岳城水庫2號副壩炸藥室改造設(shè)想

張 凱

（漳衛(wèi)南運河岳城水庫管理局，河北 邯鄲 056001）

1 水庫工程概況

岳城水庫位于河北省磁縣與河南省安陽縣交界處，是海河流域漳衛(wèi)南運河水系漳河上的一座具有防洪、供水、發(fā)電等綜合效益的大（1）型控制性水利工程，總庫容13 億m3，控制流域面積18 100 km2，占漳河流域總面積的99.4%。水庫于1959 年動工興建，1970 年建成。工程由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、壩后電站及渠首工程組成。水庫設(shè)計洪水標準為1 000 a 一遇，校核洪水標準為2 000 a一遇。

攔河壩為均質(zhì)土壩，由1 座主壩和4 座副壩組成，主壩最大壩高55.5 m，長3 603.3 m；副壩最大壩高32.5 m，總長2 693.5 m；壩坡上游為漿砌石護坡，下游為干砌石護坡，壩頂高程（大沽高程，下同）均為159.50 m，壩頂寬7.1 m，壩頂防浪墻頂高程161.50 m，水庫正常蓄水位149.0 m。

溢洪道位于主、副壩連接處，為長陡槽式，控制段泄洪閘共9 孔，閘門為12 m×10 m 弧型鋼閘門，堰頂高程為143.0 m，凈寬108 m，總寬131.5 m，設(shè)計泄量為11 000 m3/s，校核泄量達到12 850 m3/s。

泄洪洞為壩下埋管式，共9 孔，孔徑6 m×6.7 m（寬×高），中間7 孔設(shè)弧型鋼閘門，兩邊孔設(shè)平板鋼閘門。右側(cè)邊孔為電站引水洞，電站裝機17 MW，其余8 孔用以泄洪，設(shè)計泄量3 500 m3/s。

岳城水庫通過河北省民有渠和河南省漳南渠灌溉農(nóng)田，設(shè)計灌溉面積14.67 萬hm2，并可為邯鄲、安陽兩市提供工業(yè)和城市生活用水。

2 漳河流域暴雨特性

漳河流域暴雨是由天氣系統(tǒng)與地形條件結(jié)合所致。夏季，太平洋副熱帶高壓加強北上，易在太行山區(qū)迎風(fēng)坡形成大暴雨。暴雨天氣普查結(jié)果顯示，天氣系統(tǒng)以切變、西來槽發(fā)生機會最多，但造成本流域特大暴雨的天氣系統(tǒng)多為臺風(fēng)倒槽及西南渦。如，1956 年8 月大暴雨為臺風(fēng)造成，1963 年8 月暴雨為切變與西南渦相配合引起，1996 年8 月暴雨為西風(fēng)槽與臺風(fēng)倒槽結(jié)合所致。2016年7月暴雨為超強厄爾尼諾所致，漳衛(wèi)南運河出現(xiàn)暴雨極端天氣，左右區(qū)域為副熱帶高壓，中間處于低渦控制區(qū)，疊加黃淮氣旋，導(dǎo)致7月19日漳河流域出現(xiàn)暴雨大暴雨過程，局地降特大暴雨。漳河流域暴雨多集中在七八月，歷時一般3 d 左右；強度較大的暴雨常集中在1 d 甚至數(shù)小時內(nèi)，歷時較長的暴雨通常由2個或2個以上的天氣系統(tǒng)組合所形成。暴雨中心一般發(fā)生在太行山南麓或東麓的迎風(fēng)區(qū)，與年降水量的高值區(qū)一致。漳河洪水由于受自然地理因素決定，具有暴漲暴落、突發(fā)性強、洪峰一般單峰較多的特點，較大洪水一般由2 個以上天氣系統(tǒng)組合，降雨歷時長，峰高量大，也易出現(xiàn)復(fù)式洪峰。

3 水庫防洪重點保護對象

3.1 京廣鐵路和107國道、石安高速公路、大廣高速公路、京九鐵路等

京廣鐵路和107國道位于水庫下游12 km處，石安高速公路位于107國道下游3 km左右。京廣鐵路橋可通過12 000 m3/s 洪水流量，107 國道公路橋僅能通過9 000~10 000 m3/s洪水流量。

3.2 邯鄲市

邯鄲市是河北省南部較大工業(yè)城市，距水庫壩址52 km，高程在50 m 左右。根據(jù)爆破2 號小副壩洪水演進推算，如果爆破2號小副壩，洪水將淹及邯鄲市東南部占市區(qū)近1/3的面積。

3.3 安陽市

安陽市是河南省北部中等城市，高程在75 m 左右。一般洪水不會淹及市區(qū)，大洪水時東北近郊區(qū)受影響。

3.4 其他

岳城水庫下泄流量超過500 m3/s 時，漳河灘地村莊受到影響；超過1 500 m3/s時，漳河右岸分洪，淹沒大名泛區(qū)；超過3 000 m3/s時，漳河左堤不保，淹沒河北省黑龍港地區(qū)。如果下游衛(wèi)運河兩堤決口，將淹沒冀豫魯三省廣大平原地區(qū)，約計影響206.67萬hm2耕地、1 560萬人。

