陳靖敏

(中國葛洲壩集團三峽建設(shè)工程有限公司，湖北宜昌 443002)

1 工程概況

向家壩右岸壩后電站下游橫向圍堰布置在水電站尾水渠末端，圍堰右端與排沙洞泄槽相接，其左端與消力池右導(dǎo)墻末端相接，圍堰軸線長131.675 m。圍堰為碾壓混凝土重力式結(jié)構(gòu)，混凝土為C15。堰頂高程為282.20～291.50 m，堰頂寬12 m，下游迎水面鉛直，上游側(cè)高程278.60 m以上鉛直，高程278.60 m以下為坡度1∶0.75的臺階狀邊坡，最大堰高31.5 m。圍堰內(nèi)設(shè)有帷幕灌漿廊道。

右岸壩后電站9～11號機組下游尾水平臺及閘門已施工完成，具備擋水條件，為此圍堰拆除安排在2017年汛前。圍堰爆破拆除長度為101 m，總拆除工程量3.7萬m3。圍堰拆除范圍為：

(1) 圍堰下橫0+000 m～壩右0+277.350 m，拆除至283.20 m高程。

(2) 壩右0+277.350 m～下橫0+126.0 m,拆除至260.00 m高程。

(3) 圍堰下橫0+126.0 m～下橫0+131.675 m拆除至267.00 m高程。

圍堰拆除期間尾水渠內(nèi)未完成項目多，為減少水下出渣量，拆除爆破采用分區(qū)拆除、鉆孔爆破方案。根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析將圍巖分為5個區(qū)進(jìn)行拆除(見圖1)。其中Ⅰ～Ⅳ區(qū)為水上爆破，Ⅴ區(qū)為水下爆破。

2 工程特點及難點

2.1 圍堰拆除環(huán)境復(fù)雜

圍堰左端與消力池右導(dǎo)墻相接,右端與排沙洞泄槽相接，相接處設(shè)一層苯板隔離。圍堰上游100 m是水電站尾水平臺及擋水閘門、平臺頂部尾水門機、電站廠房；右岸方向為水富縣城8號公路；圍堰左端頭空中有左岸電廠500 kV出廠線飛跨堰體，垂直距離僅40 m。

圖1 圍堰爆破拆除分區(qū)圖 單位：m

圍堰爆破拆除時尾水渠基坑內(nèi)還有以下項目尚未完成：尾水渠底板、護(hù)坡混凝土、排沙槽加寬段拆除、下基坑道路貼坡、蓋帽混凝土澆筑、尾水下游面臨時廊道封堵、永久水泵站安裝等項目。圍堰在Ⅴ區(qū)拆除之前仍將繼續(xù)擋水，為基坑提供干地施工條件。

2.2 鉆孔要求高、施工難度大

圍堰鉆孔工作量共2.3萬m，且需要分期施工。鉆孔分為預(yù)裂孔、緩沖孔、主爆孔，其中保留部位水平預(yù)裂孔及垂直預(yù)裂孔鉆孔精度要求很高。圍堰臨邊鉆孔必須搭設(shè)平臺，堰頂鉆孔時，尾水渠內(nèi)混凝土正在施工，炮孔易堵塞，裝藥前吹孔工作量大。

2.3 安全防護(hù)難度大

圍堰拆除爆破必須確保大壩、水電站廠房及其他重要設(shè)施的安全。圍堰緊鄰水電站建筑物，爆破震動必須控制在允許范圍內(nèi)[1-2]。爆破前對尾水渠底板新澆筑混凝土、左側(cè)排沙槽側(cè)面和頂部、右導(dǎo)墻側(cè)面和頂部及尾水渠內(nèi)泵站等設(shè)施進(jìn)行防護(hù)，同時要保證圍堰爆破不產(chǎn)生向上飛石及沖孔[3-4]，以確保500 kV輸電線安全。

2.4 爆破網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜

各區(qū)爆破拆除需一次成功，爆破后粒徑要滿足挖裝要求；爆破距離保護(hù)建筑物近，爆破時必須嚴(yán)格控制單響起爆藥量，防止爆破震動和水擊波的不利影響；主爆孔必須逐孔起爆才能滿足震動控制要求[5]。爆破網(wǎng)路連接極為復(fù)雜，雷管數(shù)量多，地表網(wǎng)路聯(lián)結(jié)工作量大。

3 爆破設(shè)計

3.1 爆破方案

圍堰拆除采用鉆孔爆破方式，分區(qū)之間垂直面布置預(yù)裂孔，在圍堰底部高程260.00 m處布置1排水平預(yù)裂孔，各區(qū)根據(jù)尾水一線施工進(jìn)度及汛期需求爆破拆除。

3.2 網(wǎng)孔參數(shù)

