图1沿深度方向传感器布置图
(3)试验成果分析
现场共进行了9次爆破地震波沿深度方向振速衰减试验,爆破总药量1000~5784kg,最大单响药量分别为35~50kg,爆源位置距离观测孔24~lOOm。从实际观测结果看,爆破地震波传播至地表时产生强烈的反射波,造成地表振速值明显地大于地下5m处的振速值,二者相差2~3倍。
爆破地震波在岩体内沿深度方向是逐渐衰减的,地表震动由于受表面波和反射稀疏波的影响要大一些,地层深度受岩土体约束作用质点振动则要小一些,衰减规律一般呈负指数规律变化。按负指数曲线计算爆破地震波在深度方向的传播衰减公式为:
v=v0e-kH
式中:1,为深度方向振速,cm/s; v0为地面振速,cm/s,k为衰减系数;H为距地表深度(取正值),m。根据试验实测数据,运用数理统方法计算得出,v(H)沿深度方向的衰减系数为:铅垂方向k⊥=0.08~0.09,水平方向(垂直渠道开挖轴线)K∥=0.08~O.12。实测爆破地震波振速在不同深度处的变化规律见图2。
图2振速沿深度衰减变化曲线
3.2地下天然气管道的爆破振动试验研究
(1)爆破参数
爆破试验地点选择在爆破施工区内,距管道较远的区域并与正式生产施工地质条件基本一致。爆破试验区距管道226.2m,爆破总药量364kg,单孔药量平均16.5kg,分段单响药量控制在41.4kg~80.25kg,起爆网路采用孔外毫秒微差起爆技术,孔间采用MS3和MS5两段接力起爆雷管,孔内采用MS5段雷管。
(2)试验结果
试验从爆源到天然气管道方向共布置了5个观测点,最近距离36.1m,最远距离226.2m(管道位置),测点间距大约按对数等间距分布。单响药量控制在40kg多段与80kg单段时,距爆源226.2m处的天然气管道实际最大振速仅为0.29cm/s,小于规定的安全标准。爆破试验结果表明,采用的爆破方案是可行的,选择参数合理,爆破地震效应不会危及天然气管线的安全。根据实测爆破振动数据,运用数理统计方法回归拟合得到爆破地震波沿地面传播衰减规律为:
V=83.9[R/Q1/3]-1.31
根据爆破振动速度公式和管道安全控制标准,可计算出距天然气管道不同距离处的药量控制标准,以指导后期工程爆破施工。
4 工程施工监测
南水北调中线北京段石方爆破施工历时16个月,监测点数520点次,张坊供水管线地面振速大都控制在3.Ocm/s以内,而大于3.0cm/s的测次有13点次,均位于距爆源50m范围以内,其中一次实测最大振速为7.32cm/s,根据试验结果估算,地下5m处振速在2.44-3.66cm/s,从工程监测的总体来看,张坊供水管线是安全,未出现泄漏现象。这说明,张坊供水管线的振动安全控制标准是偏于安全的。
南水北调中线河北段S49标段爆破施工,距离陕京天然气管线距离均大于50m。工程根据试验结果,制定了优化的爆破施工方案,针对距天然气管道的不同距离,确定了相应的爆破规模,最大单响药量和分段时差。爆破施工共历时近一年,爆破次数上百次,监测点次200余次,从监测结果来看,实测天然气管线地面振速均小于3.0cm/s,管道一直处于正常安全运行状态,未出现安全事故。工程表明,天然气管线的振速3.0cm/s控制标准是可行的。
5 结论
(1)从现场试验和大量的实测数据分析,并结合张坊供水管线和陕京天然气管线的安全运行状态,工程制定的安全标准是合理的,可行的。工程现场资料,对深入研究地下管线的抗震动力特性,抗震安全标准的制定,爆破振动允许振速的控制具有参考意义。
(2)针对地下管道(供水、供气)受爆破地震的安全影响,进行了岩体内不同深度处的地震波传播特性试验,研究了爆破地震波在地面处反射作用程度,对比了地面与不同深度处的振速影响大小,分析了爆破振动速度幅值沿深度的传播衰减规律,建立了不同深度处振速值与地面振速值的负指数函数关系式。
(3)按石油天然气管道保护条例规定,河北段$49标段渠道开展了爆破对天然气管线的安全振动试验研究。试验爆破规模、施工方式与实际相同,实测管道附近振速值较小,管道结构安全。根据试验结果,提出了爆破振速衰减公式,对实际施工提供了参考依据。
参考文献
【1】爆破安全规程GB6722-2003
【2】中国地震烈度表GBT17742-1999
【3】建筑抗震设计规范GB50011-2001
【4】水电水利工程爆破施工技术规范DL/T5135-2001
【5】输油(气)钢质管道抗震设计规范SY/T0450-2004
【6】石油天然气管道保护条例(国务院第313号令)