航電樞紐工程復(fù)雜環(huán)境下混凝土縱向圍堰拆除爆破設(shè)計(jì)

代正江+龔黎明+牟維邦

摘 要：東坪水電站工程受工期限制，縱向混凝土圍堰拆除爆破采取一次性拆除方案。爆區(qū)緊鄰居民密集區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，且采用超常規(guī)的電廠(chǎng)不停機(jī)的爆破方案，減振要求高，減振措施技術(shù)研究難度大。

關(guān)鍵詞：東坪水電站工程 縱向混凝土圍堰 拆除爆破設(shè)計(jì) 復(fù)雜環(huán)境 發(fā)電廠(chǎng)房不停機(jī)

1.工程概述

東坪航電樞紐工程位于湖南省安化縣城關(guān)東坪鎮(zhèn)閔家灣附近，屬于資水干流的中游，是資水流域規(guī)劃的第七個(gè)梯級(jí)電站。本工程壩址距離柘溪樞紐大概10公里，距里安化縣城區(qū)5km，左岸為安化縣城沿江大道。

樞紐建筑物主要由左、右岸非溢流壩工程、15孔溢流壩工程、左岸發(fā)電廠(chǎng)房工程和右岸船閘工程組成。發(fā)電廠(chǎng)房總裝機(jī)容量為4×18MW。

2.縱向混凝土圍堰爆破拆除復(fù)雜環(huán)境簡(jiǎn)述

本樞紐工程在施工中分二期導(dǎo)流，一期圍左岸發(fā)電廠(chǎng)房、7孔溢流壩及左岸非溢流壩。一期和二期上下游橫向圍堰為土石圍堰，采用膜袋混凝土護(hù)面。縱向圍堰為重力式C15素混凝土，縱向圍堰主要由永久部分和臨時(shí)部分組成，上游臨時(shí)部分與9號(hào)閘墩上游墩頭相連接，下游臨時(shí)部分與溢流壩導(dǎo)墻相連接，縱向圍堰上游有一段坐落在8號(hào)壩段上游護(hù)坦上。混凝土縱向圍堰上游段與8#泄水閘閘門(mén)距離5米，與泄水閘帷幕灌漿軸線(xiàn)最近的為距離5米，距離壩軸線(xiàn)的最近距離15米，與發(fā)電廠(chǎng)房4#機(jī)組的最近距離150m。

由于工期緊，采取一次性爆破拆除，為了不影響發(fā)電效率，爆破拆除全過(guò)程不停機(jī)，增加了爆破設(shè)計(jì)的難度，并且一次性爆破拆除工程量大約1.75萬(wàn)m3。縱向圍堰爆破拆除時(shí)，要求對(duì)大壩基礎(chǔ)的帷幕灌漿區(qū)、混凝土鋪蓋、閘墩、閘門(mén)、泵房、發(fā)電廠(chǎng)、廠(chǎng)房及設(shè)備等保護(hù)對(duì)象不能造成破壞，因此爆破拆除難度大，爆破拆除施工環(huán)境復(fù)雜、施工技術(shù)要求高。為保證工程順利實(shí)施，確保受保護(hù)對(duì)象在爆破過(guò)程中的安全性，縱向混凝土圍堰爆破拆除需要做詳細(xì)的爆破設(shè)計(jì)工作。

3.總體爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，縱向混凝土圍堰爆破拆除采用定向傾倒和爆破破碎的方式，以上兩種方法都有相應(yīng)取得成功的經(jīng)驗(yàn)。本次拆除爆破規(guī)模大，爆后爆渣需要清理，應(yīng)采取爆破破碎的方式便于清渣，為了減少爆破振動(dòng)造成危害，擬考慮多炮孔、多分段、嚴(yán)格控制最大單響藥量。

為了減小爆破振動(dòng)對(duì)與縱向圍堰連接的閘墩和導(dǎo)墻的危害，首先將與閘墩和導(dǎo)墻連接的縱向需要拆除的堰塊部位采用預(yù)裂爆破出破碎帶。距離帷幕灌漿較近的炮孔設(shè)置減振，減小對(duì)帷幕灌漿區(qū)域的影響。

為確定圍堰爆破拆除的最佳爆破參數(shù)，選擇下游圍堰樁號(hào)廠(chǎng) 0+153.70至廠(chǎng)0+173.70m段作為試驗(yàn)段先爆破拆除，再對(duì)其余縱向圍堰進(jìn)行爆破拆除。

