導(dǎo)流隧洞封堵混凝土內(nèi)放水洞爆破開挖控制技術(shù)

韓可林 趙銀超（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410004）

導(dǎo)流隧洞封堵混凝土內(nèi)放水洞爆破開挖控制技術(shù)

韓可林 趙銀超
（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410004）

某工程因工程需要，需在原導(dǎo)流隧洞內(nèi)原已施工完成的封堵混凝土重新開挖放水洞，放水洞斷面為城門洞型，過水?dāng)嗝娉叽?.5 m×7.5 m（寬×高），文章主要研究復(fù)雜環(huán)境下堵頭C20混凝土爆破開挖控制爆破技術(shù)，安全振速控制在設(shè)計要求范圍之內(nèi)，保證周邊建筑的安全，確保開挖快速進(jìn)行，滿足工程工期要求，可為類似工程提供參考依據(jù)。

導(dǎo)流隧洞封堵混凝土 爆破控制 爆破技術(shù)

1 概 述

某工程因工程需要，需在原導(dǎo)流隧洞內(nèi)原已施工完成的封堵混凝土重新開挖放水洞，改建放水洞段由進(jìn)口平段、中間斜坡段及出口漸變段三段構(gòu)成。

（1）進(jìn)口平段（導(dǎo)0+222.00～導(dǎo)0+232.00）。

進(jìn)口平段長10 m，位于導(dǎo)流洞臨時堵頭A段內(nèi)，底板高程1135.00 m，斷面為城門洞型，過水?dāng)嗝娉叽?.5 m×7.5 m（寬×高），開挖尺寸8.8 m×7.9 m。

（2）中間斜坡段（導(dǎo)0+232.00～導(dǎo)0+276.00）。

中間斜坡段長44 m，位于臨時堵頭A下游、臨時堵頭B段及永久堵頭第一段上游，進(jìn)出口底板高程分別為1 135.00 m、1 132.72 m，坡度7.61%。斷面為城門洞型，過水?dāng)嗝娉叽?.5 m×7.5 m（寬×高），開挖尺寸8.8 m×7.9 m。

（3）出口漸變段（導(dǎo)0+276.00～導(dǎo)0+286.00）。

出口漸變段長10 m，位于永久堵頭第一段下游，由城門洞型斷面（8.5 m×7.5 m）漸變?yōu)榉叫蛿嗝妫?.5 m×6.18 m）接弧門閘室段。進(jìn)出口底板高程分別為1 132.72 m、1131.30 m，上游長4.6 m段底坡為7.61%，下游長5.4 m段底坡為0。頂板采用1∶6壓坡過渡。

2 開挖程序及控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 開挖程序

堵頭段開挖分三段進(jìn)行：

（1）首先開挖永久堵頭第一段（導(dǎo)0+262.00～導(dǎo)0+286.00）。

（2）臨時堵頭B全段及臨時堵頭A下游5 m段（導(dǎo)0+232.00～導(dǎo)0+262.00）。宜在閘室混凝土澆筑完成后進(jìn)行堵頭內(nèi)混凝土洞挖。

（3）臨時堵頭A預(yù)留10 m段（導(dǎo)0+222.00～導(dǎo)0+232.00）。應(yīng)在弧門安裝、調(diào)試完成并具備擋水條件后方可開始實施洞挖作業(yè)。該段洞挖分兩期開挖，一期先開挖4 m，應(yīng)在水庫水位降低至1 175 m以下后開始；二期開挖最后6 m，應(yīng)在在堵頭前導(dǎo)流洞內(nèi)積水水位低于放水洞進(jìn)口底板高程后進(jìn)行。預(yù)留段開挖前，組織各方對堵頭前導(dǎo)流洞襯砌結(jié)構(gòu)安全狀況、堵頭前水位狀況進(jìn)行安全評估，安全評估意見認(rèn)為堵頭前襯砌結(jié)構(gòu)安全，具備預(yù)留段開挖條件后，方可進(jìn)行預(yù)留段開挖工作。

預(yù)留段最小長度采用DL/T 5195-2004《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》中推薦的封堵體抗滑穩(wěn)定計算公式計算，在不同水位情況預(yù)留段最小長度計算成果見附表。

附表 不同水位情況預(yù)留段最小長度成果表 m

（4）開挖后，先將開挖面上外露的腳手架鋼管用砂漿回填密實；邊墻、頂拱開挖面應(yīng)適時采用噴10 cm厚C25鋼纖維混凝土進(jìn)行支護；第一、第二段開挖完成后，進(jìn)行已開挖段底板20 cm厚C25找平混凝土澆筑，再全斷面涂抹5 cm厚環(huán)氧砂漿。

2.2 爆破標(biāo)準(zhǔn)

放水洞在封堵混凝土內(nèi)開挖施工是導(dǎo)流洞改建難點，施工中應(yīng)確保導(dǎo)流洞堵頭、洞身襯砌結(jié)構(gòu)、放水洞弧門閘室結(jié)構(gòu)、放水洞弧門、防滲帷幕、地下廠房及引水發(fā)電洞等周邊建筑物、設(shè)備的穩(wěn)定安全運行。

