淺析白鶴灘水電站導(dǎo)流洞水下圍堰爆破拆除安全控制技術(shù)

周 紅 祖

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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淺析白鶴灘水電站導(dǎo)流洞水下圍堰爆破拆除安全控制技術(shù)

周 紅 祖

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：白鶴灘水電站導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰距離周邊建筑物近，圍堰爆破拆除不僅要考慮爆破效果，還要考慮爆破對(duì)周邊建筑物的安全影響。以白鶴灘水電站導(dǎo)流洞進(jìn)出口水下圍堰爆破拆除為例，總結(jié)并分析了白鶴灘水電站進(jìn)出口大型圍堰水下拆除爆破采取的安全控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：白鶴灘水電站；圍堰；爆破拆除；安全控制技術(shù)

1工程概述

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，距巧家縣城45 km，距昆明約260 km，至重慶、成都、貴陽(yáng)均在400 km左右，至華東地區(qū)上海的直線距離為1 850 km。電站上接烏東德梯級(jí)，下鄰溪洛渡梯級(jí)，距溪洛渡水電站195 km。

左岸導(dǎo)流洞進(jìn)出口采用全年圍堰擋水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水流量22 700 m3/s，相應(yīng)進(jìn)口設(shè)計(jì)水位高程624.3 m，出口設(shè)計(jì)水位高程為620.71 m。進(jìn)出口圍堰采用預(yù)留巖埂頂部加混凝土圍堰和預(yù)留巖埂擋水結(jié)構(gòu)形式，拆除總工程量為54.6萬(wàn)m3，其中進(jìn)口圍堰31.3萬(wàn)m3，出口圍堰23.3萬(wàn)m3。圍堰經(jīng)濟(jì)斷面頂寬10.5 m，迎水面坡比為1∶0.1，背水面坡比為1∶0.2，防滲帷幕距經(jīng)濟(jì)斷面內(nèi)側(cè)3 m，外側(cè)7.5 m，最大爆破梯段高度達(dá)16 m。

2導(dǎo)流洞圍堰拆除采用的施工方案簡(jiǎn)述

左岸導(dǎo)流洞圍堰一期拆除為水上部分拆除，采用一般明挖施工工藝進(jìn)行拆除。圍堰二期拆除為水下圍堰拆除，首先進(jìn)行圍堰二期Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)拆除，該部分為圍堰靠江側(cè)減薄開(kāi)挖，采用墊渣的方式形成作業(yè)平臺(tái)后進(jìn)行爆破作業(yè)；圍堰二期Ⅱ區(qū)拆除在相應(yīng)段預(yù)留子堰(二期Ⅲ區(qū))占?jí)憾伍_(kāi)挖完成后進(jìn)行，同時(shí)在條件允許的情況下進(jìn)行圍堰二期Ⅲ區(qū)的拆除施工；最后形成圍堰經(jīng)濟(jì)斷面，經(jīng)濟(jì)斷面的拆除以相應(yīng)導(dǎo)流洞進(jìn)出口為界各分三次

進(jìn)行水下爆破。

水下爆破的炸藥單耗按q=q1+q2+q3+q4計(jì)算。式中q1為基本炸藥單耗，一般為陸地臺(tái)階爆破的2倍，對(duì)于水下垂直鉆孔，再增加10%。根據(jù)導(dǎo)流洞出口邊坡實(shí)際開(kāi)挖情況，q1=1 kg/m3；q2為爆區(qū)上方水壓增量單耗，q2=0.01h2。h2為水深，出口圍堰爆破時(shí)水位高程約為592 m，q2=0.12kg/m3；q3為覆蓋層增量單耗，爆區(qū)上方無(wú)覆蓋層q3=0.01h3，h3為覆蓋層厚度；q3=0 kg/m3；q4為巖石膨脹增量單耗，q4=0.03h4；h4為梯段高度，出口圍堰拆除高度為16 m；q4=0.48kg/m3,計(jì)算得出的出口圍堰拆除理論炸 藥 單 耗 為

1.6kg/m3。

左岸進(jìn)口圍堰與附近混凝土建筑物的最近直線距離不足10m，進(jìn)口圍堰及明渠預(yù)留巖埂距離進(jìn)口閘門較近，最近距離不足30m；左岸出口圍堰與附近混凝土建筑物的最近直線距離不足10m，出口經(jīng)濟(jì)圍堰距離尾水閘門距離不足300m。結(jié)合前期與其他類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定距離閘門井45m范圍內(nèi)最大單段藥量不大于80kg，45m范圍外最大單段藥量不大于150kg。

