圍堰雙排混凝土防滲墻爆破拆除動水泄渣新技術

黨 永 平，　林　勝，　梁 建 忠，　鄒　偉，　楊 享 渠

(1.中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，四川 成都　611130；2.德陽明源電力集團德為電力有限責任公司，四川 德陽　618000)

圍堰雙排混凝土防滲墻爆破拆除動水泄渣新技術

黨 永 平1，林勝2，梁 建 忠1，鄒偉1，楊 享 渠1

(1.中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，四川 成都611130；2.德陽明源電力集團德為電力有限責任公司，四川 德陽618000)

摘要：介紹了藏木水電站建設三期截流工程中的二期上游圍堰雙排混凝土防滲墻拆除工作所采用的特殊施工方法，該施工方法達到了爆破拆除無需采用人工和使用機械設備進行水下開挖和出渣清淤之目的，實現了爆破、出渣、清渣及清淤一體化，形成了獨特的動水泄渣技術，具有一定的獨創(chuàng)性，對類似工程具有借鑒意義。

關鍵詞：雙排；混凝土防滲墻；爆破拆除；動水泄渣；新技術；藏木水電站

1概述

在水利水電工程建設中，對圍堰進行防滲處理一般采用混凝土防滲墻防滲，其優(yōu)點是防滲效果好；缺點是后續(xù)圍堰拆除時均需對防滲墻采取爆破拆除并進行水下開挖和清於，不僅耗時長，而且時常無法保證能將其拆除至有效設計斷面，對后續(xù)施工順利進行影響較大。

藏木水電站導流分三期施工，三期導截流工程包括二期上下游圍堰拆除、三期截流、三期圍堰填筑與拆除等項目。其中，二期上游圍堰拆除施工難度極大，如工程量大、工期緊、拆除質量要求高；拆除作業(yè)面狹窄，出渣道路布置受限，機械設備多；迎水面堰腳雙排混凝土防滲墻按常規(guī)程序進行爆破拆除作業(yè)需較長時間，難以滿足要求；二期上游圍堰拆除時，受二期上游圍堰泄流槽開挖進度的控制與影響，特別是受上游側堰體開挖、雙排混凝土防滲墻拆除和水下開挖及清淤制約，若三期截流戧堤進占過多，導致堰前水位過高，將會增加混凝土防滲墻爆破作業(yè)的難度；戧堤不進占(或少進占)，截流時間難以保證。通過分析后認為，雙排混凝土防滲墻拆除的有效利用時間非常短暫，且不能在圍堰開挖過程中拆除，否則將影響二期基坑內施工、上游圍堰和泄流槽拆除的有效性，直接影響到工程總目標的實現。因此，必須結合工程實際，對三期導截流工程進行研究，重點是雙排混凝土防滲墻的拆除，如果能達到雙排混凝土防滲墻一次拆除而無需出渣、水下開挖及水下清淤，就可以為二期圍堰拆除提供較為充足的時間，從而提高節(jié)點目標實現的可靠度，為實現業(yè)主提前截流的目標奠定基礎，意義非凡(圖1、2)。

圖1　二期上游圍堰橫斷面拆除結構布置圖

圖2　二期上游圍堰縱斷面拆除結構布置圖

二期上游圍堰堰體位于大壩上游約190 m處，堰頂高程3 280 m，堰頂寬度10 m，軸線長247.07 m，最大堰高40 m。迎水面坡度為1：1.5、1：2.0、1：2.5；背水面坡度為1：1.5、1：1.75。防滲墻布置在迎水面堰腳位置，為C20混凝土雙排防滲墻，兩墻間距5 m，上游側防滲墻寬1 m，頂部設置2 m高、2 m寬導墻和1.3 m高、2.6 m寬底座，導墻上游設置平臺，高1.1 m、寬2 m；下游側防滲墻寬0.8 m，頂部設置底寬0.85 m、頂寬1.5 m，高2 m寬倒棱臺型導墻和2.5 m高、3 m寬T型底座，導墻和底座內設置有φ8和φ14鋼筋，按設計要求均需拆除至3 248 m高程，拆除形狀為 “倒梯形”缺口(圖3)。

