仙居抽水蓄能水電站特殊部位開挖爆破施工技術(shù)探討

王家鵬 付 紀(jì)

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京公司 100024)

王軍輝

(武警水電第二總隊五支隊 常州 213031)

1 工程概況

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺375MW立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1500MW，年平均發(fā)電量為25.125億kW·h，年平均抽水電量32.63億kW·h。樞紐工程主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。上水庫由一座主壩、一座副壩及庫周山嶺圍成，總庫容1294萬m3。主壩和副壩均為混凝土面板堆石壩，壩頂高程679.20m，主壩壩頂長263.66m，最大壩高86.7m;副壩壩頂長度222m，最大壩高59.7m。輸水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)的布置方式，上、下庫進(jìn)/出水口高差456m，上、下庫進(jìn)/出水口之間輸水管道總長度為2216.9m(3號機(jī)輸水系統(tǒng)，下同)，其中引水系統(tǒng)長1216.2m，尾水系統(tǒng)長1000.7m。地下廠房洞群包括主副廠房洞、主變洞、母線洞、尾閘洞、500kV出線洞等。下水庫利用已建下岸水庫，新增一條泄放洞，全長791m，隧洞內(nèi)徑7.4m。

2 爆破區(qū)域特點及相應(yīng)措施

泄放洞、交通洞、通風(fēng)洞洞口距離民爆公司炸藥庫最近距離約70m，最遠(yuǎn)距離約120m。根據(jù)《小型民用爆破物品存儲庫安全規(guī)范》(GA 838—2009)第7.5條的規(guī)定，“炸藥儲存庫距露天爆破作業(yè)點邊緣的距離最低不應(yīng)小于300m”。且爆破點與溪下公路路面及路基干砌石擋墻相鄰，爆破施工如果控制不好，將對溪下公路路基造成擾動破壞及中斷交通的嚴(yán)重后果。經(jīng)研究決定，在露天爆破期間炸藥庫內(nèi)不得存儲炸藥及雷管，施工前由施工單位對洞口地質(zhì)及路基干砌石擋墻進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)實際情況編制爆破試驗大綱，并取得路基擋墻的允許爆破質(zhì)點振動速度參數(shù)，通過路基擋墻的允許爆破質(zhì)點震動速度參數(shù)，制定工程施工爆破方案，以確保溪下公路路基安全。

3 工程地質(zhì)條件

泄放洞設(shè)計進(jìn)口高程180m，出口高程160m，采用城門洞形，斷面為5.0m×5.1m(寬×高)，長776m。進(jìn)口段洞向為N0.5°W，出口段為N45.5°W，上覆巖體厚度為50～155m。

進(jìn)口位于下水庫進(jìn)/出水口公路橋的西側(cè)約130m小沖溝處，西側(cè)為一凸出山脊，走向約N20°E～N22°W，山坡坡角約30～32°。出口位于下水庫大壩下游右岸的凹岸處PD13探硐附近，岸坡走向為N23°E，坡度較大，坡角約35～40°，洞口位于公路下方。

沿線基巖為高塢組下段(J3g1)灰紫、灰白色晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，地表呈弱風(fēng)化，塊狀結(jié)構(gòu)，基巖多裸露，出洞口圍巖類別以Ⅲ～Ⅱ類為主。

泄放洞出口地形陡峭，鉆爆裝藥難度極大，安全風(fēng)險大。爆破作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，施工控制難度大。

4 爆破設(shè)計

因受泄放洞出口上下游側(cè)溪下公路路基干砌石擋墻的影響，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對泄放洞出口爆破進(jìn)行設(shè)計，原則如下:

a.以小藥量進(jìn)行出口段明挖爆破試驗，爆破時由監(jiān)測單位對上下游側(cè)擋墻質(zhì)點振動速度進(jìn)行監(jiān)測，爆破后檢查擋墻破壞情況。

b.若小藥量爆破后經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示及實際查看后未對擋墻及路面造成破壞，則加大單響藥量進(jìn)行后續(xù)爆破試驗，直至監(jiān)測數(shù)據(jù)或擋墻有出現(xiàn)問題的趨勢后停止進(jìn)行試驗。根據(jù)監(jiān)測報告確定擋墻質(zhì)點振動安全允許速度，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)值確定爆破單響藥量等設(shè)計參數(shù)。

4.1 爆破試驗程序

選定首次爆破最小單響藥量→編制首次爆破設(shè)計→爆破監(jiān)測成果→選定第二次爆破試驗單響藥量→編制二次爆破試驗單響藥量→爆破監(jiān)測成果→選定第三次爆破試驗單響藥量……確定臨界點最大單響藥量。

4.2 首次爆破試驗設(shè)計

4.2.1 首次爆破最小單向藥量計算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)的規(guī)定，爆破振動安全允許距離R可按下式進(jìn)行計算:

