水電站擴機工程擋水圍堰拆除施工

景 通

（中國水利水電第十一工程局有限公司 河南 鄭州 450000）

1 工程簡介

卡里巴水電站位于贊比亞和津巴布韋兩國交界的贊比西河中游的卡里巴峽谷內，樞紐包括一座混凝土雙曲拱壩、泄洪閘、兩岸地下廠房等，其中北岸電廠位于贊比亞境內，裝機容量60萬kW，南岸電廠位于津巴布韋，裝機容量66.6萬kW。水電站大壩最大壩高128m，水庫總庫容達1840億m3，調節庫容640億m3，是世界上蓄水量最大的水庫之一。為了緩解贊比亞國內電力匱乏的現象，贊比亞國家電力公司決定對北岸電廠進行擴機施工，再增加2臺18萬kW混流式水輪發電機組，因此擴機施工除了對現有廠房進行擴挖施工外，還需要對進、出水口，引、尾水系統等進行重新開挖。

進水口圍堰位于水電站左岸庫區以內現有發電進水口上游兩座山谷的沖溝溝口，由于多年的沖積，使該區域存在約5m厚的覆蓋層。為了加強圍堰的防滲效果，在進口引水明渠開挖施工前，先對圍堰進行了高噴防滲墻施工。圍堰體形參數：橫斷面為倒梯形，底寬42.3m，上口寬約60.3m；左岸邊坡坡比1∶0.5～1∶0.75～1∶1.2逐漸過渡；右岸邊坡坡1∶0.5。縱向長度約65m（CH0-55～CH0-120）、高差 20m（EL.468.5～EL.488.5），圍堰拆除時水位高程為EL.485.0，拆除總方量約5萬m3。

2 圍堰區域的巖石條件

圍堰區域地層巖性主要以寒武系黑云母片麻巖和長石石英巖為主，黑云母片麻巖常常以較大的蜂窩狀或囊狀塊體夾在長石石英巖中，風化相對較強，表層為第四系全新統松散堆積物。根據前期的鉆孔探測，本區域覆蓋層厚度5m左右，為含塊、碎石沙土層，其中碎塊石含量約5%～10%，塊徑一般5cm～10cm，最大的塊徑超過1m，成份以黑云母片麻巖為主，少量石英巖；所夾沙土以中粗沙為主，含量35%～40%，稍密，較濕。覆蓋層整體結構松散，應屬中等～強透水層。下伏基巖為黑云母片麻巖，巖體風化深度較大、卸荷比較強。

3 圍堰施工的基本方案

根據現場施工需要，進水口擋水圍堰分為三期進行施工（見圖1）。

圖1 擋水圍堰分期開挖示意圖

3.1 一期圍堰

將縱向樁號為CH0-55～CH0-70的區域定為一期圍堰。由于開挖時進水口區域混凝土施工尚未全部完成，所以施工過程中對爆破振動要求非常嚴格。爆破過程中稍有不慎，輕則因防滲墻被破壞出現大量滲水，從而導致排水費用增加；重則圍堰垮塌，造成整個進水口區域施工停止，這將對整個工程造成難以彌補的損失。為了施工安全考慮，一期圍堰采用手風鉆鉆淺孔、小藥量爆破、薄層剝離的方式進行爆破施工，施工時必須保證圍堰防滲性能及圍堰穩定。爆破渣體由反鏟配合15T自卸車從進水口施工便道運至棄碴場。

3.2 二期圍堰

將縱向樁號為CH0-70～CH0-86.75（即高噴灌漿墻中心線）的區域定為二期圍堰，開挖高度約17m。在二期圍堰爆破前，整個進水口區域的混凝土施工均已完成，為了保證爆破質量及減少三期水下爆破開挖量，二期圍堰開挖采用一次性爆破完成的方式進行。為了保證二期圍堰一次性爆破成功，爆破設計選取了以水平孔為主的方案進行施工。由于二期爆破方量大、炮孔數量多、炸藥用量大、周邊的建筑物的被保護級別高，所以對爆破網絡設計及施工精度提出了更高的要求，整個爆破過程不允許發生重段和串段現象，必須按照設計的起爆順序、在設定的起爆時間內全部起爆，因此整個起爆網絡設計非常復雜，為此項目部引進了非洲AEL炸藥公司提供的高安全性、精準起爆的數碼雷管起爆系統。同時為了防止飛石對周邊設施的破壞，爆破前必須對整個圍堰基坑的內部充滿水，起爆時火工材料已經全部處于水中，所以爆破過程對爆破器材的抗水性能也提出了更高的要求，在爆破前必須對爆破器材的防水性能做了一系列的試驗，確定達到工程要求后才使用。二期爆破完成后，首先采用長臂反鏟配合15t自卸汽車對水面以下5m范圍內的碴體清運至指定的棄碴地點，對于水深超過5m的區域，爆碴則采用水上抓斗船配合運碴駁進行清運，并運至指定的棄碴地點。在清挖二期圍堰爆碴的過程中，同時也需要對三期圍堰頂部的覆蓋層全部進行清挖，以備三期圍堰水下鉆爆施工。

3.3 三期圍堰

將縱向樁號為0-86.75～CH0-120的區域定為三期圍堰，此區域全部為水下鉆爆施工。采用水上鉆孔平臺船進行鉆爆施工，為了保證周圍建筑物的安全，最初采取單排淺孔方式開挖，根據爆破安全測試結果再確定是否增加爆破排數及孔深。鉆孔爆破完成后，采用水上抓斗船配合運碴駁對開挖區域內的爆破碴體進行清運，并清運至指定的棄碴地點。為了降低爆破單響藥量，三期圍堰必須分層進行施工，在施工中也是按鉆爆一層，清運一層的方式循環進行，直到整個圍堰底部達到設計要求的標準。

