摘 要:為揭示防波堤爆破擠淤施工對(duì)在建核設(shè)施監(jiān)測(cè)區(qū)域爆破振動(dòng)強(qiáng)度和頻譜特征的影響規(guī)律,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸和小波包分析。結(jié)果表明:降低爆破擠淤振動(dòng)效應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵措施是控制一次起爆藥量和爆破地震波主傳方向;爆破擠淤炸藥能量轉(zhuǎn)化為地震波的比例明顯高于陸地爆破;爆破振動(dòng)能量在監(jiān)測(cè)區(qū)域顯著集中于低頻頻帶,高頻成分基本消失。
1 引言
我國(guó)當(dāng)前核電裝機(jī)容量占國(guó)內(nèi)總發(fā)電量不足2%,遠(yuǎn)低于世界核能發(fā)電國(guó)家的平均水平。加快核電建設(shè),有利于保障能源安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,目前該產(chǎn)業(yè)在我國(guó)已進(jìn)入批量化的發(fā)展階段[1]。與此同時(shí),如何有效地控制爆破施工對(duì)周邊已運(yùn)行或在建核設(shè)施的影響也成為有關(guān)各方關(guān)注的重點(diǎn)。
本文結(jié)合實(shí)際工程,分析了防波堤爆破擠淤施工對(duì)在建核設(shè)施的爆破振動(dòng)影響,可為類似工程提供參考。
2 工程背景
2.1工程概況
福清核電項(xiàng)目位于福建省福清市三山鎮(zhèn)前薛村。項(xiàng)目正修建取水明渠北防波堤,總長(zhǎng)514.7m。為滿足防波堤斜坡式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,對(duì)堤身下的淤泥、淤泥混砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等軟弱上層采用“爆破擠淤填石法”進(jìn)行地基處理,要求底部泥石混合層厚度小于1.0m。原泥面坡度較緩,標(biāo)高為-0.75~-1.23m,落底標(biāo)高-3.97~-7.36m。
2.2爆破擠淤工序與設(shè)計(jì)
爆破擠淤工序如圖1所示。拋填要求“堤身先寬后窄,石料外大內(nèi)細(xì)”;堤頭爆破前拋填時(shí)要求平臺(tái)寬度和厚度一次到位,爆后堤身縮窄到設(shè)計(jì)堤頂寬度控制方量。堤頂爆前高度為5.0~6.0m,寬度為36m;爆后高度為4.0~4.5m,寬度為22m。堤頭爆填進(jìn)尺為8m,每推進(jìn)50m進(jìn)行一次側(cè)向爆填,如此循環(huán)直至達(dá)到設(shè)計(jì)堤長(zhǎng)。最終采用體積平衡法或沉降位移法對(duì)堤身進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收。
Fig.1 Flowsheet for blasting toe-shooting method
裝藥及爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì):選用袋裝乳化炸藥,導(dǎo)爆索連接炮孔,用2個(gè)電雷管并聯(lián)一次起爆。
爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。
2.3爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)
為保證在建1#、2#。機(jī)組新澆混凝土不受破壞,爆破擠淤施工時(shí)對(duì)其進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè),控制物理量為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值和頻率。
測(cè)試系統(tǒng)由成都中科測(cè)控公司生產(chǎn)的EXP3850-3爆破振動(dòng)記錄儀和中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所研制的891-Ⅱ型拾振器(3個(gè)拾振器分別為水平徑向、水平切向和垂向)組成。
3個(gè)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在鄰近在建1#、2# 機(jī)組新澆混凝土靠近爆源一側(cè)。
爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)為[2]:混凝土齡期在3天以內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)振速峰值不大于1.5cm/s;4~7天的相應(yīng)值不大于2.5cm/s;超過(guò)8天的相應(yīng)值不大于7cm/s。在建1#、2#機(jī)組于防波堤?hào)|南側(cè),最近水平距離約580m,空間位置關(guān)系如圖2所示,其中防波堤網(wǎng)格部位為本文研究對(duì)象(2008年11月24日至2009年3月25日期間50個(gè)炮次)的爆填區(qū)域。
Fig.2 Sketch of location relationship
3 爆破振動(dòng)分析