圍堰爆破拆除起爆方式主要采取上游縱向圍堰上游部分先起爆，下游縱向圍堰靠下游右岸側(cè)先起爆。

本工程拆除爆破分三步進(jìn)行：第一步先采取預(yù)裂爆破將閘墩、導(dǎo)墻與需要拆除爆破的縱向圍堰分離；第二步再對(duì)下游縱向圍堰樁號(hào)廠(chǎng)0+153.70m至廠(chǎng) 0+173.70m堰段進(jìn)行爆破試驗(yàn)，確定爆破參數(shù)。第三步根據(jù)爆破試驗(yàn)取得的參數(shù)確定上、下游縱向圍堰的拆除的裝藥參數(shù)。

4.爆破試驗(yàn)

4.1爆破試驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）的相關(guān)規(guī)定，在復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行拆除爆破設(shè)計(jì)時(shí)，需要做爆破試驗(yàn)。

爆破試驗(yàn)主要為驗(yàn)證各種爆破參數(shù)，為優(yōu)化圍堰主體爆破參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。爆破試驗(yàn)選擇離保護(hù)對(duì)象較遠(yuǎn)的下游縱向圍堰樁號(hào)廠(chǎng)0+153.70m至廠(chǎng)0+173.70m堰段進(jìn)行。

4.2試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容包括各項(xiàng)爆破參數(shù)，要求取得下列資料：

（1）驗(yàn)證單位耗藥量，孔、排距，裝藥結(jié)構(gòu)及爆破網(wǎng)路合理性；

（2）驗(yàn)證爆渣拋擲特征、飛石飛散特征及各項(xiàng)控制與防護(hù)措施的合理性；

（3）驗(yàn)證炸藥品種、性能與堰體混凝土的匹配。

4.3試驗(yàn)段圍堰鉆爆參數(shù)

（1）炸藥單位耗藥量K：0.4kg/m3，選用防水乳化炸藥。

（2）藥卷直徑：選用直徑為32毫米，連續(xù)裝藥線(xiàn)密度為0.91kg/m、直徑為50毫米的藥卷連續(xù)裝藥線(xiàn)密度為2.34kg/m。

（3）炮孔直徑80mm。

（4）鉆孔深度：鉆孔底部高程84.7m。

（5）孔底最小抵抗線(xiàn)W：抵抗線(xiàn)是影響本次拆除爆破的重要參數(shù)之一，W過(guò)大將會(huì)產(chǎn)生大塊，并加大爆破振動(dòng)效應(yīng)，而W過(guò)小易造成飛石拋擲過(guò)遠(yuǎn)且降低爆破能量利用率。根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，抵抗線(xiàn)取藥卷直徑的25～30倍。

（6）孔網(wǎng)參數(shù)：采用矩形布孔方式，孔距取a=2.0m；由于堰頂為梯形，為使炸藥均勻分布，開(kāi)孔排距取b=0.7～1.0m。

（7）堵塞：堵塞1.0m長(zhǎng)，用土砂混合炮泥，采用逐層壓實(shí)堵塞。

（8）最大單孔裝藥量：11.5kg。

5.縱向圍堰主體拆除爆破參數(shù)選擇

5.1破碎帶相關(guān)參數(shù)

破碎帶的爆破方法主要采用預(yù)裂爆破的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（1）線(xiàn)裝藥密度：取240～300g/m。

（2）藥卷直徑：選用φ32mm（連續(xù)裝藥線(xiàn)密度q=0.91kg/m）。

（3）鉆孔直徑：D=80mm。

（4）鉆孔深度：上游縱向圍堰鉆孔底部高程86.2m；下游縱向圍堰鉆孔底部高程84.7m。

（5）孔網(wǎng)參數(shù)：采用梅花型布置，孔排距0.5m×0.5m，斜坡面炮孔孔距視鉆孔機(jī)具超作空間要求作適當(dāng)調(diào)整。

（6）堵塞：堵塞長(zhǎng)度1.0m，堵塞選用土砂混合炮泥，逐層壓實(shí)堵塞。endprint

（7）裝藥結(jié)構(gòu)：炮孔底部裝1m長(zhǎng)的直徑為32的藥卷，中部φ32mm藥卷間隔裝藥，炮孔堵塞1m。

5.2主爆孔鉆爆參數(shù)

主爆孔鉆爆參數(shù)根據(jù)爆破試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，暫定如下：

（1）單位耗藥量K取0.4kg/m3。

（2）藥卷直徑：圍堰為梯形斷面，為保證炸藥能量分布盡量均勻，選用φ32mm（連續(xù)裝藥線(xiàn)密度q=0.91kg/ m）、φ5 0 m m（連續(xù)裝藥線(xiàn)密度q=2.34kg/m）兩種直徑的藥卷。

（3）炮孔直徑80mm。

（4）鉆孔深度：上游縱向圍堰鉆孔底部高程86.2m；下游縱向圍堰鉆孔底部高程84.7m。

（5）最小抵抗線(xiàn)W：根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，抵抗線(xiàn)取藥卷直徑的25～30倍。

