羅賽雷斯大壩加高工程之KENANA渠首開挖安全控制技術

彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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羅賽雷斯大壩加高工程之KENANA渠首開挖安全控制技術

彭 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

羅賽雷斯大壩加高工程之KENANA渠首消力池底板距離周邊建筑物近，其石方爆破開挖不僅要考慮爆破效果，還要考慮爆破對周邊建筑物的安全影響。以羅賽雷斯大壩加高工程之KENANA渠首消力池底板爆破開挖為例，總結了距離建筑物較近時的爆破安全控制技術，以期對類似工程的施工有一定的參考價值。

羅賽雷斯大壩；KENANA渠首；開挖；安全控制技術

1 工程概述

羅賽雷斯大壩位于蘇丹首都喀土穆東南550 km處的青尼羅河州首府達瑪津市。大壩為混合壩型，河床壩段為混凝土壩，左右岸為土石壩。大壩初期工程于1967年全部建成，大壩加高工程是在原有大壩基礎上加高10 m，并向左右岸延長、向下游加寬。加高后的壩體全長由原來的13.5 km增加至25.1 km。

混凝土壩全長1 017 m，KENANA渠首壩段為混凝土壩西部(左部)的一個渠首壩段，包括60#～65#支墩，壩段長105 m。在大壩加高工程中，KENANA渠首壩段下游設計有混凝土消力池底板，為了完成KENANA渠首壩段下游消力池底板施工任務，必須先對KENANA渠首壩段下游施工區域內的壩基進行開挖清理。工程師的設計開挖圖紙給出了壩基開挖范圍以及開挖的深度、坡比大小，整個基礎開挖長77 m，寬39.55 m，筆者根據對現場原始地形進行的測量，結合KENANA渠首壩段地質探坑的探測結果計算出KENANA壩基的開挖量為：覆蓋層20 384 m3，巖石10 818 m3。

2 所采用的施工方法

考慮到整個開挖區域內的巖石開挖量較大，巖石硬度較大，采用常規液壓錘開挖方式效率低，難以滿足工程進度要求，因此，承包商建議采用小藥量松動爆破的方式完成該部位的開挖工作。具體施工方案如下：

承包商在2011年1月10日前已基本完成開挖區域內土方的開挖。現場巖石分布情況為：在靠近上游已有混凝土底板結構面樁號0+34.000～0+48.000已基本達到設計方案的開挖底高程，承包商只需用液壓錘對其進行處理即可達到設計要求。其他開挖區域雖然有兩塊面積大約為10 m2的部位地勢較低，但其他開挖厚度均較為平整，因此，承包商建議對這兩塊區域減少裝藥量，對整個開挖區域進行松動爆破處理。根據技術條款6.11.2規定，在永久工程及設施或其他結構10 m范圍不應該爆破的規定，承包商建議將靠近上游已有混凝土底板結構面及靠近65#支墩擋墻延伸段10 m以外的開挖區域定為本次爆破開挖區域，即圖1中的C區和D區。

圖1 KENANA渠首壩段下游消力池底板開挖區域示意圖

3 爆破設計

(1)開挖區域均為中等風化的片麻巖，巖石堅固系數f=7～10,炸藥為2號巖石乳化炸藥，明挖松動爆破單耗藥量取0.3 kg/m3。

(2)火工材料的種類及規格：

炸藥：2號巖石乳化炸藥；

雷管：毫秒非電雷管，段別為MS1～MS10；

傳爆器材：導爆索；

起爆器材：火雷管。

(3)預裂爆破設計：

采用手風鉆鉆孔：

孔徑d1=42 mm。

①炮孔間距a的計算:

根據經驗公式a=(7～10)d1=(7～10)×42=294～420(mm)。

選用a=400 mm。

②堵塞長度L3的計算：

L3=(1/3～1/2)H=(1/3～1/2) ×2.35=0.784～1.175(m)。

選取L3=1 m。

③超深hs2的計算：

hs2=(0.12～0.3)H=(0.1～0.3) ×2.35=0.235～0.705(m)

取hs2=0.25 m。

④柔性墊層：為減少爆破對壩基的影響，在炮孔底部設置柔性墊層，柔性墊層材料選用細沙,柔性墊層厚0.25 m。

⑤線裝藥密度qx的計算：

qx=0.042【αp】0.63a0.6=0.042×(70～100)0.63×0.40.6=0.353 2～0.385(kg/m)