爆破擠淤通常在拋填堤頭“泥一石”交點(diǎn)前方1~2m距離,深度為(O~0.45)倍淤泥層厚度的位置埋置群藥包[3]。起爆后,爆轟產(chǎn)物推擠爆源周圍的淤泥向四周運(yùn)動(dòng),并形成爆坑,以便泥石置換。炸藥爆炸能量大部分耗散在推擠淤泥過(guò)程中;小比例能量以水中沖擊波和水柱的形式釋放;仍有較多能量在基巖、亞黏土、堆石散體、淤泥等不同介質(zhì)中以爆破地震波的形式向四周傳播。
3.1質(zhì)點(diǎn)振速峰值分析
(1)階段評(píng)估。本階段混凝土澆注集中在1#核島、電氣廠房、輔助廠房和燃料廠房,各監(jiān)測(cè)區(qū)域出現(xiàn)最大質(zhì)點(diǎn)振速峰值如表2所示。
括號(hào)內(nèi)表示對(duì)應(yīng)炮次。爆破擠淤施工期間,1#核島和輔助廠房始終設(shè)有測(cè)點(diǎn),電氣廠房和燃料廠房監(jiān)測(cè)炮次分別為019~045和046~050。
由表2可知,爆破擠淤產(chǎn)生的爆破振動(dòng)效應(yīng)并未對(duì)新澆混凝土區(qū)域構(gòu)成破壞。
(2)爆破振動(dòng)影響參量分析。根據(jù)單孔藥量和段藥量的不同將所有堤頭爆填炮次歸為3類,如表3所示。
由表3可知,同等條件下,段藥量對(duì)1#核島監(jiān)測(cè)區(qū)域質(zhì)點(diǎn)振速峰值的影響重要程度大于爆心距。其他監(jiān)測(cè)區(qū)域得到相同結(jié)論?梢(jiàn),控制爆破規(guī)模、減小一次起爆藥量,是降低爆破擠淤對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域爆破振動(dòng)效應(yīng)的主要途徑。
(3)側(cè)向爆填和堤頭爆填比較。取前18個(gè)炮次中的堤頭爆填炮次,對(duì)3個(gè)固定測(cè)點(diǎn)的最大振速峰值分別進(jìn)行回歸,得到如下衰減規(guī)律:
側(cè)向爆填和堤頭爆填的爆破參數(shù)和振動(dòng)峰值測(cè)試結(jié)果如表4所示。
根據(jù)表4,將側(cè)向爆填炮次的段藥量和爆心距代人相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的回歸公式進(jìn)行計(jì)算,并與相鄰堤頭爆填炮次比較發(fā)現(xiàn):側(cè)向爆填的實(shí)測(cè)值明顯高于回歸值。由此可見(jiàn),側(cè)向爆填引起監(jiān)測(cè)區(qū)域爆破振動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)于堤頭爆填的原因不僅是一次起爆藥量,還與爆破地震波主傳方向(即垂直于炮孔中心連線方向)有關(guān)。
(4)與其他爆破類型比較。同期進(jìn)行的還有3#、4#機(jī)組場(chǎng)平正挖工程和1#、2#機(jī)組泵房負(fù)挖工程。由表5可知:同等條件下,爆破擠淤引起監(jiān)測(cè)區(qū)域的爆破振動(dòng)效應(yīng)明顯高于陸地正、負(fù)挖爆破,說(shuō)明爆破擠淤炸藥能量轉(zhuǎn)化為爆破地震波的比例更高。
3.2頻譜特征分析
鑒于振動(dòng)頻率對(duì)建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)響應(yīng)的重要作用,爆破擠淤施工對(duì)在建核設(shè)施的振動(dòng)影響還應(yīng)考慮頻譜特征[4]。統(tǒng)計(jì)主頻發(fā)現(xiàn),由爆破擠淤引起的各監(jiān)測(cè)區(qū)域振動(dòng)主頻主要集中在17Hz以內(nèi),最低值僅為7.8Hz,如圖3所示。
Fig.3 Basic frequence and its count
舉例分析047炮次,該炮次時(shí)1#核島和輔助廠房監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)到本階段最大振速峰值。對(duì)三向出現(xiàn)
最大振速峰值的信號(hào)作小波包分解[5],分析各頻帶的能量分布情況。儀器采樣頻率設(shè)為1024Hz,則其奈奎斯特(Nyquist)頻率為512Hz,采用小波包基dB5函數(shù),對(duì)信號(hào)進(jìn)行7層分解,最低頻帶為0~4Hz。各測(cè)點(diǎn)不同頻帶能量分布百分比如表6所示。
由此可見(jiàn),爆破擠淤引起在建核設(shè)施各監(jiān)測(cè)區(qū)域的爆破振動(dòng)能量顯著集中于低頻頻帶,且更接近建(構(gòu))筑物的自振頻率范圍1~5Hz,同時(shí)高頻成分基本消失。因此,要足夠重視爆破擠淤對(duì)在建核設(shè)施振動(dòng)的頻率影響。
4 結(jié)論
通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的回歸和小波包分析,得到如下結(jié)論:
(1)控制一次起爆藥量,是降低爆破擠淤振動(dòng)效應(yīng)的關(guān)鍵措施,當(dāng)爆源靠近保護(hù)對(duì)象時(shí)尤其要注意。
(2)爆破地震波主傳方向(即垂直于炮孔中心連線方向)對(duì)爆破擠淤振動(dòng)效應(yīng)的影響很大,本工程側(cè)向爆填強(qiáng)于堤頭爆填。
(3)爆破擠淤炸藥能量轉(zhuǎn)化為地震波的比例明顯高于陸地爆破,因此產(chǎn)生的爆破振動(dòng)效應(yīng)更加明顯。
(4)爆破擠淤引起在建核設(shè)施監(jiān)測(cè)區(qū)域爆破振動(dòng)能量顯著集中于低頻頻帶,高頻成分基本消失。