圖3　雙排混凝土防滲墻結構布置圖

2爆破拆除動水泄渣總體設計方案

根據工程要求，為達到在很短的時間內完成雙排混凝土防滲墻拆除且無需采取人工和機械水下開挖、出渣、清淤等目的，主要通過以下措施予以解決：首先，爆破拆除時，水流雖然能攜帶走部分細粒料，但絕大部分渣料只能在防滲墻下游附近沉積，因此，必須設置能容納爆破拆除渣料的空間，具體做法是在堰體開挖至設計斷面底高程時，適當超挖并形成一個坑以容納爆破渣料，即集渣坑；其次，為確保防滲墻臨時擋水安全、減少或防止爆破飛石對附近建筑物產生的不利影響等，在防滲墻上下游亦預留部分堰體與其一同拆除；第三，控制防滲墻上下游水位差在合適的范圍內，按照一定的爆破參數、起爆順序，將防滲墻主體及預留堰體破碎至預計大小并利用爆破動能推拋卸至預設的集渣坑內堆積并不占用設計斷面，完成爆破拆除和出渣一體化施工(圖4)。

圖4　混凝土防滲墻爆破拆除出渣卸渣一體化施工原理圖

2.1爆破拆除出渣卸渣一體化施工原理

由于混凝土防滲墻底座及堰體結構復雜，拆除要求高，給爆破方案的設計增加了不少難度。根據防滲墻底座及堰體結構形式、位置特點和工程要求，防滲墻及其底座、內側堰體的拆除利用“爆破動能與水壓沖能相結合”的泄渣思路來實現充分泄渣的工程目的，即在孔的中下部加大藥量，使得堰體的中下部利用爆破動能將渣拋擲入坑，其上部則利用水頭壓力將渣沖刷入坑；利用“從下游到上游逐層剝離拋擲，從中間到兩邊逐步推進開口”的起爆方案來實現控制泄渣的技術要求，即堰體中間先爆，中間開口時水頭最高、沖刷力最大，渣體不至于堆積在原位，泄流渠道最易形成；利用低單響藥量、交叉接力起爆等技術手段，同時輔以預留壓渣體、預設集渣坑、提前拆除下游圍堰實現預充水、加強覆蓋防護等措施來達到總的工程要求。

2.2集渣坑的設置及預留壓渣

隨著開挖高程降低，逐漸形成防滲墻兩側壓渣體，壓渣體頂部以雙排混凝土防滲墻底座上下游側外邊線為界，開挖至渠道底高程時分別距上下游防滲墻4 m距離，形成上下游兩道坡度較陡的壓渣體。

待分區(qū)均已開挖完成后，在雙排混凝土防滲墻壓渣體下游側基坑底部實施超挖，形成一個長×寬×高=25 m×50 m×4 m的大型集渣坑(圖5)。

圖5　混凝土防滲墻爆破拆除集渣坑及預留壓渣體示意圖

2.3基坑預充水

集渣坑開挖完成后，從下游圍堰左側提前開挖缺口(時間上剛好與基坑施工完成、下游圍堰破堰拆除相銜接)，向二期圍堰基坑預充水，以提高爆破效果(主要是塊體破碎粒徑和爆破動能推渣等)。

3爆破設計

3.1鉆孔

3.1.1防滲墻

(1)孔徑d：鉆孔直徑為90 mm；

(2)孔距a：單排垂直孔，在防滲墻中心線上布孔，a取80 cm；

(3)超深h：為了防止防滲墻部位堆積渣料或留下臺埂，超鉆深度h=2.5 m；

(4)孔深L：上游側孔深L=11.8 m，下游側孔深L=11 m；

(5)單耗q：考慮到混凝土防滲墻拆除要求高(不需清渣、瞬間過流)，爆破塊度要求細(不大于50 cm)以及防滲墻周圍大塊石多等因素，為順利實現“堰體中下部拋擲入坑”的設計思想，單耗q(按防滲墻體積計算)取(4.3～4.5) kg/m3。

3.1.2導墻底座

(1)孔徑d：鉆孔直徑為90 mm；

(2)排距b：根據上下游側導墻底座結構的不同，在上游側防滲墻爆破孔中心線兩側各布置了一排孔，距中心線50 cm；在下游側防滲墻爆破孔中心線兩側各布置了一排孔，距中心線100 cm；