3爆破安全論證與爆破安全控制

3.1爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)和傳播規(guī)律

3.2水下圍堰控制爆破單響藥量的確定

根據(jù)我方在圍巖附近邊坡進(jìn)行的爆破試驗(yàn)——梯段爆破，爆破孔兩孔一響，5個(gè)測(cè)點(diǎn)單孔裝藥量分別為106kg、160kg、60kg、56kg和60kg。經(jīng)統(tǒng)計(jì)各爆破參數(shù)并進(jìn)行分析比較得知：最大單響裝藥量取128.8kg，經(jīng)過(guò)回歸計(jì)算得到：α=1.92;K=80.97。

根據(jù)公式Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3，可推導(dǎo)最大允許單響藥量。

(1)針對(duì)進(jìn)出口圍堰附近大體積混凝土而言，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況取Rmin=15 m，v允=10 cm/s，則最大允許單響裝藥量為：

Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3=128.8(kg)

根據(jù)炮孔深度為17.5m，采用A70硬殼炸藥爆破，考慮堵塞長(zhǎng)度2m，單孔裝藥量約2×60kg<128.8kg，爆破設(shè)計(jì)考慮兩孔一響，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)針對(duì)進(jìn)出口圍堰附近閘門而言，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，取Rmin=30m，v允=5cm/s，則最大允許單響裝藥量為：

Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3=143.7 kg>128.8 kg

爆破設(shè)計(jì)考慮兩孔一響，滿足設(shè)計(jì)要求。

因此，左岸圍堰爆破的最大單段藥量均按兩孔一響設(shè)計(jì)，最大單響藥量為120 kg。

3.3爆破安全分析

3.3.1進(jìn)口圍堰爆破安全分析

按堰內(nèi)充水考慮，重點(diǎn)對(duì)閘門和洞臉進(jìn)行安全分析。

(1)閘門處的水擊波超壓。

通過(guò)本工程實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，K=3；α=0.95；

ΔPm1=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(60^(1/3)/30)^0.95=0.43(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：閘門允許水擊波壓力標(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa。而該處計(jì)算得到的水擊波壓力略大于標(biāo)準(zhǔn)，理論上會(huì)對(duì)閘門產(chǎn)生破壞，因此，需要采取一定的防護(hù)措施。

(2)洞臉處的水擊波超壓。

同理，采用實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

ΔPm2=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/15)^0.95=0.84(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：混凝土迎水面允許水擊波壓力標(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa，而該處計(jì)算得到的水擊波壓力大于該標(biāo)準(zhǔn)，因此會(huì)對(duì)洞臉產(chǎn)生破壞，需要采取一定的防護(hù)措施。

(3)圍堰爆破飛石計(jì)算。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水深大于6 m時(shí)，可不考慮飛石；水深小于6 m的部分才可能產(chǎn)生的飛石。進(jìn)口圍堰出水后水深達(dá)15 m，但是，考慮到水面上仍有5 m的爆破高度，且炮區(qū)臨近進(jìn)口閘門起重設(shè)備，為了安全起見(jiàn)，需要采取切實(shí)可行的飛石防護(hù)措施，并安全地確定爆破警戒距離及范圍。

3.3.2出口圍堰爆破安全分析

按堰內(nèi)不充水考慮，重點(diǎn)對(duì)閘門和洞臉進(jìn)行安全分析。

(1)閘門處的水擊波超壓。

通過(guò)實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，K=3；α=0.95；

ΔPm1=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/298)^0.95=0.049(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：閘門允許水擊波壓力標(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa，而該處計(jì)算得到的水擊波壓力遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)，因此理論上不會(huì)對(duì)閘門產(chǎn)生破壞。

(2)洞臉處的水擊波超壓。

同理，采用實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

ΔPm2=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/32)^0.95

=0.41(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：混凝土迎水面允許水擊波壓力標(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa，而該處計(jì)算得到的水擊波壓力略大于該標(biāo)準(zhǔn)，因此理論上會(huì)對(duì)洞臉產(chǎn)生破壞，需要采取一定的防護(hù)措施。

