柘溪擴機工程進水口預留巖坎拆除爆破

蔣清球，劉佳良

(中南勘測設計研究院， 湖南 長沙 410014)

柘溪水電站壩址位于湖南省安化縣城上游12 km處，距益陽市147 km，工程以發電為主，兼有防洪、航運等綜合效益的水電站。

柘溪水電站擴機工程裝機容量2×250 MW，工程主要建筑物由進水口、閘門室、引水隧洞、地面廠房、主變場、尾水建筑物、GIS開關站、出線平臺和副廠房等組成，進水口施工采用預留巖坎加時段圍堰的擋水方式。

1 破設計條件和特點

擴機工程進水口巖坎圍堰位于右壩頭上游60～120 m處，原電站攔污柵內。巖坎外側邊坡走向近南北，地形坡度30°～45°。出露地層為Ptbn2w2-18～Ptbn2w2-25-1，主要巖性：帶狀砂質板巖、細砂巖與長石石英砂巖，堅硬致密。巖層產狀：70°～80°/NW∠50°～60°。

進水口圍堰距離大壩55 m，距離大壩灌漿帷幕50 m，距離進水口框架結構25 m，距離進水口閘門90 m，距離導流洞堵頭36 m。 圍堰爆破開挖過程中產生的震動(沖擊)、飛石將對基巖、建筑物及設備等造成不同程度的影響和危害，因此進水口巖坎圍堰的爆破拆除必須進行爆破震動和飛石控制，進行合理可行符合本工程實際情況的爆破設計。

進水口圍堰自開工以來，通過方案的不斷調整，最后一炮預留巖坎形成中部狹窄，兩邊寬的復雜不規則體型。該巖坎堰頂上游最寬處44.7 m，下游最寬處17.28 m，中部(2#沖溝處)最窄部位2.57 m，一次爆破總方量約2萬 m3。

最后預留巖坎爆破為A級爆破，采取一次性水下爆破拆除的方案，爆破總裝藥量16.0 t。

本次爆破主要特點及難點是：

(1) 周圍環境復雜，距離最近的進水口框架結構僅25 m，爆破安全要求高。

(2) 巖坎圍堰體型變化大，不規則，施工爆破精度難控制。

(3) 次爆破方量達2萬m3，規模大，要求在汛期來臨前完成爆破與出渣，工期緊。

(4) 本次爆破起爆網絡復雜，大部分在水下爆破，器材抗水性能要求高。

2 圍堰爆破技術設計

2.1 爆破參數

2.1.1 鉆孔直徑

采用液壓鉆鉆孔(潛孔鉆輔助鉆孔)，鉆孔孔徑為Φ91 mm，藥卷直徑為Φ70 mm，不偶合系數0.8。

2.1.2 鉆孔布置形式

為了保證更好的爆破效果，爆破孔呈梅花形布置。巖坎迎水面與背水面第一排均為坡度1∶0.1～0.5的斜孔，其它孔為垂直孔，靠近設計周邊光爆孔坡度1∶0.2(0.4)，爆破孔孔深11.2～12.4 m(設計底板坡度為1∶10，鉆孔時進行精確定位并確定高程和角度，每孔超深1.5 m。

2.1.3 炸藥單耗

根據計算，爆破孔底部2/3范圍內單耗取值1.5 kg/m3，上部1/3范圍內單耗取值1.0 kg/ m3，靠攔污柵側的最后一排梯段孔，采用弱松動爆破，單耗取值為0.8 kg/m3。

2.1.4 孔網參數

孔內使用Φ70 mm的乳化炸藥(單條重量2.0 kg)。迎水面第一排孔抵抗線W為1.5 m，孔間距1.5 m；中部炮孔孔間排距a=b=2.0 m；靠攔污柵的最后一排梯段孔孔間距1.5 m，排距1.2 m；光爆孔間距0.9 m。

2.1.5 裝藥結構

(1) 主爆孔。爆孔均使用Φ70 mm藥卷連續裝藥，但靠攔污柵的最后一排靠近底部3 m范圍用Φ70 mm藥卷連續裝藥，其余采用Φ32 mm藥卷連續裝藥，堵塞長度2.5 m，堵塞段設置1 kg(1/2Φ70)解小藥包。