按照GB 6722-2011《爆破安全規(guī)程》及DL/T 5389-2007《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范規(guī)定，并參照國內(nèi)有關(guān)控制爆破工程的實踐經(jīng)驗，確定鄰近建筑物爆破質(zhì)點振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）新澆混凝土。初凝～3 d，安全允許振速：2.0 cm/s；3～7 d，安全允許振速：3.0 cm/s；7～28 d，安全允許振速：7.0 cm/s；28 d以上10.0 cm/s。

（2）堵頭段新老混凝土結(jié)合面。安全允許振速：7 cm/s。

（3）灌漿區(qū)安全允許振速：3 d內(nèi)不能受振；3～7 d：0.5 cm/s；7～28 d：（2.0～5.0）cm/s；28 d以上，5.0 cm/s。

（4）電站進(jìn)水口。閘門系統(tǒng)允許振速：5.0 cm/s，混凝土允許振速：10 cm/s。

（5）引水道允許振速：10.0 cm/s。

（6）電站中心控制室設(shè)備的安全允許振速：0.9cm/ s（運行）、2.5 cm/s（停機）。

（7）主變室的安全允許振速：0.9 cm/s。

（8）預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿允許振速。3 d：1.0 cm/ s；3～7 d：1.5 cm/s；7～28 d：（5.0～7.0）cm/s；28 d以上：7.0 cm/s。

（9）噴混凝土安全允許振速。1～3 d：1.0 cm/s；3～7 d：2.0 cm/s；7～28 d，（5.0～10.0）cm/s；28 d以上，10.0 cm/s。

上述控制點為被保護建筑物或設(shè)備距離爆破區(qū)最近的點。

3 開挖爆破控制施工技術(shù)

3.1 工程難點

放水洞開挖是在導(dǎo)流洞混凝土堵頭內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境復(fù)雜，控制要求高，施工難度大。

（1）環(huán)境復(fù)雜：附近有大壩防滲帷幕、地下廠房、引水發(fā)電洞等。

（2）爆破安全控制要求嚴(yán)：必須確保爆破不會對上述建筑物產(chǎn)生影響；同時還要采取有效措施，盡可能減少對導(dǎo)流洞堵頭混凝土本身強度以及洞身襯砌結(jié)構(gòu)的影響及新澆混凝土結(jié)構(gòu)的影響。

（3）施工干擾大：改建工程空間狹小，施工通道僅一條，爆破開挖、混凝土澆筑、閘門安裝等存在施工交叉，相互干擾。

（4）堵頭內(nèi)存在施工鋼管：據(jù)了解，臨時堵頭A、B段混凝土內(nèi)有2 m×2 m鋼管排架，永久堵頭內(nèi)也有少量的鋼管，這對放水洞成型不利，極有可能對保留混凝土產(chǎn)生拉裂破壞。

3.2 爆破試驗

3.2.1 爆破試驗?zāi)康?/p>

（1）優(yōu)化混凝土內(nèi)隧洞開挖爆破參數(shù)；

（2）提高炮孔有效利用率，增加爆破單循環(huán)進(jìn)尺；

（3）提高炸藥能量利用率，降低炸藥單耗；

（4）改善光面爆破效果，減少超欠挖；

（5）通過爆破振動監(jiān)測，對爆破施工進(jìn)行反饋控制，確保周圍建筑物安全。

3.2.2 爆破試驗方法

結(jié)合施工，分別進(jìn)行2～3組爆破試驗。試驗內(nèi)容包括：掏槽形式、掏槽孔的布置，輔助孔、周邊孔的爆破參數(shù)優(yōu)化，雷管段別的選擇及起爆網(wǎng)路優(yōu)化等。

（1）對掏槽形式進(jìn)行試驗研究：炮孔有效利用率低，大多情況下與掏槽爆破的效果有關(guān)，如掏槽深度沒有達(dá)到設(shè)計進(jìn)尺，就會影響后續(xù)輔助孔、周邊孔的爆破進(jìn)尺。因此，對掏槽形式、起爆順序、起爆時差進(jìn)行優(yōu)化，使先爆孔能為后爆孔創(chuàng)造有利的瞬間臨空面，改善后爆孔的爆破效果。

（2）優(yōu)化炮孔布置：對炮孔布置進(jìn)行優(yōu)化，使炸藥能量均勻分布，減少炸藥能量浪費。

（3）優(yōu)化光面爆破的裝藥結(jié)構(gòu)：光面爆破質(zhì)量的好壞，主要取決于鉆孔質(zhì)量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方式。

（4）爆破試驗時，進(jìn)行爆破振動監(jiān)測，掌握爆破振動傳播規(guī)律，對爆破施工進(jìn)行反饋分析，確保周圍建筑物的安全。

3.3 爆破方案

3.3.1 總體方案

采用手風(fēng)鉆淺孔、中心掏槽、周邊光面爆破、短進(jìn)尺、多循環(huán)的總體施工方案。

按設(shè)計要求，放水洞開挖分3個階段進(jìn)行：

（1）第1階段：永久堵塞段開挖，該段長24 m，其中14 m有3 m×3.5 m灌漿廊道，爆破時可利用該廊道作為臨空面，周邊布置光面爆破孔爆破方案；其余10 m需采用中心掏槽、周邊布置光面爆破孔爆破方案。

