某抽水蓄能電站下庫進/出水口預(yù)留巖坎爆破設(shè)計

韓立陽，張軼臣

某抽水蓄能電站下庫進/出水口預(yù)留巖坎爆破設(shè)計

韓立陽，張軼臣

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021）

文中系統(tǒng)地介紹了某抽水蓄能電站下庫進/出水口的爆破設(shè)計方案，包括預(yù)留巖坎的水下鉆孔設(shè)計、爆破設(shè)計和對爆破過程中已建建筑物的防護設(shè)計。

設(shè)計；爆破；水下鉆孔；防護；蓄能電站

某抽水蓄能電站位于遼寧省境內(nèi)，樞紐由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關(guān)站等組成，下庫利用已建的水庫，上庫位于水庫庫區(qū)左岸山溝內(nèi)，站址距縣城4 km。電站裝機容量800 MW，4臺機，單機容量200 MW，年平均發(fā)電量12.06×108kW·h，年平均抽水電量15.96×108kW·h。電站建成后在遼寧省電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻和緊急事故備用等任務(wù)。

1 蓄能電站樞紐工程概況

該電站的樞紐系統(tǒng)主要由上水庫進/出水口、輸水隧洞、地下廠房及下水庫進/出水口組成。下水庫進/出水口位于已建水庫庫區(qū)內(nèi)，結(jié)構(gòu)型式為豎井式進水口，共4孔，每個進/出水口設(shè)2扇固定攔污柵和一扇事故檢修閘口，進/出水口底板高程為246.90 m。已建水庫正常蓄水位為301.10 m，死水位為265.00 m，進/出水口位于水庫正常蓄水位以下54.2 m。

2 下水庫進/出水口施工導(dǎo)流概況

由于下水庫進/出水口位于已建水庫內(nèi)，工程施工問題較為突出，經(jīng)實測統(tǒng)計，已建水庫最低運行水位為1971年2月的285.21 m，高于下庫進/出水口底板高程（246.90 m），因此下水庫進/出水口需在圍堰保護下進行施工。在工程設(shè)計中比選了在水庫內(nèi)填筑深水圍堰的導(dǎo)流方案和采用預(yù)留巖埂與混凝土圍堰相結(jié)合的導(dǎo)流方案。經(jīng)綜合比選，最終選定采用預(yù)留巖坎給合混凝土圍堰的施工導(dǎo)流方案。該導(dǎo)流方案的最大難點在于預(yù)留巖坎的水下爆破拆除。

3 預(yù)留巖坎爆破拆除設(shè)計

已建水庫死水位為265.00 m，下庫進/出水口底板高程為246.90 m，進/出水口前沿巖坎開挖高程為256.90 m，在確定的巖坎頂高程和圍堰位置的條件下，預(yù)留巖坎前端預(yù)挖集渣坑底高程為240.90 m，深度為6.0 m，集渣坑底寬為18.4 m，集渣坑上開口邊緣距下水庫進/出水口前端距離為8.11 m。

設(shè)計巖坎拆除采用爆破方案進行拆除，為了盡量減小鉆孔爆破拆除的難度，首先應(yīng)對預(yù)留巖坎進行預(yù)拆除，預(yù)拆除分巖坎迎水側(cè)和背水側(cè)兩部分，分別進行拆除。預(yù)拆除后巖坎長度為86 m，巖坎頂高程仍為293.50 m，高度為36.60 m，底高程為256.90 m，頂寬為4.5 m，底寬為44 m，迎水側(cè)基本開挖至強風(fēng)化下線，背水側(cè)開挖邊坡為1.00∶0.35，爆破拆除總方量約為89 216 m3（自然方）?？紤]到巖坎爆破拆除方量較大，巖坎高度較高，水深較深，爆破難度很大，若采用常規(guī)的扇形孔爆破方案，鉆孔深度加大，巖坎底部爆破效果差，不確定因素較多，將很難達到預(yù)期效果。

3.1 爆破方案設(shè)計

綜合多次調(diào)研成果，設(shè)計中對巖坎采取分上、下兩部分鉆孔裝藥一次爆破拆除，上部20 m高巖坎利用4.5 m寬巖坎頂平面進行水上鉆扇形孔（豎斜孔）爆破拆除，下部利用基坑內(nèi)的干地條件鉆水平緩傾孔爆破拆除。具體爆破設(shè)計方案如下。

上部巖坎高度20.0 m，頂寬4.5 m，底寬31.62 m，枯水期拆除利用4.5 m寬巖坎平臺，采取水上鉆扇形孔（豎斜孔），水上裝藥，扇形孔鉆孔傾角52°～89°；下部巖坎高度為16.60 m，利用巖坎背水側(cè)干地施工條件鉆水平緩傾孔，孔深約為40 m，緩傾角角度為2.726°，采用PVC塑料套管輔助裝藥，上部、下部鉆孔和裝藥施工同時進行，待爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接完畢后，采取毫秒微差控制爆破一次拆除。同時考慮為了減少巖坎爆破對巖坎兩端山體的爆破震動破壞影響以及巖坎底部平臺平整度的要求，設(shè)計將對最終巖坎兩端和底部采取欲裂爆破，欲裂爆破應(yīng)在主爆破之前實施。

