水電站主壩上部結構控制爆破拆除施工技術研究

李生峰

摘要：在水利水電施工建設中，對于大壩改造施工常常要對壩體的部分進行拆除施工，由于水工建筑物對爆破震動非常敏感的特殊性，一般的拆除施工采用鑿除或無聲破碎劑破碎施工，施工難度大，存在安全隱患，為加快施工進度及減少施工成本，采用控制爆破施工對主壩上部結構進行拆除施工。該技術是新的大壩上部結構控制爆破拆除技術。

關鍵詞：控制爆破；質點震動速度；水利工程；水電站；大壩施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV641 文章編號：1009-2374（2015）35-0105-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.052

水豐水電站是我國建國前最大的電站，也是目前我國黃河以北的最大庫容的電站，大壩建設至今已有70年歷史，溢流壩段26孔啟閉機工作橋及橋墩全部爆破拆除，橋墩下部的分流墩需要保留，其混凝土表面風化嚴重，內部強度降低。目前國內水電工程領域還沒有任何單位對大壩頂部結構爆破拆除施工技術進行全面系統的研究，特別是大壩如此老齡并且需保留緊鄰結構在爆破拆除施工技術方面還沒有可以借鑒的成功經驗和技術。

1 主要技術性能指標

水豐水電站主壩為混凝土重力壩，最大壩高106.4m，正常蓄水位123.3m，死水位95.0m，壩頂高程126.4m，壩頂寬度8.5m。在擋水壩段壩頂上設有擋水墻，擋水墻高4.6m，底寬1.5m，其頂部高程為131.0m。壩頂全長899.5m，共分60個壩段，分別為擋水壩段、取水發電壩段和溢流壩段。大壩的溢流壩段設有26個開敞式溢流孔，堰頂高程為116.0m，采用挑流消能。每個溢流孔設有一道平面工作閘門，閘門孔口尺寸為12.0×7.3m（寬×高，下同），溢流壩啟閉機工作橋面高程為135.5m，橋上設有3臺2×600kN臺車式啟閉機，操作26扇工作閘門。

1.1 本次大壩改造的主要施工任務

1.1.1 原壩頂閘門啟閉機工作橋及橋墩拆除并重建，新建工作橋橋面高程為131.5m；拆除原有3臺2×600kN臺車式啟閉機，新設3臺2×630kN門機。

1.1.2 進行混凝土開挖，拆除并更新原有26扇工作閘門和閘門槽及底坎金屬結構。

1.2 主壩工作橋控制爆破技術指標

1.2.1 水豐水電站主壩溢流壩段啟閉機工作橋共26孔，單孔跨度為15m，凈跨12m，工作橋總長為390m。工作橋下溢流面高程為116，橋墩建在閘墩上部底高程為126m，橋墩高度為8m，橋墩截面為2×3m，工作橋橋梁重量約為165噸，橋面高程為135.5m。

1.2.2 主壩工作橋127.5m高程以上部分，采用定向控制爆破拆除方案，拆除混凝土方量為2802.38m?。

1.2.3 工作橋混凝土控制爆破拆除選用的爆破參數為：炸藥單耗0.8kg/m?，保護部位混凝土最大質點震動速度不大于5cm/s，采用隔段非電毫秒雷管起爆。

1.2.4 選用的火工材料性能。本次爆破選用2#巖石乳化炸藥，乳化炸藥威力相對較低，爆速≥3200m/s，猛度≥12mm，炸藥密度為1.0～1.3g/cm3，防水性能好，利于拆除爆破使用。

1.2.5 質點振動速度控制指標。本次工作橋控制爆破拆除成功的關鍵在于質點振動速度的控制，根據《爆破安全規程》（GB 6722-2003）、《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》（DL/T 5389-2007）及參考《三峽工程建（構）筑物附件的控制爆破技術》不同部位的安全允許質點震動速度標準。

1.2.6 主壩工作橋控制爆破拆除后，上部工作橋梁和橋墩落入水中，產生的涌浪高度應該小于3m。

2 主要技術創新點與難點

水豐水電站修建于日偽時期，已運行近70年，電站產權為中朝雙方共有，但運行管理由朝方負責，所有前期的現場勘查、檢驗等技術工作都需要朝方密切配合，通過對現場混凝土進行聲波回彈測試顯示，大壩混凝土強度均一性很差，而且有的部位強度很低，給爆破拆除施工帶來了極大的困難及風險。現場作業面全部為高空作業，涌浪和動水壓力檢測需要在水上進行，存在一定安全問題，主要技術特點和難點如下：

