塔貝拉水電站四期擴建項目復雜環境混凝土拆除技術

沈 俊 峰，拓 瑜，楊 合 誼

(中國水利水電第七工程局有限公司 國際工程公司，四川 成都 610081)

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北方，距伊斯蘭堡約113 km。塔貝拉水電站4期擴建工程是將現有的4#灌溉隧洞改為引水發電洞，擴容1 410 MW(3臺單機容量為470 MW混流式水輪機)機組，使現有電站裝機容量由3 478 MW增大到4 888 MW，從而增加該國的電力供應。

2 塔貝拉水電站混凝土拆除具有的特點

根據設計，為形成塔貝拉水電站4期擴建規劃中的新廠房、新壓力鋼管的建基面，需要對原有的3#、4#隧洞出口部位的混凝土結構進行拆除，主要包括原4#隧洞出口泄洪道及挑流鼻坎的拆除，原4#隧洞出口右翼墻的拆除，原3#隧洞出口消力池底板的拆除，原3#、4#隧洞中隔墻的拆除，原3#、4#隧洞出口弧門控制塔的拆除，原4#隧洞出口弧門附屬結構的拆除，原4#隧洞出口壓力鋼管及二岔管外包混凝土的拆除等?；炷敛鸪哂幸韵绿攸c：

(1)總拆除工程量巨大，實際達34萬m3。

(2)需要拆除的混凝土類型多，包括鋼筋混凝土、無筋混凝土、碾壓混凝土、預應力鋼筋混凝土等不同結構；

(3)最大拆除高度約40 m，場地狹窄，難以布置施工道路；

(4)施工區緊鄰現有的、正在運行的發電廠房，最近處僅35 m，對爆破飛石及爆破振動的要求極高。

3 混凝土拆除規劃

由于混凝土拆除施工區位于下游庫區，考慮到下游鋼板樁圍堰施工難度大、周期長，為盡快啟動混凝土拆除施工，根據待拆除混凝土的結構特點，對該項施工進行了分兩期拆除/開挖的總體規劃。

(1) 一期拆除/開挖：在下游鋼板樁圍堰施工完成之前，將部分待拆除結構物暫時預留，利用3#、4#隧洞出口段中隔墻、4#隧洞出口挑流鼻坎及部分4#隧洞出口右側擋墻形成一道預圍堰進行擋水，對預圍堰內側區域進行一期拆除/開挖；

(2) 二期拆除/開挖：廠房基坑排水完成后，在廠房基坑下游側修筑施工道路，對剩余的混凝土進行拆除/開挖(主要為原3#隧洞出口消力池底板)。

塔貝拉水電站四期工程混凝土拆除施工的總體規劃，特別是在下游鋼板樁圍堰形成之前利用原有混凝土結構形成預圍堰以進行一期拆除/開挖的施工規劃，使17#機的基礎開挖時間大大提前，從而為整個項目趕工計劃的實現創造了有利條件。

4 混凝土拆除施工技術

4.1 鉆爆拆除

該工程混凝土拆除施工主要采用常規的毫秒微差淺孔梯段爆破的施工方式，設計邊坡采用預裂爆破方式施工。鉆孔設備主要采用液壓鉆、錨固鉆機、手風鉆，清理工作面及出渣設備主要采用液壓錘、液壓反鏟及20 t自卸車。

通過控制最大單響裝藥量以滿足周邊建筑物在爆破作業中的粒子振動速率不得超過2 cm/s的合同要求。

經過多次研究和生產性爆破試驗，不斷調整優化，針對不同結構、不同強度的混凝土總結了一些經驗并獲得了一些施工效果好、成本經濟的爆破設計，具體情況如下：

(1)梯段爆破深度宜與混凝土原施工分層層厚一致，即炮孔不穿透混凝土施工縫，爆破效果最好，一般為2～3 m；若炮孔穿透混凝土施工縫，則炮孔內宜采用分段裝藥形式，除在炮孔孔口處堵塞外，還應在混凝土層間分縫處堵塞。

(2)應盡量創造好的臨空面條件，使爆破效果更好。

(3)經調整優化，將鋼筋混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.7～1 kg/m3，無筋混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.4～0.7 kg/m3，碾壓混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.3～0.4 kg/m3，效果較好。

