破的全程跟蹤監(jiān)測，河北段4個渠道標段相繼進行了石方爆破振動監(jiān)測，其中S49標段

12、在完成現(xiàn)場試驗后對爆破開挖的全程進行跟蹤監(jiān)測。工程爆破振動安全監(jiān)測成果，從整體上控制了爆破地震效應(yīng)對周邊建(構(gòu))筑物的安全影響，對爆破設(shè)計、施工方案提出了嚴格要求，對方案的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。至2007年12月，PCCP管道工程各標段完成了石方爆破施工任務(wù)，河北段4個標段也預(yù)期完成。監(jiān)測工作有效地保證了工程的順利施工，維護了周邊環(huán)境的和諧穩(wěn)定。(2)針對工程區(qū)環(huán)境條件，提出了北京段、河北段爆破振動安全控制標準。從振動監(jiān)測成果分析，制定的安全標準是較為科學(xué)的。地下管線的安全標準對類似工程具有借鑒作用。(3)針對地下管道(供水、供氣)受爆破地震的安全影響，進行了巖體內(nèi)不同深度處的地震波傳播特性試驗

13、，研究了爆破地震波在地面處反射作用程度；通過對比地面與不同深度處的振速影響大小，分析了爆破振動速度幅值沿深度的傳播衰減規(guī)律，建立了不同深度處振速值與地面振速值的負指數(shù)函數(shù)關(guān)系式。(4)按石油天然氣管道保護條例規(guī)定，河北段S49標段渠道開展了爆破對天然氣管線的安全振動試驗研究。試驗爆破規(guī)模、施工方式與實際相同，實測管道附近振速值較小，管道結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)試驗結(jié)果，提出了爆破振速衰減公式，對實際施工提供了參考依據(jù)。 參考文獻1 GB 67222003爆破安全規(guī)程s2 DL/T 51352001：水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范s3 GB/T 177421999中國地震烈度表s4 石油天然氣管道保護條例(國務(wù)院第313號令)5 加快中線京石段應(yīng)急供水工程建設(shè)動員會在京召開