2.1 工作橋控制爆破拆除質點振動速度控制標準高

該電站是河床式電站，發電廠房在左岸朝鮮國境內河床壩段，由朝鮮人民民主共和國管理，機組最右端臨近爆破區，其水平距離不足30m，垂直距離約80m，爆破期間機組仍在正常發電。質點振動速度等安全標準要滿足兩國要求。本次爆破位置敏感，稍有不慎將引起兩國外交糾紛，必須仔細、謹慎地制定各項技術措施，做到萬無一失。

2.2 控制爆破拆除飛石控制標準高

主壩交通橋位于工作橋下游側與之平行，橋面高程為126.8m，長度與工作橋相同均為390m，朝方在主壩交通橋欄桿上布置一條10kV高壓電纜，高程為128m，高壓電纜位于主壩工作橋橋墩下游側，距離橋墩7m，朝方側距本次拆除爆破區域端部20m處為朝方壩上變壓器房，需保證變壓器在爆破時正常運行。

2.3 拆除爆破下部結構保護難度大

由于啟閉機工作橋為水豐主壩上部結構，使用超聲波檢測后，結果顯示目前其鋼筋混凝土結構強度均一性極差，下部與之相連的閘墩是需要保留的結構，根據超聲波檢測情況反應也存在不同程度的強度問題，因此，該研究課題解決的技術關鍵之一就是如何保證上部結構拆除時，不得損壞下部的保留結構。

2.4 主壩工作橋爆破拆除落入水庫產生涌浪和動水壓力控制難

主壩工作橋采用定向控制爆破拆除后，工作橋橋墩和上部結構失穩，瞬間向庫內傾倒，完成拆除，爆破崩落物墜入庫區內后，勢必會產生浪涌，該研究課題解決的技術關鍵之一是爆破產生的涌浪、動水壓力對壩體及庫區岸坡等的影響，使之控制在允許范圍之內。水豐水電站設計蓄水位高程為123.3m，主壩工作橋頂高程為135.5m，主壩工作橋控制爆破拆除施工時段為枯水期，水庫水位高程處于90～100m之間，距大壩正常水位有20m高的安全儲備，但工作橋墜落物距水面越高所具有的動能越大。首先對中方側3孔（26、25、24孔）工作橋進行爆破拆除試驗，以驗證爆破參數是否合理，檢測涌浪、動水壓力是否對大壩有不利影響，檢測爆破震動數據是否超標。

2.5 起爆網絡可靠度高

主壩工作橋控制爆破拆除試驗后剩余22個橋墩需要一次性整體爆破，工作橋距下部溢流面18m高，需保證同步向上游水庫中傾倒，防止上部工作橋梁墜落到下部砸壞大壩溢流面混凝土。起爆網絡是整體拆除爆破成功的重要因素，因此對整個起爆網絡的可靠性要求極高。工作橋控制爆破拆除使用2條起爆主線，材料為導爆索，單條起爆主線長度超過400m，導爆索需要進行多次搭接，搭接接頭能否有效傳爆是爆破拆除成功的前提，根據起爆網絡試驗，導爆索接頭搭接長度為30cm，使用電工膠帶綁扎。

2.6 閘墩墩頭防護難度大

工作橋橋墩爆破后結構失穩向上游傾倒，在傾倒過程中會撞擊閘墩下部的分流墩墩頭，對此部位需要進行重點防撞減震防護，避免分流墩墩頭混凝土結構損壞，因此合理設計墩頭混凝土防護措施是爆破拆除的重點和難點。

4 結語

課題依托水豐水電站金屬結構和安全監測改造工程，深入開展了水豐水電站主壩工作橋上部結構控制爆破拆除施工技術系列科研攻關，在新技術、新工藝等方面取得了一系列具有廣闊應用前景的科研成果，進一步研究和完善了大壩上部結構控制爆破拆除施工技術，明顯加快了大壩上部結構混凝土拆除的施工進度、降低了工程造價，完善了大壩上部結構控制爆破拆除的施工工藝。

參考文獻

[1] 苗勝坤，趙峰，黃寧.三峽工程建（構）筑物附近的控制爆破技術[J].人民長江，2001，（10）.

[2] 盧文波.三峽工程臨時船閘與升船機開挖中的爆破方案優化和爆破振動控制[J].巖石力學與工程學報，1999，（5）.

[3] 黃斌，黃寧.三峽右岸場地開挖工程爆破振動安全控制[J].人民長江，2002，（9）.

[4] 盧文波，賴世驤，朱傳云.三峽工程巖石基礎開挖爆破震動控制安全標準[J].爆炸與沖擊，2004，（5）.

（責任編輯：黃銀芳）