擴機工程地下廠房開挖爆破減震與防護措施

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000)

擴機工程地下廠房開挖爆破減震與防護措施

景通

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000)

贊比亞卡里巴北岸水電站擴機工程地下廠房開挖中，通過采取有效的爆破減震與防護措施，成功完成了擴機工程地下廠房開挖施工，確保了現(xiàn)有機組正常運行。本文對此加以介紹。

開挖；爆破；減震；防護

1 工程概述

卡里巴北岸水電站位于南部非洲贊比亞和津巴布韋兩國交界的贊比西河中游卡里巴峽谷內(nèi)，已有的4臺150MW機組運行正常，為解決贊比亞國內(nèi)用電匱乏問題，決定對整個電站進行擴機施工，再增加2臺180MW混流式水輪發(fā)電機組，因此需要對現(xiàn)有廠房進行擴挖施工，同時對電站的進、出水口，引、尾水系統(tǒng)等都進行了重新開挖。

新擴挖的廠房長51.9m、寬25.8m、高50m，右側(cè)通過爆破減震槽、安裝間與現(xiàn)有廠房相接，左側(cè)通過1號交通洞與現(xiàn)有廠房進廠交通洞相接。爆破區(qū)邊緣與已正常運行的4號機組中心距離不足40m，距大壩最小距離約200 m。

2 爆破過程中的減震與防護措施

現(xiàn)有地下廠房的擴挖施工與正常開挖的不同之處是，爆破過程中不僅要保證正在運行的機組、大壩原有構(gòu)筑物及機電設(shè)備的安全，同時也不能影響現(xiàn)有廠房內(nèi)工作人員的正常工作，還要保證已開挖完成的頂拱和邊墻的圍巖穩(wěn)定及巖錨吊車梁的結(jié)構(gòu)安全。因此，開挖過程中對爆破振動速度的控制和飛石、沖擊波、灰塵及噪音的防護將是廠房開挖必須面臨的問題，也是必須解決的問題。如果這幾個問題解決得不好或不徹底，新開挖廠房將無法正常施工，從而影響到整個工程的發(fā)電目標(biāo)。

2.1 爆破的減震措施

爆破振動速度是整個廠房爆破產(chǎn)生的最主要危害之一，是影響現(xiàn)有機組能否正常運行和爆破區(qū)周邊構(gòu)筑物安全的主要因素。在廠房開挖過程中，采用了以下措施來減小爆破振動速度。

a.控制爆破最大單響藥量。由撒道夫斯基經(jīng)驗公式[1]得知，在爆源與測點距離不變的情況下，爆破最大單響藥量的大小直接決定著振動速度的大小，而爆破振動速度則是被保護構(gòu)筑物安全的主要影響因素，為使現(xiàn)有廠房內(nèi)正在運行的機組和構(gòu)筑物不受到任何不利影響，必須控制爆破最大單響藥量。在爆破實施前，先利用薩道夫斯基經(jīng)驗公式和該工程地質(zhì)報告提供的巖石級別，初步選取k、α經(jīng)驗值，根據(jù)合同要求的質(zhì)點振動速度、爆源到被保護物的距離，初步計算出一個相對保守的單響藥量；再根據(jù)選定的單響藥量，進行爆破試驗并監(jiān)測實際爆破振動速度，利用回歸分析，按照薩道夫斯基經(jīng)驗公式，修正k、α值，調(diào)整單響藥量；經(jīng)過多次的反復(fù)修正得到最終的單響藥量，以此作為控制標(biāo)準(zhǔn)，限制爆破作業(yè)的最大單響藥量。

合理的爆破網(wǎng)絡(luò)能防止由于導(dǎo)爆管段別疊加而引起的爆破單響藥量的突變，因此必須設(shè)計合理的爆破網(wǎng)絡(luò)?？紤]到當(dāng)?shù)厮芰蠈?dǎo)爆管只有17個段別，段別間最小延時為100ms，最大延時為7000ms，而用于網(wǎng)絡(luò)間延時繼爆管的延時為40ms，因此通過限制繼爆管的使用數(shù)量和爆破孔的孔數(shù)來避免段別疊加，實現(xiàn)單孔單響，進而控制實際起爆的最大單響藥量。