式中 R——爆破振動安全允許距離，m;

Q——炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg;

V——保護(hù)對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度，cm/s;

K——與爆破點至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān);

α——衰減指數(shù)。

由上式可知:

依據(jù)現(xiàn)場情況和規(guī)范，其中K取150，α取1.6，安全允許距離取值40m，安全允許振動速度V首先將路基漿砌石擋墻按照“土窯洞、土坯房、毛石房屋”的標(biāo)準(zhǔn)取值1.3cm/s，可計算得知首次爆破試驗單響藥量Q為8.7kg。

4.2.2 首次爆破試驗設(shè)計

首次爆破試驗部位泄放洞出口(高程EL175.7～EL174.2)，主要爆破試驗參數(shù)如表1。

表1 首次爆破試驗主要參數(shù)

4.2.3 爆破監(jiān)測成果分析

若第一次爆破試驗對路基擋墻無影響，則由監(jiān)測數(shù)據(jù)計算K、α值，并根據(jù)規(guī)范對V值重新增大取值，進(jìn)行后續(xù)爆破試驗。

4.3 后續(xù)爆破試驗規(guī)劃

后續(xù)爆破試驗方法與首次相同，根據(jù)實際施工進(jìn)展情況及爆破監(jiān)測成果確定單響藥量，以控制最大單響藥量為原則來進(jìn)行爆破設(shè)計，直至得出臨界點最大藥量后試驗結(jié)束。收集技術(shù)資料、影像資料，編制試驗成果，確認(rèn)擋墻基礎(chǔ)質(zhì)點振動安全允許速度，并根據(jù)最終的結(jié)果計算最大單響藥量，確定施工爆破參數(shù)。

5 爆破施工

土石方邊坡開挖遵循先土方后石方，自上而下的程序進(jìn)行施工。泄放洞出口石方明挖方量約2000m3，開挖范圍為EL175.7～EL159，斷面基本上為梯形，開挖邊坡坡比為1∶0.3。采用手風(fēng)鉆造孔、小藥量毫秒延時爆破、人工出渣的方法進(jìn)行施工。按照實測開口線，采用YT—28手風(fēng)鉆造孔，光面孔間距0.4～0.5m，抵抗線0.6～0.8m，光面孔線裝藥密度300g/m，單位耗藥量0.3kg/m3，單響藥量以爆破試驗監(jiān)測成果確定。每茬炮爆破前，嚴(yán)格按爆破程序組織實施。應(yīng)按環(huán)境要求限制單段最大爆破藥量。

在開挖至底板部位時，至基面預(yù)留約1.5m厚保護(hù)層，采用手風(fēng)鉆淺孔少藥量爆破開挖。

根據(jù)現(xiàn)場原始地形及洞口邊坡最大高度進(jìn)行分層，分層情況如表2所示。

表2 泄放洞出口明挖分層

6 質(zhì)點振動速度監(jiān)測

根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，布置監(jiān)測點。監(jiān)測點布置如下圖所示:

監(jiān)測點布置圖

6.1 爆破試驗參數(shù)

根據(jù)仙居電站施工地質(zhì)條件及實際施工情況，選擇炸藥類型，根據(jù)計算結(jié)果初步確定最大單響藥量，根據(jù)第一次爆破試驗結(jié)果確定第二次爆破試驗的最大單響藥量。兩次爆破參數(shù)見表3。

表3 爆破試驗參數(shù)

6.2 振動監(jiān)測點布置

振動監(jiān)測點布置見表4。

表4 監(jiān)測點位置坐標(biāo)

6.3 振動點監(jiān)測數(shù)據(jù)

振動點監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5。

表5 振動點監(jiān)測數(shù)據(jù)

6.4 質(zhì)點振動監(jiān)測成果及評價

質(zhì)點振動監(jiān)測成果及評價見表6。

表6 質(zhì)點振動速度及評價

根據(jù)質(zhì)點振動速度監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實地檢查，最大單響藥量控制在13.68kg，質(zhì)點振動速度未超過允許限值，未對公路擋墻及路面造成破壞。

7 結(jié)語

a.在需保護(hù)的特殊部位進(jìn)行爆破施工，爆破前應(yīng)對爆區(qū)周圍環(huán)境、地面和地下建(構(gòu))筑物及各種設(shè)備、設(shè)施分布情況等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，經(jīng)詳細(xì)計算和論證進(jìn)行爆破方案設(shè)計。

b.通過計算確定第一次爆破單段最大藥量，通過質(zhì)點振動速度監(jiān)測，逐步增大到允許藥量，并按允許藥量控制一次爆破規(guī)模，保證需保護(hù)的建筑物不被破壞，防止爆破有害效應(yīng)的產(chǎn)生。