（2）第2階段：臨時堵塞段B總長為30 m，爆破時需采用中心掏槽、周邊布置光面爆破孔爆破方案。

（3）第3階段：臨時堵塞段A，預(yù)留段長為10 m，爆破時需采用中心掏槽、周邊布置光面爆破孔爆破方案。

3.3.2 爆破方案

為確保安全和成型效果，施工初期的循環(huán)進(jìn)行按1.5 m進(jìn)行，通過試驗，再逐步提高到2.0 m、2.5 m。

設(shè)計的放水洞開挖斷面形狀有矩形、城門洞型及過渡段。

開挖主要爆破參數(shù)有：

鉆孔直徑：手風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔直徑為40 mm。

主爆孔：一般主爆孔的孔距、排距0.7 m，孔深1.5 m，連續(xù)裝藥長度0.8 m，堵塞長度0.7 m；主爆孔加強裝藥，其孔、排距為0.7 m，孔深1.8 m，連續(xù)裝藥長度1.2 m，堵塞長度0.6 m。

緩沖孔：緊鄰預(yù)裂孔的一圈炮孔作為緩沖孔，一般緩沖孔距離光爆孔0.6 m，孔距0.7 m，孔深1.5 m，連續(xù)裝藥長度0.7 m，堵塞長度0.8 m。主緩沖孔孔距適當(dāng)加密并加強裝藥，孔深1.8 m，連續(xù)裝藥長度1 m，堵塞長度0.8 m。

預(yù)裂爆破孔：孔距0.4 m，孔深1.8 m，左右邊墻和拱頂?shù)念A(yù)裂孔線裝藥密度250 g/m，堵塞長度0.6 m。

底板預(yù)裂孔線裝藥密度550 g/m，堵塞長度0.6 m。所有的預(yù)裂孔底部均裝1節(jié)炸藥，剩余的炸藥沿炮孔裝藥段均勻分布。采用不耦合不連續(xù)裝藥方式，用竹片綁扎導(dǎo)爆索和藥卷送入孔底。

主爆孔和緩沖孔連續(xù)裝藥，必須用炮棍搗實并確保裝藥到孔底，孔內(nèi)用非電導(dǎo)爆管雷管延時微差起爆。預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索聯(lián)網(wǎng)并進(jìn)孔起爆。

起爆網(wǎng)絡(luò)：采用預(yù)裂爆破方式，即周邊的預(yù)裂孔先于其它炮孔起爆。主爆孔、緩沖孔孔內(nèi)采用單發(fā)雷管，預(yù)裂孔在導(dǎo)爆索兩端各用一發(fā)雷管起爆?？變?nèi)導(dǎo)爆索與網(wǎng)路導(dǎo)爆索之間搭接采用水手結(jié)或十字搭接，導(dǎo)爆索應(yīng)該牢固連接，不能松散。導(dǎo)爆管聯(lián)網(wǎng)時就近“一把抓”式并聯(lián)聯(lián)結(jié)，距離較遠(yuǎn)處導(dǎo)爆管長度不夠時，用MS1段雷管加長。

炮孔布置左右對稱，在4個角處適當(dāng)加密并加強裝藥所有的炮孔直徑均為42 mm，采用粘土堵塞。

最大單響藥量22.7 kg，一次爆破總藥量132.8 kg，一次爆破方量86.93，平均炸藥單耗1.53 kg/m3。

附圖為爆破典型斷面圖。

附圖 爆破典型斷面圖

掏槽形式：一般采用楔形或直線形掏槽。楔形掏槽效果好，但施工角度控制難度大，孔深根據(jù)鉆孔角度進(jìn)行調(diào)整；直線形掏槽效果不及楔形掏槽，但施工簡單。

炸藥類型：由于導(dǎo)流洞內(nèi)有滲水，需采用塑料卷狀乳化炸藥，炸藥直徑為32 mm。

起爆網(wǎng)路：采用塑料導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)延時起爆網(wǎng)路。為減少爆破振動，應(yīng)盡可能減少單段藥量，因此，MS1～MS15段雷管都用上。

4 開挖施工爆破檢測成果

4.1 測點位置

（1）廠房2#機組旁邊墻，為1#測點。

（2）中控室地面，為2#測點。

（3）1182灌漿廊道25#壩段，為3#測點。

（4）引水洞堵頭旁邊，為4#測點。

（5）導(dǎo)流洞與進(jìn)導(dǎo)流洞交通洞交叉部位，為5#測點均監(jiān)測水平切向、鉛垂向以及水平徑向質(zhì)點振動速度。

4.2 檢測成果

爆破振動監(jiān)測成果見表2。

韓可林（1971-），男，高級工程師，主要從事水利水電及鐵路工程施工技術(shù)，手機：13755111480。