主爆孔孔內由兩股導爆索與兩發高段位(MS15)雷管起爆，孔外四發低段位雷管(MS3)延期，單孔單響，最大單孔藥量40 kg。

(2) 光爆孔。全孔使用Φ32 mm炸藥(單條0.2 kg)間隔裝藥(間隔5 cm)，孔底2 kg底藥，線裝藥密度0.8 kg/m。

光爆孔孔內兩股導爆索+2發高段位(MS15)雷管起爆，孔外每三孔一響，4發低段位雷管(MS2)延期。

2.2 爆破網絡設計

為保證爆破網絡可靠性，本區爆破采用復式網絡，擬從圍堰沖溝最外側一排孔開始，逐漸向上、下游和攔污柵方向順序、毫秒微差起爆，每排孔孔外四發低段位延期雷管(MS3)串聯，并隔5孔設置2發搭接雷管(MS5)，排與排之間利用4發MS5段進行延期，上游與下游的孔整體利用四發MS2段與MS3段延期(最后兩排利用MS4段進行延期)，上游與下游的光爆孔整體利用4發MS3段延期。爆破網絡見圖1。

圖1 爆破網絡

3 爆破安全措施

3.1 爆破振動控制

根據GB6722-2003《爆破安全規程》和DL/T5135-2001《水電水利工程爆破施工技術規范》的規定，并通過現場試驗，擬定柘溪擴機工程主要建筑物和設備爆破振動安全控制標準的允許最大質點振動速度為0.5～10 cm/s。

主體工程開挖過程中，在進水口、大壩、導流洞、老廠房、原開關站、尾水出口共布置了10個測點對爆破施工進行了全程監測，并根據監測結果及時調整爆破參數，確保電站建筑物的安全。

3.2 圍堰爆破安全距離

爆破飛石距離按以下經驗公式估算：

Rf=20n2WKf

式中：Rf—飛石對人的安全距離，m；

n—爆破作用系數，取1.25；

Kf—安全系數，取1.5；

W—最大藥包的最小抵抗線，取2 m；

計算結果：Rf=93 m，取300 m。

根據圍堰爆破飛石安全距離不小于300 m 的要求，把300 m定為設備危險區，500 m定為人員安全區。高程方向為堰頂上方20 m。爆破時，將人員和可移動的設備撤至警戒區以外，危險區內不能移動的設備則采取必要的保護措施。

庫區的防護，安全距離為1 km，所有在水中作業的船只和人員均撤離到1 km以外的區域。

3.3 水擊波防護

由于最后一炮爆破前，事故閘門已經下閘，同時基坑內至閘門段已經充水，為減少巖坎最后一次爆破水擊波對進水口閘門產生破壞，一方面通過控制藥量來減少水擊波產生的破壞力；另一方面，采用氣泡帷幕的方式，在攔污柵后縱向敷設兩根直徑48 mm的鋼管作為噴氣管，在管上鉆兩排直徑2.0 mm、間距為25 mm的噴氣孔，兩排噴氣孔間夾角為90°，使各排噴氣孔噴出的氣泡碰撞，即攪動水流，又增加帷幕厚度。為盡量提高單位時間內氣泡在水中的密度，采用的壓縮氣體壓力必須大于該處的水壓力，為滿足以上要求，采用大容量的空壓機(80 m3)，以加大供氣量和供氣壓力，延長氣泡在水中的停留時間。

3.4 二次剛性防護設計與安裝

由于剛性防護在第二區爆破前已經拆除，而考慮到該次爆破規模較大，靠攔污柵一側爆破時爆碴有可能隨水流進入到攔污柵內，在攔污柵外側再設計安裝一套剛性防護屏(防護網片外敷設安全網)，防護至高程144.00 m，待圍堰充水完成后，用小船進行雙層彩條布防護至高程153.00 m，防護屏采用Φ48 mm架管，網片采用φ6.5 mm圓鋼，吊鉤采用Φ28 mm螺紋鋼，現場拼裝，爆破后利用纜機或反鏟勾出。

4 爆破實施

進水口預留巖坎爆破效果見圖2，施工現場實測最大質點振動速度分別為大壩2.18 cm/s，灌漿帷幕1.49 cm/s，電站中心控制室0.09 cm/s，最大為4.62 cm/s(鋼筋混凝土框架結構)，根據各防護點采集的數據顯示，施工現場各個測點實測最大質點振動速度均未超過各防護點控制標準，施工爆破震動和飛石得到了有效的控制，進水口閘門等建筑物均完好無損，實現了安全爆破。

圖2 進水口預留巖坎爆破效果

參考文獻：

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