(3) 孔距a：上下游側孔距a均取100 cm；

(4) 孔深L：上游側孔深為2.1 m，下游側孔深為1.6 m；

(5) 單耗q：為使底座鋼筋混凝土充分破碎，取單耗q=1.3 kg/m3。

3.1.3平臺

(1) 孔徑d：鉆孔直徑為90 mm；

(2) 排距b：根據平臺結構，在該平臺上布置兩排炮孔，排距為80 cm；

(3) 孔距a：孔距a均取100 cm；兩排孔梅花形布置；

(4) 孔深L：根據平臺厚度，取孔深為0.8 m；

(5) 單耗q：取單耗q=0.8 kg/m3。

3.1.4內側堰體

兩道防滲墻之間堰體凈寬度為4.1 m，其填筑料組成復雜，不易拆除，因此，采用跟管成孔技術，對該部分堰體進行鉆孔爆破并充分破碎，確保了爆破后順利泄渣分流。

(1) 孔徑d：跟管管徑為120 mm，成孔直徑為90 mm；

(2) 孔距a：單排垂直孔，在兩道防滲墻之間的中心線上布孔，a取150 cm；

(3) 超深h：超鉆深度h=2.5 m；

(4) 孔深L：根據堰體頂部高程和所考慮的超深，內側堰體孔深L=11 m；

(5) 單耗q：為順利實現“堰體中下部拋擲入坑”的設計思想，單耗q取0.85 kg/m3。

3.2裝藥結構

3.2.1防滲墻裝藥結構

本次拆除要求高(不需清渣、瞬間過流)，爆破塊度要求細(不大于50 cm)，同時考慮對防滲墻周圍大塊石等難拆物體的破碎效果并實現“堰體中下部拋擲入坑”的設計思想，為此，加大了中下部裝藥。防滲墻炮孔中下部段采用直徑為70 mm的乳化藥卷連續(xù)裝藥結構，起爆雷管放在藥柱中部；中上部段采用直徑為32 mm的乳化藥卷，3節(jié)捆一束，連續(xù)不耦合裝藥結構；上部段為底座鋼筋混凝土中心藥包。為將鋼筋混凝土充分破碎，采用直徑為70 mm的乳化藥卷連續(xù)裝藥結構；孔口堵塞長度為1.3～1.5 m。

3.2.2導墻底座及平臺裝藥結構

由于導墻底座及平臺炮孔較淺，采用單一裝藥結構，使用φ32乳化藥卷，4節(jié)捆一束連續(xù)不耦合裝藥，孔口堵塞長度為0.6～0.9 m。

3.2.3內側堰體裝藥結構

為了充分破碎兩道防滲墻之間的堰體，利于泄渣分流，應加大裝藥量，選用直徑為70 mm的乳化炸藥卷，采用連續(xù)裝藥結構，在底部和中部各設置一發(fā)起爆雷管，雷管聚能穴朝上，實現反向起爆，孔口堵塞長度為2.5 m。

3.3起爆網路

起爆點選擇在下游側防滲墻中間部位，采用 “V”型起爆網路，利用塑料導爆雷管雙線交叉接力聯(lián)網。按6個防滲墻孔為一段，網絡共分51段，傳爆總延時為610 ms；最大單段藥量260 kg。

該網絡既考慮了利用多孔齊發(fā)爆破時炸藥的合力來充分破碎防滲墻及堰體，達到泄渣分流的效果，又對單段最大藥量進行了嚴格控制，保證了被保護對象處的質點振動速度在允許范圍以內，降低了爆破振動對臨近建筑物的影響，同時也充分利用了江水中間流速高便于泄渣的優(yōu)勢。

3.4動水泄渣

一次性爆破拆除到位，爆破后拆除的石渣塊體粒徑不大于50 cm，利用爆破動能和水能結合控制泄渣，特別是上下游水位落差形成的推力和流速將全部爆破渣料向下游推移至預定位置集渣坑，滿足過流要求而無需再次出渣清淤。

(1) 爆后塊體粒徑抗沖流速計算。

根據爆破施工方案和現場實際爆破情況，雙排混凝土防滲墻及圍堰爆破后塊體粒徑不大于50 cm，為確保爆破后利用上下游水位落差形成的推力將全部爆破渣料向下游推移至預定位置集渣坑，通過抗沖流速公式反算出最小沖刷流速。