選取qx=0.35 kg/m。

式中qx為線裝藥密度, kg/m,定義為全孔裝藥量扣除底部增加的裝藥量后除以長度；αp為巖石極限抗壓強度，MPa；H為開挖深度，m。

⑥底部增加裝藥qx1的計算：

qx1=1/3(H-L3)fqx=1/3×(2.35-1) ×0.35×0.35=0.055(kg)。

式中f為孔底裝藥增加系數，選f=0.35。

⑦單孔裝藥量Q1的計算：

Q1=qx(2.35-0.9)+q2=0.35×(2.35 -1)+0.055=0.527(kg)。

選單孔裝藥量Q1=0.5(kg)。

(4)主爆區的設計。

采用垂直鉆孔，由于開挖區域內上下游巖層開挖厚度差異較大，項目部根據開挖區域內的現場實際情況：靠近上游側樁號0+34.000～0+68.000內的巖層較平整，平均厚度約為2.35 m,而下游側樁號0+68.000～0+73.550 m之間的巖層較厚，取平均開挖深度為4.6 m，因此，我們建議分兩層爆破,每次爆破厚度不超過2.5 m。具體參數如下：

H=2.35 m；

采用手風鉆鉆孔：

d1=42 mm。

hs2=(0.12～0.3)H=(0.1～0.3)×2.35=0.235～0.705(m)，

取hs2=0.25 m。

孔深：L=H+hs1=2.35+0.25=2.6(m)。

底盤最小抵抗線W1:

W1=(15～30)d1=(15～30)×0.042 =0.63～1.26(m)

選取W1=0.6 m。

孔距a和排距b：

a=mW1=(0.8～2) ×0.6=0.48～1.2(m)

式中m為密集系數，一般取0.8～2；選取a=1 m；一般取b=a/1.25=1/1.25=0.8，取b=0.8 m。

堵塞長度L2=(1/3～1/2)×H=(1/3～1/2)×2.35=0.783～1.175(m)；選取L2=0.9 m。

對于單位炸藥耗藥量，由于本次爆破為松動爆破，巖石為片麻巖，其極限抗壓強度為70～100 MPa，故選取單位炸藥耗藥量q=0.3 kg/m3。

單孔炸藥量 ：

第一排單孔炸藥量：

Q1=qaW1H=0.3×1×0.6×2.35=0.44(kg)

選用Q1=0.5 kg。

從第二排孔開始，以后各排孔的每孔裝藥量：

Q2=kqabH=(1.1～1.2)×0.3×1×0.8×2.35=0.621～0.68(kg)

式中k為克服前排孔巖石阻力的增加系數，一般取1.1～1.2。

選取Q2=0.7 kg。

最終選取的爆破設計參數見表1。

表1 KENANA渠首壩段下游消力池底板石方爆破設計參數表

4 爆破安全核算

4.1 空氣沖擊波超壓值△P計算

(1)主爆區爆破對現有混凝土結構及建筑物的影響。

主爆區排與排之間采取微差爆破，單響總藥量為每排炮孔裝藥總量Q1=39×0.7=27.3(kg)。

式中 △Pij為空氣沖擊波超壓值,105Pa；k,α為經驗系數和指數；一般梯段爆破取k=1.48，α=1.55；Q1為爆破炸藥量，kg；延時爆破為最大一段藥量；Rij為藥包至危害對象的距離，m。現場測量結果表明：

第一排主爆孔幾何中心距KENANA上游已有混凝土底板的距離R11=20.125m；

第一排主爆孔幾何中心距59#支墩新澆混凝土結構面的距離R12=21.5m。

根據現場測量得知：距爆破區域最近的發電廠區的建筑物為NEC機修車間，第一排主爆孔幾何中心距機修車間的距離R13=104m。

△P11=0.077 9×105Pa<0.25×105Pa(原KENANA混凝土底板結構無損壞)

△P12=0.070 3×105Pa<0.25×105Pa(59#支墩新澆混凝土結構無損壞)

