航電樞紐工程復雜環境下混凝土縱向圍堰拆除爆破設計

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。爆區緊鄰居民密集區，周邊環境復雜，且采用超常規的電廠不停機的爆破方案，減振要求高，減振措施技術研究難度大。

關鍵詞：東坪水電站工程 縱向混凝土圍堰 拆除爆破設計 復雜環境 發電廠房不停機

1.工程概述

東坪航電樞紐工程位于湖南省安化縣城關東坪鎮閔家灣附近，屬于資水干流的中游，是資水流域規劃的第七個梯級電站。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、左岸發電廠房工程和右岸船閘工程組成。發電廠房總裝機容量為4×18MW。

2.縱向混凝土圍堰爆破拆除復雜環境簡述

本樞紐工程在施工中分二期導流，一期圍左岸發電廠房、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，采用膜袋混凝土護面?？v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部分組成，上游臨時部分與9號閘墩上游墩頭相連接，下游臨時部分與溢流壩導墻相連接，縱向圍堰上游有一段坐落在8號壩段上游護坦上?；炷量v向圍堰上游段與8#泄水閘閘門距離5米，與泄水閘帷幕灌漿軸線最近的為距離5米，距離壩軸線的最近距離15米，與發電廠房4#機組的最近距離150m。

由于工期緊，采取一次性爆破拆除，為了不影響發電效率，爆破拆除全過程不停機，增加了爆破設計的難度，并且一次性爆破拆除工程量大約1.75萬m3?？v向圍堰爆破拆除時，要求對大壩基礎的帷幕灌漿區、混凝土鋪蓋、閘墩、閘門、泵房、發電廠、廠房及設備等保護對象不能造成破壞，因此爆破拆除難度大，爆破拆除施工環境復雜、施工技術要求高。為保證工程順利實施，確保受保護對象在爆破過程中的安全性，縱向混凝土圍堰爆破拆除需要做詳細的爆破設計工作。

3.總體爆破設計

根據相關工程的經驗總結，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取得成功的經驗。本次拆除爆破規模大，爆后爆渣需要清理，應采取爆破破碎的方式便于清渣，為了減少爆破振動造成危害，擬考慮多炮孔、多分段、嚴格控制最大單響藥量。

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

為確定圍堰爆破拆除的最佳爆破參數，選擇下游圍堰樁號廠 0+153.70至廠0+173.70m段作為試驗段先爆破拆除，再對其余縱向圍堰進行爆破拆除。

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先起爆。

本工程拆除爆破分三步進行：第一步先采取預裂爆破將閘墩、導墻與需要拆除爆破的縱向圍堰分離；第二步再對下游縱向圍堰樁號廠0+153.70m至廠 0+173.70m堰段進行爆破試驗，確定爆破參數。第三步根據爆破試驗取得的參數確定上、下游縱向圍堰的拆除的裝藥參數。

4.爆破試驗

4.1爆破試驗目的

根據《爆破安全規程》（GB6722-2003）的相關規定，在復雜環境進行拆除爆破設計時，需要做爆破試驗。

爆破試驗主要為驗證各種爆破參數，為優化圍堰主體爆破參數提供科學依據。爆破試驗選擇離保護對象較遠的下游縱向圍堰樁號廠0+153.70m至廠0+173.70m堰段進行。

4.2試驗內容

試驗內容包括各項爆破參數，要求取得下列資料：

（1）驗證單位耗藥量，孔、排距，裝藥結構及爆破網路合理性；

（2）驗證爆渣拋擲特征、飛石飛散特征及各項控制與防護措施的合理性；

（3）驗證炸藥品種、性能與堰體混凝土的匹配。

4.3試驗段圍堰鉆爆參數

（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，連續裝藥線密度為0.91kg/m、直徑為50毫米的藥卷連續裝藥線密度為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W：抵抗線是影響本次拆除爆破的重要參數之一，W過大將會產生大塊，并加大爆破振動效應，而W過小易造成飛石拋擲過遠且降低爆破能量利用率。根據類似工程經驗，抵抗線取藥卷直徑的25～30倍。