(4)混凝土預裂爆破采用液壓鉆鉆孔，孔徑為76 mm，孔距70 cm，采用空氣間隔不耦合裝藥形式，藥卷直徑為32 mm，線裝藥密度控制在230～260 g/m效果較好。

4.1.1 爆破設計

經實踐證實，以下幾種爆破設計在該工程施工中較為常用，效果較好：

(1)炮孔深度為3 m，炮孔間 排 距 為2 m×1.5 m，炮孔直徑為76 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為63 mm，單孔裝藥3.5 kg，炸藥單耗約為0.39 kg/m3，適用于碾壓混凝土的拆除(圖1)。

(2)炮孔深度為3 m，炮孔間排距為2 m×1.5 m，炮孔直徑為76 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為63 mm，單孔裝藥5.3 kg，炸藥單耗約為0.59 kg/m3，適用于大體積素混凝土、鋼筋含量較少的大體積混凝土拆除(圖2)。

圖1 混凝土拆除典型爆破設計示意圖

(3)炮孔深度為2.2 m，炮孔間排距為1.2 m×0.4 m，炮孔直徑為42 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為32 mm，單孔裝藥為0.62 kg，炸藥單耗約為0.59 kg/m3，適用于體積較小的鋼筋混凝土擋墻的拆除(圖3)。

(4)預裂爆破：炮孔直徑為76 mm，炮孔間距為0.7 m，采用空氣間隔不耦合裝藥方式，藥卷直徑為32 mm，底部2倍加強裝藥，單孔線裝藥密度控制在240 g/m(圖4)。

4.1.2 爆破振動控制

該工程混凝土拆除施工區緊鄰現有的、正在運行的發電廠房，最近處僅為35 m。為防止爆破振動對現有廠房結構及其正在運行的機組產生不利影響，合同技術條款中對該項目混凝土拆除施工中的爆破作業有嚴格規定，要求現有廠房結構在爆破作業中的粒子振動速度不超過2 cm/s。

圖2 混凝土拆除典型爆破設計示意圖

圖3 混凝土拆除典型爆破設計示意圖

圖4 混凝土拆除典型爆破設計示意圖

實際施工中，工程師要求在廠房部位設置4個振動監測點，采用TC-4850型爆破振動監測儀對每一次爆破作業進行監測，根據記錄，4個振動監測點最高記錄數據分別為4.3 mm/s，5.2 mm/s，13.1 mm/s，4.2 mm/s，未發生過一起爆破振動超標的事例，獲得了業主和工程師的認可和好評。實踐證明：在無法通過經驗公式對爆破振動控制進行技術指導的情況下，項目部采用的這種預防措施取得了非常良好的效果。

4.1.3 爆破飛石控制

該工程混凝土拆除施工區位于現有廠房右側，最近處僅有35 m。為防止爆破飛石對現有廠房造成破壞，項目部主要采取以下措施進行防護：

(1)爆破作業前，清理并修整臨空面，使臨空面盡量平順。

(2)裝藥前，盡量將工作面上的松散石渣等清理干凈，特別是炮孔周圍的浮石務必清理干凈。

(3)對炮孔鉆孔角度應嚴格控制，確保按爆破設計施工。

(4)采用非電毫秒微差爆破網絡，合理設計起爆順序，以控制飛石方向。

(5)采用廢舊橡膠輸送帶及沙袋對炮孔進行覆蓋。

實踐證明：上述措施取得了非常良好的效果。

4.2 施工工序安排

施工安排是否得當，是能否完成施工任務和能否利用資源創造效益的最關鍵環節。該項目混凝土拆除施工主要采用鉆爆方式進行，包括施工準備、造孔、爆破、出渣、鋼筋切割等工序，所用設備和普通巖石開挖設備基本相同，即手風鉆、液壓鉆、液壓錘、反鏟、自卸車等，施工順序上存在客觀的先后步驟，且一些工序如爆破相關的作業只能在白天進行，根據這些特點以及施工計劃和資源配置，項目部采取了分區錯序流水作業的方式進行施工，即將混凝土拆除施工大面劃分為若干個工作面，每個工作面的作業工序錯開，根據作業面的大小和工程量的多少合理配置設備，每個工作面的本道工序大致在相同的時間內完成，然后將其設備轉移至其它工作面上，如此循環，流水作業，充分利用了設備資源，保證了整個大面的連續施工。

