1. 中水东北勘测设计研究有限责任公司；2. 水利部寒区工程技术研究中心，吉林 长春 130061
摘要：为了解长甸电站改造工程水下岩塞爆破的特点，掌握爆破震动对引水隧洞进水口附近围岩和闸门井的影响，同时检验爆破设计参数的合理性，对其进行了安全监测。监测成果表明：①爆破引起的质点振动速度对闸门井影响不大，闸门井处于安全状态；②爆破时，引水隧洞进水口附近围岩变形发生了突变，之后趋于稳定；③岩塞爆破参数是合理的，为类似工程积累了宝贵经验、提供了科学参考。
关键词：引水隧洞；进水口；水下岩塞爆破；安全监测
Safety Monitoring in Underwater Rock Plug Blasting of a Headrace Tunnel's Water Inlet
CAI Hongliang1,2, LIU Feng1,2, AI Mingming1,2
(1. China Water Northeastern Investigation, Design & Research Co., Ltd;2. Research Center on Cold Region Engineering Ministry of Water Resources, Changchun 130061, Jilin, China)
Abstract: In order to understand the characteristics of underwater rock plug blasting in Changdian Power Plant Reconstruction Project, achieve the influence of blasting vibration on surrounding rocks of headrace tunnel and gate well, and confirm the validity of blasting parameters, safety monitoring is carried out. The monitoring results show that: ①The velocity of vibration caused by the blasting has little effect on the gate well and it is safe. ②During the blasting, the deformation on surrounding rocks of headrace tunnel is abruptly changed, and then gets to be stable.③The blasting parameters are reasonable. Valuable experience and scientific reference are achieved for other similar projects.
Key words: headrace tunnel; water inlet; underwater rock plug blasting; safety monitoring
引言
长甸水电站改造工程位于辽宁省丹东市长甸乡拉古哨村附近，水丰水电站的右岸(中方侧)，距丹东市约70km。该工程是在原长甸水电站的基础上改建而成的引水式水电站，引水系统采用一洞二机的布置形式，设计装机容量200MW，主要用于解决长甸水电站鸭绿江水位低于进水口长期不能发电的问题，同时也有利于缓解东北电网调峰容量不足的问题[1]。
1 工程概况
长甸电站改造工程主要建筑物由进水口、闸门井、引水隧洞、调压井、岔管段、压力管道、发电厂房、尾水系统等组成，引水隧洞长约1850m，断面为直径10m的圆形。
引水隧洞进水口位于水丰大坝右岸上游约650m处，进水口底高程为60m，岩塞体在水库设计死水位以下35m，进水口由岩塞爆破形成。岩塞体厚度为12.5m，呈上游端大、下游端小的圆台形，下游端直径为10.0m，向上游扩散角为10o，上游端直径为14.4m。连接段在岩塞体下游，长7.0m，开挖断面为半径5.6m的圆形，混凝土衬砌厚度为60cm。
2 安全监测设计
为了解水下岩塞爆破的特点，掌握爆破震动对引水隧洞进水口附近围岩和闸门井的影响，同时检验爆破参数的合理性，对其进行了安全监测，设置的监测项目有：①爆破振动效应监测；②空气冲击波压力监测；③水中冲击波压力监测；④围岩变形监测。监测仪器详细布置情况见表1。
3 岩塞爆破设计参数
图5 测点BPV-123振动加速度波形图（垂直）
Fig.5 Vibration acceleration waveform of monitoring point BPV-123（vertical direction）
4.2 空气冲击波压力监测
空气冲击波压力监测共布设3个测点，只有1个测点（BPA-167）获得了监测数据，监测成果表明：在3270ms时，空气冲击压力开始出现，至4050ms升至最大52.4kPa（相对零压力为230kPa），其变化过程历时780ms，与岩塞爆破持续时长大体相近。随着岩塞爆通及水流的涌入，自13500ms开始，压力测值出现有规律的波动，周期约3500ms，并在15400ms时达到最大414.6kPa（相对零压力为230kPa），约合42.3m水头，由集碴坑与水库连通后的水流脉动压力引起。
4.3 水中冲击波压力监测