3.2.1 孔排距

孔深<5.0 m的炮孔采用手風(fēng)鉆造孔，孔徑為42 mm，其他孔采用快速鉆造孔，孔徑為76 mm。手風(fēng)鉆孔孔距0.8 m、排距0.65 m；快速鉆孔孔距1.5 m、排距1.2～1.3 m；預(yù)裂孔孔距0.75 m；緩沖孔孔距0.65～1.5 m，主爆孔采用菱形布置。

3.2.2 孔深

爆破孔根據(jù)孔口高程與分區(qū)高程計算孔深，水平預(yù)裂孔孔深按結(jié)構(gòu)輪廓線控制，垂直預(yù)裂孔孔深按孔底或邊界輪廓線控制，水平預(yù)裂孔與垂直預(yù)裂孔孔底錯位布置?？咨羁刂圃谠试S誤差范圍內(nèi)。

3.2.3 堵塞

炮孔堵塞長度在0.45～1.99 m，堵塞長度根據(jù)炮孔深度、直徑、裝藥結(jié)構(gòu)確定合適的堵塞長度。

3.3 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

3.3.1 線裝藥量

(1) 預(yù)裂孔線裝藥密度[6]

q線=0.127(σ壓)0.5a0.84(d/2)0.24

(1)

式中：q線為預(yù)裂爆破的線裝藥密度,kg/m；σ壓為巖石的極限抗壓強度，MPa；a為炮孔間距，m；d為炮孔直徑，m。

當(dāng)σ壓取15 MPa，計算得q線=0.176 kg/m。考慮到拆除結(jié)構(gòu)為碾壓混凝土，根據(jù)炮孔裝藥結(jié)構(gòu)，線裝藥密度取0.3～0.4 kg/m。

(2) 主爆孔炸藥單耗

根據(jù)向家壩水電站二期縱向圍堰爆破拆除的成果[7]，炸藥單耗q= 0.50～0.60 kg/m3。

(3) 緩沖孔炸藥單耗

根據(jù)相關(guān)資料的經(jīng)驗，緩沖孔炸藥單耗取主爆孔炸藥單耗的60%～80%。該工程取主爆孔炸藥單耗的70%左右，約0.3～0.4 kg/m3。

3.3.2 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1) 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)

采用Ф32 mm和Ф50 mm藥卷，間隔0.3～0.6 m裝藥，雙股導(dǎo)爆索連接，雙發(fā)600 ms雷管起爆。

(2) 緩沖孔裝藥結(jié)構(gòu)

采用Ф32 mm藥卷，間隔0.15～0.2 m裝藥，雙股導(dǎo)爆索連接，深孔在底部和中部各安裝單發(fā) 600 ms雷管。

(3) 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂孔采用Ф32 mm藥卷，底部連續(xù)裝藥，裝藥量為0.4～2 kg，中間正常裝藥段間隔0.5 m裝藥，上部減弱裝藥段間隔0.6 m裝藥。

3.4 爆破危害控制

3.4.1 爆破震動

(1) 爆破震動安全控制

允許單段藥量的計算公式為：

(2)

式中：Q為單段爆破裝藥量，kg；v為質(zhì)點安全振動速度，cm/s；R為爆源至防護(hù)目標(biāo)的距離，m；K、α為與地質(zhì)條件、巖性特性及爆區(qū)建筑物等有關(guān)的常數(shù)，由爆破試驗確定。

圖2 圍堰爆破震動監(jiān)測點布置圖

根據(jù)向家壩二期縱向混凝土圍堰拆除爆破成果，K為70.95、α為1.3[7]。推算出圍堰拆除爆破最大單響藥量應(yīng)小于31 kg。爆破震動控制標(biāo)準(zhǔn)的要求見表1[1]。下游橫向圍堰拆除爆破安全震速測點布置見圖2。

3.4.2 爆破水擊波

Ⅴ區(qū)水下爆破，需驗算最大水沖擊波是否在允許范圍內(nèi)。采用爆破水沖擊波經(jīng)驗公式[8]如下：

(3)

式中：P為水中沖擊波壓力，MPa；Q為最大單段起爆藥量，kg；R為爆源至測點的距離，m。

表1 特殊部位及建筑物爆破震動質(zhì)點允許震速控制標(biāo)準(zhǔn)表

尾水閘門與爆源最近距離100 m，最大單響藥量為28 kg，計算得到水中沖擊波P=0.11 MPa，小于閘門允許水中沖擊波0.6 MPa。

3.4.3 爆破飛石

根據(jù)瑞典德湯尼克公式[9]計算：

RF=KQD

(4)

式中：RF飛石飛散距離，m；KQ安全系數(shù)；D炮孔直徑，mm。

計算飛石飛散距離為76～91.2 m。經(jīng)過覆蓋防護(hù)后，飛石距離可控制在50 m范圍內(nèi)。取人員警戒距離不小于300 m，設(shè)備防護(hù)區(qū)域200 m，以拆除建筑物為中心設(shè)置300 m警戒范圍[1]。