（6）孔網參數：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，開孔排距取b=0.7～1.0m。

（7）堵塞：堵塞1.0m長，用土砂混合炮泥，采用逐層壓實堵塞。

（8）最大單孔裝藥量：11.5kg。

5.縱向圍堰主體拆除爆破參數選擇

5.1破碎帶相關參數

破碎帶的爆破方法主要采用預裂爆破的方式來實現。

（1）線裝藥密度：取240～300g/m。

（2）藥卷直徑：選用φ32mm（連續裝藥線密度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）孔網參數：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具超作空間要求作適當調整。

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

（7）裝藥結構：炮孔底部裝1m長的直徑為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

主爆孔鉆爆參數根據爆破試驗進行適當調整，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（連續裝藥線密度q=0.91kg/ m）、φ5 0 m m（連續裝藥線密度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W：根據類似工程經驗，抵抗線取藥卷直徑的25～30倍。

（6）孔網參數：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。上游縱向圍堰開孔排距b=0.7m，下游縱向圍堰開孔排距b=1.5m。

（8）堵塞長度：1.0m，逐層壓實堵塞。

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

（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計

6.1爆破安全控制標準的確定

根據國內外工程界多年來的大量工程實踐和經驗總結，本工程拆除控制爆破可采用質點振動速度作為安全判據。

根據《水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范》（SL47-94）、《爆破安全規程》（GB6722-2003）等我國現行規范標準及類似工程經驗，并結合本工程建筑物抗震特性綜合分析，各重點保護對象質點振速安全允許標準可參考表6-1。

6.2爆破振動傳播規律分析

K、α值爆破試驗段確定。在取得爆破試驗成果之前，為有針對性地分析東坪水電站圍堰的爆破振動傳播規律，可參考我院在幾個類似圍堰爆破拆除中的實測資料，見表6-2。

6.3計數結果

最大一段起爆藥量計算：Q=R3（V/K）3/α

為將爆破振動降至最小，根據相關工程經驗，綜合以上因素，計算最大一段起爆藥量。通過計算，對爆破最大一段起爆藥量起控制的防護對象是大壩基礎的帷幕灌漿區，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.起爆網絡設計

7.1設計原則

（1）根據單孔藥量大小，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格控制的情況下，盡量避免出現重段和串段現象。

（3）嚴格控制起爆部位對堰頂傳爆網路的不利影響，最大程度地避免起爆網路中斷的風險。

（4）嚴格控制爆渣拋擲方向，使爆破盡量向右側基坑拋擲，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，根據相關工程經驗，在炮孔內裝高段位雷管，在炮孔外裝低段位的雷管。

（1）孔內延時非電雷管主要采用MS8、MS9、MS10。

（2）孔外爆破雷管用MS3、MS5。

7.3網絡連接

爆破網絡采用雙復式分段交叉連接，各起爆雷管形成起爆網路。這樣連接的起爆網絡能最大限度保證可靠。部分起爆網路圖詳見上圖。

8.結語

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。爆區緊鄰居民密集區，周邊環境復雜，且采用超常規的電廠不停機的爆破方案，減振要求高，減振措施技術研究難度大。

本次拆除爆破設計經過了充分、系統的分析和計算，并進行了爆破試驗，獲得了大量重要的試驗數據，使爆破設計具備堅實的基礎資料，確保圍堰拆除爆破一次性成功。采用同步爆破振動安全監測手段，對閘墩、廠房及機電設備等重要建筑物、重要部位進行了安全監測，獲得了翔實可靠的監測數據，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：

[1]水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范[S]（SL47-94）.

[2]爆破安全規程[S]（GB6722-2003）.

[3]爆破安全規程[S]（GB6722-2003）.endprint