4.3 施工設備

采用鉆爆方式進行的混凝土拆除施工與普通的石方明挖施工較為相似，主要采用的鉆爆開挖設備為液壓鉆、液壓挖掘機、自卸車、手風鉆、空壓機等，但也存在不同之處，特別是大體積鋼筋混凝土的拆除、爆破之后，由于表層鋼筋的作用，表層的混凝土雖然斷裂破碎，但大部分仍會與鋼筋粘連，較難采用反鏟直接挖除，里層混凝土則因受表層鋼筋網約束，爆破僅對其產生擠壓斷裂，卻不會使之松散，因此，爆破之后，應根據實際情況安排足夠數量的火焰切割機對鋼筋進行切割分離，并安排足夠數量的液壓錘對里層混凝土塊進行振動、破碎、松散處理，否則，爆破之后，將會極大地影響出渣效率。

4.4 繩鋸切割

原3、4#洞出口弧門控制塔為獨立的兩個混凝土門架結構，每個控制塔高出地面約15 m，合同中不允許爆破拆除。項目部根據控制塔的結構特點，采用金剛石繩鋸對其支柱進行斜縫切割，使塔體失穩倒塌后再采用液壓錘破碎拆除。

4.5 預應力錨筋的卸荷

該工程混凝土拆除施工中，原4#洞出口弧門段混凝土結構內有大量的預應力錨筋，按合同要求，拆除該部位混凝土前，需采用千斤頂將預應力錨筋逐一拔出卸荷。根據現場情況并查閱原混凝土結構竣工圖，采用合同中要求的施工方法極為困難，基本不具備操作性。經對竣工圖紙和現場錨索仔細分析研究后認為：該錨索為全段粘結錨索，不需要卸荷處理。最終確定對預應力錨筋錨固段混凝土直接采用爆破方式拆除，成功解決了預應力錨筋卸荷及混凝土拆除問題且安全高效。

4.6 鉆爆方式拆除代替非鉆爆方式拆除

該工程混凝土拆除施工中，原3#洞出口消力池底板混凝土結構緊鄰現有的發電廠房且與發電廠房的右側混凝土擋墻相接，根據合同技術條款，該部位的混凝土拆除不允許采用爆破方式進行。

合同技術條款中的規定主要是考慮到該部位距離現有廠房過近，設計者擔心，若采用爆破方式，其爆破振動難以控制，從而對現有發電廠房造成破壞性影響。項目部經過仔細研究并結合前期混凝土鉆爆拆除施工中的經驗，提出了在混凝土拆除設計邊界處設置兩排減振孔，孔徑76 mm，孔距40 cm，減振孔排距20 cm，孔深與設計開挖底部高程齊平，以此將受保護部位與爆破施工區隔斷，從而大大減小受保護部位在爆破過程中的振動效應。經積極與工程師溝通，最終促成了該部位采用鉆爆方式拆除替代非鉆爆方式拆除。實踐證明：該方案取得了極好的效果，極大地提高了該部位的拆除施工效率，創造了巨大的經濟效益，且爆破振動在后來的施工中得到了良好的控制，未超出合同規定。

5 結 語

針對該混凝土拆除施工的復雜環境和合同技術條款中的嚴格要求，經過反復研究和實踐，總結出了一套安全、快速的施工方法，對不同部位、不同強度混凝土的拆除得出了一套行之有效的爆破設計參數。至2015年9月15日，塔貝拉水電站4期擴建項目廠房部位混凝土拆除施工已全部完成，施工期間，未發生爆破飛石損壞周邊建筑物的事件，且周邊建筑物在爆破作業中的振動從未超出合同技術條款中要求的20 mm/s。廠房部位混凝土拆除施工的安全措施、質量控制滿足合同要求，獲得了業主及工程師的認可。

筆者主要對施工規劃、施工布置、施工措施、施工工序安排、施工設備等與混凝土拆除施工效率密切相關的要點進行總結，同時，對采用鉆爆拆除方式進行的混凝土拆除施工中的爆破振動監控及爆破飛石防護也進行了一些經驗總結。另外，還對該項目中采用非爆破方式拆除特殊混凝土結構以及采用爆破方式對合同中不允許爆破的部位進行拆除施工的可行性研究和處理措施進行了介紹，可為后續其他項目提供參考和借鑒。