4 水庫2號小副壩工程地質(zhì)條件

2號小副壩位于1號小副壩北端埡口部位，原地面高程148 m，沒有清基。1965 年建成時，最大壩高9.5 m，壩頂高程155.0 m；1976 年大壩加高后，最大壩高11 m，壩頂高程157.0 m；1987 年再次加高后，最大壩高13.5 m，壩頂高程159.5 m。

壩基地層巖性自上而下分述如下：頂部為第四系地層，樁號1+850—2+240分布坡殘積淺黃色黃土狀亞黏土，厚1~3 m；樁號1+752—1+850、2+240—2+311 分布下更新統(tǒng)沖洪積紅土卵石，厚1.5~7 m。其下為第三系上更新統(tǒng)第三層黏土、亞黏土、亞砂土互層和砂層。壩基持力層為第三系黏土和坡洪積紅土卵石層。第三系潛水水位埋深在142 m 高程以下。由于壩基主要是第三系黏土層，所以未做防滲措施，僅在壩下設(shè)置了砂礫褥墊排水。

1991年2 號副壩加高2.5 m 后，下游壓坡地基相應(yīng)擴寬10~17 m，主要位于原排水溝下游，地面高程145~155 m，中間低兩側(cè)高，高差10 m 左右。清基挖除上部l m左右厚的松弛土層，持力層主要為黃土狀亞黏土。

為解決非常洪水，在2號小副壩設(shè)有9個供炸壩用的炸藥室，底高程149.60 m。炸藥室由平洞與豎井組成，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土設(shè)計標號為200號，平洞底板和邊墻為現(xiàn)澆混凝土，平洞頂拱與豎井為分節(jié)預(yù)制混凝土吊裝、混凝土豎井施工，采用壩體開挖后安裝方案，豎井周圍用100 號素混凝土回填與壩體防滲土料連接。

5 水庫2號小副壩爆破方案及存在問題

根據(jù)水利部水汛〔1992〕70 號文《岳城水庫防御超標準洪水爆破2號小副壩實施方案》，岳城水庫防洪標準為2 000 a 一遇，當水庫超過防洪標準采用爆破2號副壩的非常措施方案。

5.1 爆破時機

（1）岳城水庫近期非常運用防洪標準為2 000 a一遇，超過防洪標準，全力搶險。當庫水位達到158.5 m且仍在迅速上漲時，經(jīng)國家防總批準，爆破2號小副壩，以確保主壩安全。

（2）采取爆破2 號小副壩措施要提前12 h 上報國家防總批準，即當水庫水位達142.14 m、入庫流量超過10 100 m3/s 且洪水繼續(xù)上漲時，由海河防總上報國家防總，提請準備實施爆破2 號小副壩措施。

（3）實施爆破2 號小副壩的命令，由國家防總下達到海河防總，海河防總再下達到岳城水庫防汛指揮部及漳衛(wèi)南局，并通知河北省、河南省、山東省、天津市分別做好配合工作。

5.2 爆破實施過程

2號副壩長559.3 m、高12.5 m，為均質(zhì)土壩。壩上設(shè)有3組炸藥室，每組3室，共9室，為豎井式結(jié)構(gòu)（見圖1），每室裝填炸藥4.8 t。

圖1 岳城水庫2號小副壩炸藥室結(jié)構(gòu)

根據(jù)《岳城水庫防御超標準洪水爆破2 號小副壩實施方案》規(guī)定，開啟炸藥室井蓋、抽水、通風(fēng)用時2 h，裝填炸藥用時1.5 h，人員撤離用時0.5 h。具體步驟如下：第一步，接到通知后首先將爆破配套設(shè)備運送至2 號副壩（每組炸藥室配備起重機、配電柜、發(fā)電機各1臺，水泵、鼓風(fēng)機、照明燈、炸藥筐各3個，電纜、棕繩、水管若干米），開啟炸藥室井蓋，下水泵抽井內(nèi)積水，再向井內(nèi)送風(fēng)；第二步，將炸藥垂直吊裝送入炸藥室，每個炸藥室需裝填人員18 人，具體分工為炸藥卸車4人、向炸藥室內(nèi)吊運炸藥10人、炸藥室內(nèi)部裝炸藥4 人，9 個炸藥室共需162 人；第三步，向炸藥室豎井回填砂礫料，每個炸藥室需回填15 m3砂礫料，共計135 m3，需自卸車10輛、裝載機2臺、推土機3臺；第四步，人員撤離，等候命令適時起爆。