隨著廠房開挖高程逐漸下降，可以采用分層方式對廠房進行開挖，同時采用預(yù)裂爆破和梯段爆破相結(jié)合的方式進行爆破作業(yè)。通過對廠房周邊的先行預(yù)裂爆破可以減小中心區(qū)域爆破振動對邊墻和頂拱圍巖的震動破壞；對中心區(qū)域采用梯段爆破，可以靈活地控制爆破孔數(shù)和爆破區(qū)域，達(dá)到控制單響藥量的目的。

b.利用新開挖與現(xiàn)有廠房之間的爆破減震槽，有效削弱了爆破振動的影響。爆破減震槽是現(xiàn)有廠房施工時預(yù)留的，橫穿整個廠房，寬度6m、總長度28m、總高差33.5m。經(jīng)過爆破試驗，減震槽的減震效果非常好。

c.盡量創(chuàng)造有效的臨空面，達(dá)到減震目的。廠房頂拱開挖時，首先沿著廠房軸線方向采用“短進尺、小藥量”的爆破方式開挖一條7m×7m的導(dǎo)洞，再利用導(dǎo)洞逐步向頂拱和邊墻進行擴挖。采用這種施工方式，不僅可以利用導(dǎo)洞的爆破過程積累爆破經(jīng)驗并獲取合理的爆破參數(shù)，還可以利用導(dǎo)洞作為頂拱擴挖的臨空面，大大降低爆破對現(xiàn)有廠房正在運行的機組和新開挖廠房的圍巖震動效應(yīng)。在部分區(qū)域可以采用預(yù)留保護層的方式進行開挖，這樣在保護層開挖時可以利用已形成的臨空面，再輔以光面爆破的方式，使周邊成型效果更好，同時也起到減震作用。

d.及時開挖廠房周圍洞室，增加減震效果。由于廠房周圍需要安裝很多的機電配套設(shè)施，因此需要在廠房周圍開挖地下洞室來安裝這些設(shè)備。雖然這些洞室位于廠房減震槽可控范圍之外，但是在前期進行輔助通道開挖時已經(jīng)完成了導(dǎo)洞開挖，因此及時完成這些洞室的擴挖，就相當(dāng)于在廠房周圍形成一個有效的減震構(gòu)造，有效減弱了引水洞、尾水洞等大斷面開挖所產(chǎn)生的質(zhì)點振動速度。

2.2 爆破飛石的防護措施

爆破飛石[2]是指被爆介質(zhì)中那些脫離爆體而飛得較遠(yuǎn)的碎石。爆破飛石雖屬個別，但由于其飛行方向的不確定性和飛石距離難于準(zhǔn)確計算，會給爆區(qū)附近的人員、建筑物和設(shè)備造成嚴(yán)重的安全威脅。因此在廠房開挖時必須防止爆破飛石對現(xiàn)有廠房中機組及附屬設(shè)施的破壞，結(jié)合廠房施工現(xiàn)場，通過采用控制爆破飛石的技術(shù)措施和設(shè)置復(fù)合防護墻的方式防止飛石危害。

a.施工過程中控制爆破飛石的技術(shù)措施有：?根據(jù)廠房開挖區(qū)巖石的物理性質(zhì)，精心進行爆破設(shè)計；?控制施工質(zhì)量，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計的參數(shù)進行施工；?在能夠滿足爆破目的的前提下，盡量降低單耗，控制爆破的總裝藥量，同時選用低爆速、低猛度的炸藥；?選用摩擦系數(shù)大、密度高的黏土堵塞炮孔。

b.通過設(shè)置復(fù)合防護墻阻擋飛石。飛石防護墻(見下頁圖1)共設(shè)置三層：第一層是SNS柔性ROCCO?環(huán)形網(wǎng)。環(huán)形網(wǎng)采用強度不低于1770MPa、直徑3mm的TECCO?鋼絲盤結(jié)數(shù)圈成環(huán)并相互套接而成，環(huán)的孔直徑為300mm，通過錨桿固定在已開挖的頂拱巖壁上，布置在緊靠爆破區(qū)的位置，將粒徑大于300mm的石頭阻擋在爆破區(qū)內(nèi)。第二層防護墻布置在現(xiàn)有廠房安裝間內(nèi)，距離開挖區(qū)邊緣8m左右，將I20工字鋼和100mm槽鋼作為支撐體錨固在安裝間的巖壁上，然后將孔徑為65mm的鋼防護網(wǎng)固定在支撐體上，防護網(wǎng)安裝在支撐體靠近爆破區(qū)域的一側(cè)，用于阻擋粒徑在300～65mm的石頭飛往現(xiàn)有廠房。為了防止飛石嵌入防護網(wǎng)孔眼內(nèi)，防護墻頂部向爆破區(qū)域傾斜。第三層防護墻也布置在現(xiàn)有廠房安裝間內(nèi)，距離第二層防護墻約3m，將I20工字鋼和100mm槽鋼作為支撐體錨固在安裝間的巖壁上，然后將孔徑為8mm的鋼網(wǎng)片固定在支撐體上，網(wǎng)片安裝在支撐體靠近爆破區(qū)的一側(cè)，用于阻止粒徑在65～8mm的石頭飛往現(xiàn)有廠房。對于粒徑小于8mm的飛石，由沖擊波防護墻進行阻擋。