4 主要爆破參數

4.1 一期圍堰爆破參數

一期圍堰采用手風鉆鉆垂直孔的方式進行施工，鉆孔直徑Φ42mm、孔深h=2m～2.5m、孔距 a=1.5m～2.0m、排距 b=1.0m～1.5m，裝藥直徑φ32mm，堵塞長度L=1.0m，裝藥長度l=1.0m～1.5m，單孔藥量Q=1.0kg～1.5kg，單孔單響。

4.2 二期圍堰爆破參數

（1）底板及邊坡邊界的水平預裂爆破參數

采用100B潛孔鉆鉆孔，鉆孔直徑Φ76mm、孔深h=3m～14.5m、孔距a=0.6m、裝藥直徑為 3φ18mm～4φ18mm，堵塞長度L=1.0m，線裝藥密度q=540g/m～720g/m，最大單孔裝藥量Q=3.5kg～10.6kg，兩孔一響，最大單響藥量20.8kg。在臨近現有進水口、大壩的右岸邊坡及底部10m范圍內，預裂孔距減小為40cm，以起到減小單響藥量及加強隔振的作用。

（2）圍堰內水平孔爆破參數

采用100B潛孔鉆鉆孔，鉆孔直徑Φ76mm、孔深h=3m～14.5m、孔距a=1.5m、排距b=1.5m、裝藥直徑φ65mm，線裝藥密度q=3.714kg/m，堵塞長度L=1.5m。為了減小爆破震動對臨近建筑物的破壞，對于孔深h≥7m的爆破孔，則按一孔兩響的方式裝藥；孔深h＜7m的爆破孔則采用單孔單響的方式裝藥，最大單孔裝藥量Q=41.6kg，最大單響藥量20.8kg。

（3）防滲墻垂直鉆孔爆破參數

采用100B潛孔鉆鉆孔，鉆孔直徑Φ76mm、孔深h=7m～12m、孔距a=1.0m、裝藥直徑φ50mm，線裝藥密度q=2.0kg/m，堵塞長度L=1.5m。最大單孔藥量Q=24kg，最大單響藥量24kg。

4.3 三期圍堰水下鉆孔爆破參數

初始參數：鉆孔直徑Φ90mm、孔深h=5m、孔距 a=2.0m、排距 b=2.0m、裝藥直徑φ65mm，堵塞長度L=2.8m，裝藥長度l=2.2m，單孔藥量Q=9kg，一次鉆孔爆破1排，單孔單響。同時進行爆破振動、水擊波測試，根據測試數據判斷是否安全，再確定增大鉆孔深度、排數及單孔藥量。根據施工過程對爆破振動、水擊波的測試，爆破參數最終調整為孔深7m，單孔藥量18kg，一次性最多起爆2排孔。通過參數調整，縮短了三期圍堰的拆除時間，為項目實現發電目標鑒定了基礎。

5 數碼雷管起爆系統在二期圍堰爆破中的應用

數碼雷管起爆系統由可編程的數碼雷管和控制設備（編碼器和起爆器）組成。編碼器用于聯網前設定每一個數碼雷管的孔號信息和檢測每一個數碼雷管的完好情況。起爆器根據每一個數碼雷管導入的位置信息進行數碼雷管的爆破延時的設定、檢測編碼過程中錯誤的位置信息和修改必要的爆破延時及整個爆破網絡的連接及和起爆網絡的點火，可以實現對起爆時間的精確設計和控制。

由于二期圍堰需要一次性爆破完成，爆破鉆孔多，裝藥量大，而且爆破區周邊的建筑物被保護的級別高，所以對爆破振動及水擊波控制要求更嚴格，施工時使用了南非AEL炸藥公司生產的DigishotTM型數碼雷管起爆系統。一次性拆除開挖總量約18000m3，鉆孔共計403個，其中水平預裂孔129個，水平主爆孔222個，高噴防滲墻垂直孔52個，共使用炸藥8300kg，數碼雷管876發，導爆索14572m，整個爆破過程總延時為9962ms。其中水平主爆孔孔深大于7m時，孔內分2段起爆，孔內炸藥均使用2束導爆索串聯，爆破最大單響藥量為20.8kg，爆破網絡圖見圖2。

圖2 二期圍堰爆破網絡示意圖

表1 二期圍堰爆破各測點監測的爆破震動速度監測值表

二期圍堰爆破各測點監測的爆破震動速度監測值如表1。

從整個爆破過程中振動監測結果來看，各測點的最大振動速度均小于電站區域內業主要求的最大值，同時小于水利水電施工規范所要求的最大值，確保了爆破區周圍建筑物的正常運行。

6 結語

贊比亞卡里巴北岸水電站擴機工程的進水口擋水圍堰拆除施工，從2011年11月份開始，到2013年9月份結束，經過大約20個月。從一期圍堰開挖開始，到三期圍堰爆破及爆碴清運完成，總方量50000多方，總爆破次數85多次。無論是質點振動速度的控制還是水擊波的控制均沒有影響現有進水口的正常運行，保證了擴機工程的正常施工，同時保證了原有機組的正常運行，從而說明所采用的圍堰拆除施工工藝、分期方式、爆破設計都是合理實用的。陜西水利

[1]吳新霞，趙根，王文輝等.數碼雷管起爆系統及雷管性能測試[J].爆破.2006,23（4）:93～96.