5.3 爆破方案存在問題

在每年汛前進行的炸藥室開蓋、裝藥演練中，發(fā)現(xiàn)存在如下問題。

（1）壩頂空間狹窄（壩頂寬7.1 m），難以容下100多人和眾多機械同時展開作業(yè)施工。

（2）汛期遇到暴風(fēng)雨等惡劣環(huán)境條件時要防風(fēng)防雨，同時進行炸藥吊裝、封堵豎井，炸藥運輸車與其他機械設(shè)備相互干擾。

（3）炸藥室1.8 m×2.0 m，空間狹小，最多能同時容納2 人同時搬運炸藥，勞動強度大，工作效率低，人員替換困難。

（4）炸藥室內(nèi)常年積水50 ~100 cm 深，無法排除，雖配置有抽水泵，也不能將積水徹底抽排干凈，以致積水影響炸藥的安置。

（5）對炸藥室封堵回填時，起爆炸藥的導(dǎo)線很難保證不被損壞。

（6）配備的爆破配套設(shè)備（含起重設(shè)備、水泵、發(fā)電機、三腳架、鼓風(fēng)機、照明設(shè)施、電纜、配電箱、水管、竹筐、棕繩等）雜亂，組裝運輸費時費力。

6 炸藥室改造方案

基于上述原因，在目前工況條件下，受工程場地、炸藥室結(jié)構(gòu)、天氣環(huán)境和配套設(shè)備等因素影響，目前執(zhí)行的《岳城水庫防御超標準洪水爆破2 號小副壩實施方案》實施難度極大，可能貽誤破壩時機。為保證2 號小副壩實施方案的順利實施，建議對炸藥室進行改造，保證在惡劣天氣條件下能快速裝藥、封堵、爆破泄洪，保證主壩安全。

6.1 2號小副壩壩腳148.1 m高程修建道路

在2號小副壩樁號1+752—2+311段利用下游壩腳平臺，沿壩腳往左側(cè)經(jīng)3號副壩上至壩頂，沿壩腳往右側(cè)經(jīng)1 號副壩上至壩頂修1 條寬5 m、厚20 cm的混凝土道路與壩頂?shù)缆沸纬赏暾]合的道路。在啟動非常措施時，通過壩腳道路和運輸廊道可快速把炸藥運送至炸藥室，使運送炸藥和配套設(shè)備的車輛機械能夠單向行走互不干擾，新建道路如圖2所示。

圖2 新建道路示意

6.2 改造炸藥室輸送方式，由垂直輸送改為水平輸送

在下游壩腳正對炸藥室處垂直壩軸線方向修建1 條炸藥運輸廊道，廊道斷面為城門洞形，寬1.8 m，高2 m，底高程從148.1 m 漸變?yōu)?50.0 m，與炸藥室相通。炸藥室內(nèi)的滲水可自流排至壩外，另水平運輸可加快裝藥速度，由于裝藥和豎井封堵分別在壩腳和壩頂，所以減少了機械設(shè)備的互相干擾。廊道按土洞開挖施工，設(shè)間距500 mm 的I12 鋼支撐和自鉆式超前錨桿，開挖后及時噴5 cm 厚混凝土，最終設(shè)30 cm 鋼筋混凝土襯砌。洞口設(shè)1 道門，平時封閉保護廊道。每個炸藥室設(shè)1 條廊道。開挖廊道的土方可用于壩腳公路的路基墊筑。炸藥室豎井改造斷面如圖3 所示，新增廊道斷面如圖4所示。

圖3 炸藥室豎井改造斷面示意

圖4 新增廊道斷面示意

6.3 降低炸藥運輸勞動強度

在廊道一側(cè)配置皮帶傳送裝置快速運輸炸藥，另一側(cè)作為過人通道，人員可隨時替換。運送炸藥車可直接將炸藥送至壩腳道路上對應(yīng)的每個運送廊道口處，只需要4 人將炸藥卸至皮帶機上再由安放炸藥的2人安裝炸藥即可，9個炸藥室共需54人。

6.4 爆破泄洪

炸藥安放妥當后，利用原豎井下卸土料進行封堵。為防止在封堵過程中將爆破導(dǎo)線損壞，在廊道底部設(shè)置穿線管，將爆破導(dǎo)線引至廊道外。封堵完畢后，可適時爆破副壩泄洪。炸藥室裝填炸藥和封堵，如圖5所示。

圖5 炸藥室裝填炸藥和封堵示意

7 結(jié)語

岳城水庫2 號小副壩炸藥室改造方案主要內(nèi)容為修建壩腳道路，在下游壩腳正對炸藥室處垂直壩軸線方向興建炸藥運輸廊道，增設(shè)皮帶傳送機將炸藥由垂直輸送改為水平輸送，炸藥運送和豎井回填在不同高程實施。此方案可降低炸藥輸送安置的勞動強度，減少操作人員和配套輔助設(shè)備的數(shù)量，減少機械設(shè)備相互干擾，有效解決在現(xiàn)有條件下爆破實施過程中遇到的炸藥室積水、空間狹小、設(shè)備干擾、導(dǎo)線損壞等問題，亦可減輕惡劣天氣的影響，提高爆破工作效率。需要指出的是，炸藥室改造方案會對炸藥爆破效果產(chǎn)生一定影響，所以炸藥量配置需要重新計算，這里未對此進行論述，只是對炸藥裝填方式進行了改進。