(3)圍堰爆破飛石計(jì)算。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水深大于6 m時(shí)，可不考慮飛石；只有水深小于6 m的部分才會(huì)產(chǎn)生飛石。出口圍堰采用不充水爆破，需要采取切實(shí)可行的飛石防護(hù)措施，并安全地確定爆破警戒距離及范圍。

4爆破拆除采用的安全控制措施

(1)明渠底板的防護(hù)。

對(duì)明渠及導(dǎo)流洞出口段50 m范圍的底板混凝土采用保溫被+30 cm厚砂袋進(jìn)行滿鋪防護(hù)。砂袋用砂采用25 t自卸汽車運(yùn)至施工部位，人工裝袋，裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至部位，人工碼放整齊。

(2)門葉、門槽的防護(hù)。

水下防護(hù)：往基坑內(nèi)充水，同時(shí)在明渠底板齒槽位置布置兩道間距3 m的氣泡帷幕，并在下閘后、充水前于門葉前堆放砂堆對(duì)門葉進(jìn)行防護(hù)。

水上防護(hù)：在混凝土表面布設(shè)兩道主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，并在下閘后的門葉表面滿掛廢棄輪胎聯(lián)合防護(hù)。

(3)啟閉機(jī)及電氣房的防護(hù)。

啟閉機(jī)及電氣房主要采用架設(shè)棚架結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，棚架采用6 mm厚鋼板覆蓋及彩鋼瓦覆蓋；高程651 m處的孔口采用封蓋進(jìn)行防護(hù)，封蓋由竹夾板、鋼管構(gòu)成。

(4)飛石的防護(hù)。

①閘門槽的防護(hù)。

采用輪胎防護(hù)：將4～6個(gè)輪胎捆成一組，從下到上掛在閘門槽上。

②洞門及其兩側(cè)邊墻混凝土的防護(hù)。

采用掛竹排法防護(hù)(圖1)。

③閘室頂部的防護(hù)。

圍堰閘室頂部需要防護(hù)。在爆破之前，將啟閉機(jī)和電機(jī)控制柜移走，閘門提起，隱入閘室，頂部混凝土表面采用竹跳板覆蓋防護(hù)(圖2)。

④主動(dòng)防止飛石的方法。

對(duì)爆區(qū)表面進(jìn)行覆蓋。在爆區(qū)表面，采用一層柔性墊層和剛性墊層組合防護(hù)，首先掛一層草墊(柔性)，草墊前面再加一層竹跳板。每個(gè)防護(hù)層都必須固定并緊貼在被保護(hù)體的上面(圖3)。

⑤水擊波的控制

采用下閘關(guān)門爆破，基坑內(nèi)部充水。為了防止爆炸水擊波對(duì)閘門造成危害，在閘門前設(shè)置了兩道氣泡帷幕。

圖1　竹排防護(hù)法

圖2　采用竹跳板防護(hù)混凝土頂表面

圖3　爆堆表面的砂袋壓實(shí)

空氣帷幕的設(shè)置方法：在進(jìn)水口基坑設(shè)置兩道氣泡帷幕,兩道氣泡帷幕發(fā)射管的間距為1 m。在圍堰與爆區(qū)之間的水底下敷設(shè)橫過(guò)建筑物長(zhǎng)度、直徑50 mm的鋼管作為噴氣管，在管上鉆兩排直徑為1.5～2 mm、間距25～50 mm的噴氣孔。兩排噴氣孔間的夾角為90°，使各排噴氣孔噴出的氣泡碰撞，既攪動(dòng)水流，又增加帷幕厚度。所采用的風(fēng)壓為2 MPa、大于100 m3/min的空壓機(jī)供給壓縮空氣，經(jīng)試驗(yàn)可行后在爆前15 min啟動(dòng)。噴氣管應(yīng)敷設(shè)在底板混凝土上，為防止充氣后噴氣管受到浮力而上浮、擺動(dòng)，還需采取加重措施。

5結(jié)語(yǔ)

2014年5月7日，白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流洞最后一個(gè)圍堰成功爆破。通過(guò)爆破控制及安全防護(hù)措施，進(jìn)出口圍堰不僅爆破效果好，而且周邊建筑物未受到絲毫破壞影響。

參考文獻(xiàn):

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[3]李泉.幾種水下鉆孔爆破炸藥單耗計(jì)算公式的分析與比較[J].爆破，2012,29(1):94-97.

周紅祖(1983-)，男，湖北隨州人，白鶴灘施工局技術(shù)部主任，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-23

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0061-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV52;TV551

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