經計算，當塊體粒徑d=0.5 m時，最小沖刷流速υm=3.63m/s。

(2) 爆后過流槽缺口平均流速計算。

根據現場實際情況，在雙排混凝土防滲墻爆破孔檢查及裝藥前2d，集渣坑開挖已完成，二期基坑下游提前充水。經計算，上下游水位差控制在4m左右，爆破后缺口平均流速遠大于最小沖刷流速，因此，爆破后利用上下游水位落差形成的推力和流速完全能夠將全部爆破渣料向下游推移至預定位置集渣坑。

3.5振動控制

3.5.1爆破振動安全允許標準

根據《爆破安全規(guī)程》GB6722-2003制定鄰近爆破區(qū)不同類型水工建筑物安全爆破標準。鑒于上游圍堰與水工建筑物距離近，僅制定鄰近上游圍堰不同類型水工建筑物安全爆破標準即可(表1)。

表1　防滲墻拆除爆破安全振速允許標準表

3.5.2最大單響藥量的確定

經計算，導流明渠允許的最大單響藥量為285kg，最后爆破實施的控制單響藥量為260kg。

3.5.3振動速度的校核

經計算，建筑物所在位置的質點振動速度見表2。

從表2中的計算結果可以看出：按照該設計方案實施爆破，各保護對象是安全的。

3.5.4水中沖擊波校核

防滲墻爆破時，下游基坑已經充水，在水下的最大裝藥深度為4m。經計算，爆破峰值壓力p=0.125×105Pa。規(guī)范允許的最大安全壓力p=2×105Pa，因此，本次爆破水下沖擊波對大壩混凝土不會產生不良影響。

表2　爆破拆除各保護對象所在位置質點振動速度表

3.6飛石控制

圍堰周圍環(huán)境較復雜，重要設施較多，爆區(qū)上方有纜機運行，大壩正在進行混凝土澆筑施工，因此，必須對飛石進行嚴格控制。現場主要對爆區(qū)抵抗線薄弱部位采用棉被進行覆蓋，并用鐵絲網和沙袋進行固定(圖6)。

圖6　爆破安全防護措施

4實施效果

4.1爆破及動水泄渣和分流效果

二期上游圍堰防滲墻于2013年10月18日開始鉆孔，于10月25日20時爆破。爆破后，即實現了過流斷面全部過流，而且流水順暢。從流態(tài)觀察發(fā)現，爆破渣料幾乎沒有在堰體位置堆積，分流效果十分理想(圖7)。

4.2安全及飛石控制效果

爆破后纜機纜繩完好無損，距爆點上方20m的施工道路上無任何石塊(圖8)。

4.3振動控制效果

防滲墻爆破前后對壩基變形、縫隙開合度、錨桿應力、壩體滲透壓力、壩基揚壓力等進行了對比監(jiān)測，監(jiān)測數據穩(wěn)定，振動完全得到了有效控制。

圖7　混凝土防滲墻爆破拆除后過流

圖8　防滲墻爆破拆除前周圍環(huán)境

5結語

工程實踐中，在截流時間緊、現場出渣困難等異常特殊情況下，我們創(chuàng)造性地采用“從下游到上游逐層剝離拋擲，從中間到兩邊逐步推進開口”、預設集渣坑及預留壓渣體、充分利用爆破動能和較高水位差勢能并相互疊加作用，實現了防滲墻爆破拆除、出渣、卸渣一體化施工作業(yè)，為工程建設贏得了寶貴時間，達到了預期目的，取得了較好效果。

黨永平(1966-)，男，重慶大足人，高級工程師，工程碩士，從事水電工程建設技術與管理工作；

林勝(1972-)，男，四川三臺人，工程師，學士，從事電力工程物資計劃與管理工作；

梁建忠(1966-)，男，四川蓬溪人，高級工程師，學士，從事水電工程建設管理工作；

鄒偉(1977-)，男，江西萬安人，高級工程師，學士，從事水電工程建設技術與管理工作；

楊享渠(1962-)，男，四川渠縣人，高級工程師，學士，從事水電工程建設技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0021-05

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV543;TV542

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