3.5 爆破網(wǎng)路

圍堰周圍環(huán)境復(fù)雜，需避免產(chǎn)生爆破震動等有害效應(yīng)的影響，為此，需嚴(yán)格控制爆破單段藥量、段間時差，不允許出重段、跳段現(xiàn)象。圍堰爆破網(wǎng)路采用非電導(dǎo)爆管網(wǎng)路，雷管使用高精度毫秒延期雷管，采用孔間、排間微差的起爆方法[10-11]。限制最大單段起爆藥量，以降低爆破震動，減小沖擊波的影響。網(wǎng)路采用雙干線網(wǎng)路，排間設(shè)多點搭接，地表低段接力傳爆，孔內(nèi)高段延時起爆，在孔內(nèi)藥包爆炸之前，網(wǎng)路的地表雷管已大部分傳爆完畢。爆區(qū)從中部起爆，自起爆點向左右兩側(cè)傳爆，將爆區(qū)分為左右2個片區(qū)，自臨空面向后分排順序起爆。傳爆導(dǎo)爆管采用雙發(fā)傳爆，孔內(nèi)雙發(fā)起爆，網(wǎng)路可靠性高[12]，爆破網(wǎng)路如圖3。

圖3 高精度雷管起爆網(wǎng)路圖

3.6 安全防護(hù)

堰體爆區(qū)采取主動防護(hù)，采用保溫被、砂袋、鋼絲網(wǎng)防護(hù)，左端500 kV高壓線下采用保溫被、砂袋、鋼絲網(wǎng)、膠皮帶、水袋多重覆蓋防護(hù)[13-14]，確保向上不產(chǎn)生飛石。其余部位建筑物、設(shè)施和設(shè)備采取被動防護(hù)，采用掛保溫被、擋碴欄，以及竹跳板擋護(hù)等方式保護(hù)。

4 爆破效果

圍堰Ⅱ區(qū)位于堰頂，因拆除方量小，距左岸電廠500 kV輸電線距離近，采用液壓破碎錘拆除。圍堰Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)自2017年3月17日至6月7日分4次爆破拆除，爆破共裝藥21.3 t，使用高精度雷管7 938發(fā)，導(dǎo)爆索54 000 m，最大單段藥量28 kg。

圍堰Ⅰ、Ⅲ區(qū)爆破飛石全部落在基坑內(nèi)，控制在50 m范圍以內(nèi)，爆破混凝土塊徑在20 cm左右。圍堰頂部無向上飛石，頂部水袋降塵效果明顯。Ⅳ、Ⅴ區(qū)起爆順序均由下游中部首先起爆，向左右兩端分排順序起爆，堰體炸碎落入江中。

對圍堰爆破質(zhì)點震動監(jiān)測36點次，測點均未超標(biāo)，合格率100%。爆破震動最大值為Ⅰ區(qū)爆破時在距爆源15.0 m、排沙槽下游端頭頂部1號測試儀的垂直向，測值為8.741 cm/s，主震頻率≤63.477 Hz。對保護(hù)范圍進(jìn)行清查，未發(fā)現(xiàn)爆破造成損壞。

5 結(jié) 語

向家壩右岸壩后電站下游圍堰爆破拆除獲得了圓滿成功，爆破后保留部分堰體及周圍建筑物完好無損?？偨Y(jié)爆破成功經(jīng)驗有：

(1) 應(yīng)用微差爆破技術(shù)對圍堰進(jìn)行爆破拆除，對圍堰分區(qū)拆除后剩余堰體進(jìn)行抗傾覆校核。圍堰最后一部分拆除前仍然繼續(xù)擋水，是堰體分區(qū)拆除的關(guān)鍵。

(2) 采取必要的減震措施，Ⅰ～Ⅳ區(qū)爆破時在尾水渠底板表面鋪50 cm厚沙袋及竹跳板，以減小爆碴觸地震動影響。在Ⅴ區(qū)爆破時，在圍堰右端靠排沙槽開挖1道5 m寬、5 m深的減震溝，有效地阻止地震波的傳播[15]。

(3) 合理設(shè)計起爆網(wǎng)路，爆破采用孔間、排間微差爆破方式。起爆網(wǎng)路采用非電高精度延期雷管，提高了延時精度，保證孔間微差爆破，避免跳段、重段現(xiàn)象。網(wǎng)路采用雙干線、排間二次橋接以提高了網(wǎng)路可靠性高。

(4) 注重爆破安全防護(hù)。主動防護(hù)通過調(diào)整爆破孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、選擇爆破器材及起爆順序、控制炸藥單耗及選擇合適的臨空面等技術(shù)手段實現(xiàn)。被動防護(hù)主要對堰體采用覆蓋防護(hù)與水袋降塵，對重點設(shè)施采取竹跳板防護(hù)，避免個別飛石的損害。