（6）孔網(wǎng)參數(shù)：采用矩形布孔方式，孔距取a=2.0m，排距視堰體斷面特征布置。上游縱向圍堰開(kāi)孔排距b=0.7m，下游縱向圍堰開(kāi)孔排距b=1.5m。

（8）堵塞長(zhǎng)度：1.0m，逐層壓實(shí)堵塞。

（9）炮孔底部減振措施：為降低爆破振動(dòng)，并防止爆破對(duì)堰底混凝土鋪蓋的破壞，在樁號(hào)廠(chǎng) 0-15.10至廠(chǎng)0-55.10堰段炮孔底部設(shè)置一0.3m長(zhǎng)的竹筒墊層。

（10）最大單孔裝藥量：上下游縱向混凝土圍堰最大單孔裝藥量分別為13.2公斤和21.3公斤。

6.一次性最大段起爆藥量設(shè)計(jì)

6.1爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程界多年來(lái)的大量工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本工程拆除控制爆破可采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為安全判據(jù)。

根據(jù)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖施工技術(shù)規(guī)范》（SL47-94）、《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）等我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本工程建筑物抗震特性綜合分析，各重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象質(zhì)點(diǎn)振速安全允許標(biāo)準(zhǔn)可參考表6-1。

6.2爆破振動(dòng)傳播規(guī)律分析

K、α值爆破試驗(yàn)段確定。在取得爆破試驗(yàn)成果之前，為有針對(duì)性地分析東坪水電站圍堰的爆破振動(dòng)傳播規(guī)律，可參考我院在幾個(gè)類(lèi)似圍堰爆破拆除中的實(shí)測(cè)資料，見(jiàn)表6-2。

6.3計(jì)數(shù)結(jié)果

最大一段起爆藥量計(jì)算：Q=R3（V/K）3/α

為將爆破振動(dòng)降至最小，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，綜合以上因素，計(jì)算最大一段起爆藥量。通過(guò)計(jì)算，對(duì)爆破最大一段起爆藥量起控制的防護(hù)對(duì)象是大壩基礎(chǔ)的帷幕灌漿區(qū)，上游縱向圍堰允許的最大一段起爆藥量為20kg，下游縱向圍堰炮孔允許的最大一段起爆藥量為60kg。

7.起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

7.1設(shè)計(jì)原則

（1）根據(jù)單孔藥量大小，按不大于安全允許最大一段起爆藥量劃分同段起爆炮孔單元。

（2）在最大一段起爆藥量嚴(yán)格控制的情況下，盡量避免出現(xiàn)重段和串段現(xiàn)象。

（3）嚴(yán)格控制起爆部位對(duì)堰頂傳爆網(wǎng)路的不利影響，最大程度地避免起爆網(wǎng)路中斷的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）嚴(yán)格控制爆渣拋擲方向，使爆破盡量向右側(cè)基坑拋擲，避免爆破飛石直接沖擊大壩。

7.2雷管選擇

起爆雷管采用非電雷管，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在炮孔內(nèi)裝高段位雷管，在炮孔外裝低段位的雷管。

（1）孔內(nèi)延時(shí)非電雷管主要采用MS8、MS9、MS10。

（2）孔外爆破雷管用MS3、MS5。

7.3網(wǎng)絡(luò)連接

爆破網(wǎng)絡(luò)采用雙復(fù)式分段交叉連接，各起爆雷管形成起爆網(wǎng)路。這樣連接的起爆網(wǎng)絡(luò)能最大限度保證可靠。部分起爆網(wǎng)路圖詳見(jiàn)上圖。

8.結(jié)語(yǔ)

受工期限制，本工程縱向混凝土圍堰拆除爆破采取一次性拆除方案。爆區(qū)緊鄰居民密集區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，且采用超常規(guī)的電廠(chǎng)不停機(jī)的爆破方案，減振要求高，減振措施技術(shù)研究難度大。

本次拆除爆破設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了充分、系統(tǒng)的分析和計(jì)算，并進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，獲得了大量重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使爆破設(shè)計(jì)具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)資料，確保圍堰拆除爆破一次性成功。采用同步爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)手段，對(duì)閘墩、廠(chǎng)房及機(jī)電設(shè)備等重要建筑物、重要部位進(jìn)行了安全監(jiān)測(cè)，獲得了翔實(shí)可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不讓東坪水電站工程因縱向混凝土圍堰拆除爆破留下任何安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]水工建筑物巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖施工技術(shù)規(guī)范[S]（SL47-94）.

[2]爆破安全規(guī)程[S]（GB6722-2003）.

[3]爆破安全規(guī)程[S]（GB6722-2003）.endprint