圖1 復(fù)合飛石防護墻結(jié)構(gòu)

2.3 沖擊波、灰塵及噪音的防護措施

為了使現(xiàn)有廠房中的設(shè)備及工作人員在新廠房開挖過程中不受沖擊波、灰塵及噪音的傷害，也采用設(shè)置防護墻的方式阻止沖擊波、灰塵及噪音進入現(xiàn)有廠房。

沖擊波、灰塵及噪音防護墻(見圖2)從結(jié)構(gòu)上也分為三層：第一層為鐵皮瓦，第二層為巖棉，第三層為鉛絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)格。防護墻設(shè)置在距離第三層飛石防護墻3m的位置。將I20工字鋼和100mm槽鋼錨固在現(xiàn)有廠房安裝間的巖壁上作為支撐體，然后在靠近爆破區(qū)的一側(cè)固定孔徑為8mm的鋼網(wǎng)片，同時在鋼網(wǎng)片上水平掛設(shè)帶波紋的鐵皮瓦，單片高度80cm、長度200cm。在鋼網(wǎng)片的另一側(cè)安裝加設(shè)鉛絲網(wǎng)套的巖棉[導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.44W/(M·K)(測試平均溫度70℃±5℃)；熱負(fù)荷收縮溫度(最高使用溫度)650℃]，巖棉厚9cm。再用鉛絲網(wǎng)和直徑16mm的圓鋼焊接成400mm×400mm的鋼筋網(wǎng)格對巖棉層進行保護和固定。鐵皮瓦之間搭接寬度在10cm左右，為了能保證鐵皮瓦具有一定的剛度和活動性，鐵皮瓦頂部固定，下部自由活動，這樣既可以將粒徑小于8mm的飛石完全阻擋，又能阻擋和消減一部分空氣沖擊波和灰塵。由于巖棉具有阻燃性、可壓縮性和透氣不透塵性，對于不能消減的沖擊波、灰塵和噪音可以由巖棉完全阻擋。

圖2 沖擊波防護墻(現(xiàn)有廠房側(cè))結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 語

贊比亞卡里巴北岸水電站擴機工程的地下廠房開挖，自2009年1月開始，到2011年9月結(jié)束，總施工時間為32個月，總方量70000多m3，總爆破次數(shù)1000多次，無論爆破減震還是飛石、沖擊波、灰塵及噪音的防護，所采用措施的效果都非常明顯，保證了現(xiàn)有廠房4臺機組的正常運行，圓滿完成了地下廠房的擴挖施工，為今后類似工程的施工提供了經(jīng)驗。

[1]郭進平，聶興信. 新編工程爆破實用技術(shù)大全[M].北京：光明日報出版社，2002：1846.

[2]邵必林，惠鴻斌. 拆除爆破飛石產(chǎn)生的原因與防護措施[J].西安礦產(chǎn)學(xué)院學(xué)報，1998,18(3):280-282.

ExcavationBlastingShockAbsorptionandProtectionMeasuresofUndergroundPowerhouseinExtensionProject

JING Tong

(SinohydroBureau11Co.,Ltd.,Zhengzhou450000,China)

Effective blasting shock absorption and protective measures are adopted in underground powerhouse excavation of Zambia Kariba North Shore hydropower station extension project. Underground powerhouse excavation construction of the expansion project is successfully finished, thereby ensuring normal operation of existing units. The condition is introduced in the paper.

excavation; blasting; shock absorption; protection

TV731.6

B

1673-8241(2014)07-0008-03