水中冲击波压力监测共布设7个测点，只有2个测点（BPW-098-1、BPW+015）获得了监测数据，监测成果表明：
测点BPW-098-1水中冲击压力在3350ms时开始出现，至4290ms时结束，共持续940ms；波形最大峰值出现在3750ms时，为81.3kPa（相对零压力为230kPa），约合8.3m水头。随后的动水压力过程线显示，在15200ms时动水压力出现最大值462kPa（相对零压力为230kPa），约合47.1m水头，水流脉动周期约为3.5s。
测点BPW+015水中冲击压力在4000ms时开始出现，至5900ms时结束，共持续1.9s；波形最大峰值出现在4200ms时，为61.6kPa（相对零压力为230kPa），约合6.3m水头。随后的动水压力过程显示，在22300ms时动水压力出现最大值420kPa（相对零压力为230kPa），约合42.9m水头，水流脉动周期约为3.5s。
综合可知，测点距离岩塞越近，其冲击压力出现时间越早，最大冲击压力也越大，符合岩塞爆破水中冲击波的传播特点，此外，爆破后两测点所测得的动水压力周期也基本一致。
4.4 围岩变形监测
为监测岩塞爆破对引水隧洞进水口附近围岩变形的影响，在锚固灌浆洞前支洞指向水库水平方向布设了1套多点位移计（M4JZK-0-1），用于监测进水口上部围岩的变形情况；在进水口下游侧桩号0-167的集渣坑顶拱布设了1套多点位移计（M4JZK-1-1），用于监测进水口下游集渣坑顶拱围岩的变形的情况，2套多点位移计测值变化过程线见图6~7。
由图可知，岩塞爆破时，引水隧洞进水口附近的围岩变形发生了突变，两测点处围岩变形的最大变幅分别为4.18mm（M4JZK-0-1-3）、4.43mm（M4JZK-1-1-2）；岩塞爆破后，两侧点处围岩的最大累计变形分别为17.23mm（M4JZK-0-1-4）、6.06mm（M4JZK-1-1-2），又趋于平稳，可知引水隧洞进水口附近的围岩又重新达到稳定状态[4]。
图7 多点位移计M4JZK-1-1各测点测值变化过程线
Fig.7 Curves of multipoint extensometers M4JZK-1-1 measuring surrounding rock's deformation
5 结论
长甸电站改造工程引水隧洞进水口水下岩塞爆破取得了圆满成功，本文通过对岩塞爆破中的监测成果进行分析，揭示了引水隧洞进水口附近围岩及闸门井的响应变化规律，可供类似工程建设及地下工程防灾减灾进行参考。
（1）岩塞爆破测点振动速度符合由近及远逐渐减小的变化规律；
（2）岩塞爆破测点振动加速度整体符合由近及远逐渐减小的变化规律，但规律性相对于振动速度差些；
（3）闸门井测点径向最大振动速度的实测值略大于设计参考值，但远小于《爆破安全规程（GB6722-2014）》要求的最大允许振动速度，其余最大振动速度的实测值、计算值均小于其设计参考值，故岩塞爆破不会对闸门井产生破坏影响，闸门井处于安全状态；
（4）岩塞爆破测点距离岩塞越近，其水中冲击波压力出现时间越早，最大冲击压力越大，符合冲击波的传播特点，此外，爆破后，各测点所测得的动水压力周期也基本一致。
（5）岩塞爆破时，引水隧洞进水口附近的围岩变形发生了突变，岩塞爆破后，围岩变形又趋于平稳，重新达到稳定状态；
（6）岩塞爆破设计参数是合理的。
参考文献：
[1] 王卫治，陈曾伟.水下岩塞爆破施工技术研究[J].水利水电施工，2016（1），43-46.
Wang W Z，Chen Z W. Study on construction technology of underwater rock plug blasting [J]. Water Conservancy and Hydropower Construction，2016（1），43-46. (in Chinese)
[2] 杨建喜.隧洞环境双临空面条件下岩塞爆破试验与成果分析[J].人民珠江，2016,37（8），53-56.
Yang J X. Test results analysis of rock plug blasting under double surface condition in tunnel environment [J].Pearl River，2016,37（8），53-56. (in Chinese)
[3] GB 6722-2014，爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2015.
[4] 王明洋，王立云，戚承志，等.爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究（II）[J].防灾减灾工程学报，2003（3），9-20.
Wang M Y，Wang L Y，Qi Ch Zh，et al. Study on deformation and failure of rock under blasting load [J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2003（6），9-20. (in Chinese)
论文作者:蔡洪亮1,2,刘枫1,2,艾明明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/17
标签：围岩论文; 隧洞论文; 压力论文; 进水口论文; 闸门论文; 冲击波论文; 水压论文; 《防护工程》2017年第18期论文;