△P13=0.006 5×105Pa<0.09×105Pa(對NEC機修車間無影響)。

(2)預裂孔爆破對現有混凝土結構及建筑物的影響。

主要演算與主爆孔平行的一排預裂孔爆破對現有混凝土結構及建筑物的影響。該排預裂孔的炸藥總量Q2=48.5kg

式中 Rij為藥包至危害對象的距離，m。根據現場測量結果得知：

預裂孔爆破幾何中心距KENANA上游已有混凝土底板的距離R21=20.125m。

預裂孔爆破幾何中心距59#支墩新澆混凝土結構面的距離R22=21.1m。

根據現場測量得知距爆破區域最近的發電廠區的建筑物為NEC機修車間，預裂孔爆破幾何中心距機修車間的距離R23=104m。

△P21=0.104 8×105Pa<0.25×105Pa(原KENANA混凝土底板結構無損壞)

△P22=0.097 4×105Pa<0.25×105Pa(59#支墩新澆混凝土結構無損壞)

△P23=0.008 22×105Pa<0.09×105Pa(對NEC機修車間無影響)。

以上計算結果均滿足爆破安全規程要求的安全限制，故本次爆破的空氣沖擊波超壓值滿足安全要求。

4.2 地震波

(1)主爆區爆破產生的爆破質點震動速度：

式中Vij為質點的震動速度，cm/s;m為與爆破點到計算保護對象間的地形地質條件有關的系數；β為衰減指數；根據巖石的極限抗壓強度為70～100 MPa，可選m=200,β=1.65。根據現場測量結果得知：

第一排主爆孔幾何中心距KENANA上游已有混凝土底板的距離R11=20.125 m；

第一排主爆孔幾何中心距59#支墩新澆混凝土結構面的距離R12=21.5 m。

根據現場測量結果得知：距爆破區域最近的發電廠區的建筑物為NEC機修車間，第一排主爆孔幾何中心距機修車間的距離R13=104 m。

爆破安全規程規定：

水工隧洞質點震動速度不超過13 cm/s；

新澆大體積混凝土齡期超過28 d的質點振動速度不超過12 cm/s；

水電站機修站等質點振動速度不超過1 cm/s。

V11=8.705 cm/s<13 cm/s(原KENANA混凝土底板結構無損壞)。

V12=7.805 cm/s<12 cm/s (59#支墩新澆混凝土結構無損壞)。

V13=0.579 cm/s<1 cm/s (對NEC機修車間無影響)。

(2) 預裂孔爆破產生的爆破質點震動速度對現有混凝土結構及建筑物的影響。

主要演算與主爆孔平行的一排預裂孔爆破對現有混凝土結構及建筑物的影響。該排預裂孔的炸藥總量Q2=48.5 kg。

根據現場測量結果得知：

預裂孔爆破幾何中心距KENANA上游已有混凝土底板的距離R21=20.125m。

預裂孔爆破幾何中心距59#支墩新澆混凝土結構面的距離R22=21.1m。

根據現場測量結果得知：距爆破區域最近的發電廠區的建筑物為NEC機修車間，預裂孔爆破幾何中心距機修車間的距離R23=104m。

V21=11.94cm/s<13cm/s(原KENANA混凝土底板結構無損壞)；

V22=11.044cm/s<12cm/s(59#支墩新澆混凝土結構無損壞)；

V23=0.794cm/s<1cm/s(對NEC機修車間無影響)。

以上計算結果均滿足爆破安全規程要求的安全限制，故本次爆破的質點震動速度滿足安全要求。

5 所采取的其他爆破安全控制措施

(1)為了控制飛石對人員及附近建筑物的影響，將爆破飛石控制在30m范圍內。在爆破區域內鋪設沙袋，以最大限度地減少飛石對人員及附近建筑物的影響。

(2)由專業爆破人員完成裝藥及整個起爆網絡安裝，非專業爆破人員在整個裝藥過程中不得進入爆破區域。

(3)待爆破完成后，在專業爆破人員確認爆破區域內無危險后，采用液壓錘結合風鎬對欠挖及未達到爆破效果的部位進行處理。

6 結 語

2011年2月4日，我們根據爆破設計方案，對KENANA渠首壩段下游消力池底板C區、D區石方進行爆破。爆破結果表明：通過爆破控制及采取安全防護措施，消力池底板C區、D區的石方松動爆破效果良好，附近建筑物未受到破壞影響。

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV52;TV513

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1001-2184(2016)06-0033-04

彭 明(1977-)，男，四川南部人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.