預(yù)裂孔鉆孔直徑為φ60 mm，藥卷直徑約為30 mm，線裝藥密度約為300 g/m，鉆孔間距為0.5 m；迎水側(cè)水下預(yù)拆除巖坎爆破鉆孔直徑均為φ100 mm，藥卷直徑均采用70～80 mm，鉆孔間排距為2.0 m；最終巖坎上部扇形孔爆破鉆孔直徑均為φ100 mm，藥卷直徑均采用70～80 mm，孔口孔距為2.0 m，排距為0.5 m，孔底間排距為2.0 m；最終巖坎下部水平緩傾孔爆破鉆孔直徑均為φ100 mm，藥卷直徑均采用70～80 mm，鉆孔間排距為1.5 m。

爆破網(wǎng)路采用非電毫秒微差（塑料導(dǎo)爆管接力式起爆）接力網(wǎng)路起爆，炸藥采用高性能乳化炸藥。

3.2 水下鉆孔設(shè)計

1）鉆孔時段下水庫運行水位分析

根據(jù)對已建下水庫水位運行資料的分析，該水庫歷年各月平均水位最低為3月份，水位為293.13 m，4月份水位略有回升，水位為293.72 m，已高于預(yù)留巖坎頂高程293.50 m，為保證干地鉆孔及下水庫進/出水口的正常施工，在鉆孔時段采取控制下水庫水位的措施，控制下水庫水位在巖坎爆破施工年1—6月的水位不高于293.00 m。上述措施將造成下水庫產(chǎn)生一定的經(jīng)濟損失。

2）國內(nèi)巖坎爆破鉆孔情況

對于水上鉆孔機具的選擇，設(shè)計過程中調(diào)查了廣州爆破工程有限公司廣西西江航道疏浚工程施工現(xiàn)場。該工程為西江航道炸礁工程，炸礁采用鉆爆船安裝改裝地質(zhì)鉆機進行水下鉆孔。鉆爆船為自制拼裝浮船，船長43 m、寬15 m、型深2.8 m。鉆爆船上共布置5臺XAMS486空壓機，船體一側(cè)間隔2 m布置1臺GY-2H地質(zhì)鉆機，共布置12臺。經(jīng)過對地質(zhì)鉆機鉆頭的改進，通過空壓機為鉆機提供動力，使鉆機由回轉(zhuǎn)鉆進改為沖擊鉆進，極大地提高了鉆機的工作效率。通過對現(xiàn)場施工人員的了解，改進后地質(zhì)鉆機鉆進速度為5～6 m/h，日進尺可達到100 m。

3）水上鉆孔設(shè)計

根據(jù)工程的實際情況，工程水下出渣主要包括四部分：其中I區(qū)為水下碎石混合土，II區(qū)為強風(fēng)化巖石和部分弱風(fēng)化巖石，III區(qū)為預(yù)留巖坎最終部分，IV區(qū)為干地預(yù)拆除部分。經(jīng)分析工程的鉆孔難點為II區(qū)部分，需采用水上鉆孔，鉆孔設(shè)計重點就針對該部分進行。爆破分區(qū)情況詳見圖1。

圖1 下庫進/出口拆除分區(qū)示意圖

根據(jù)該水庫下水庫進/出水口施工現(xiàn)場條件，鉆爆船采用可拆解的船體，由陸地運輸至現(xiàn)場拼裝，然后下水進行施工。所拼裝的鉆爆船：船長30.0 m，船寬10.5 m，型深2.2 m。電動錨絞車：6臺×1.0 t；錨配備：錨0.5 t×6只，錨艇2臺。鉆機采用高風(fēng)壓潛孔鉆機5臺，空壓機5臺，風(fēng)壓17～21 kg/cm2，風(fēng)量22～24 m3/min。

強風(fēng)化巖石部分下爆破鉆孔，按平均深度10 m計算，根據(jù)水下爆破的工藝流程及各環(huán)節(jié)特點，以及現(xiàn)場地質(zhì)情況，現(xiàn)分析鉆每一排孔各環(huán)節(jié)所需時間如下：測量定位時間（t1）為10 min；單孔鉆進時間（t2）為120 min；下套管時間（t3）為20 min；裝藥時間（t4）為30 min；聯(lián)線時間（t5）為10 min；不平衡鉆孔時間（t6）為20 min；移船、警戒、拋錨、固定（t7）為50 min；單排孔的總時間（t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7）=260 min。每個工作日按2個臺班（16 h），5臺潛孔鉆機，可完成鉆孔數(shù)為15個鉆孔。鉆孔數(shù)為2 059個，水上鉆孔、爆破完成時間為6個月。鉆孔設(shè)備見表1。

表1 預(yù)留巖坎爆破鉆孔設(shè)備表

4 預(yù)留巖坎爆破安全防護設(shè)計

1）已建的攔污柵閘墩及攔污柵的防護措施。采用規(guī)格20號B200×75×9的槽鋼焊接后形成疊梁門框，內(nèi)充填直徑20 cm圓木或枋材形成疊梁門，固定于攔污柵和攔污柵啟閉平臺上防止爆破后的石渣進入尾水管內(nèi)，同時保護已建成的工程設(shè)施不被破壞。疊梁門前懸掛舊橡膠輪胎，防止飛石撞擊。

2）攔污柵啟閉設(shè)備的防護措施。在高程315.00 m以上，采用高5.0 m的鋼筋網(wǎng)，對攔污柵啟閉設(shè)備等已建設(shè)施進行防護。

3）巖坎爆破堰內(nèi)充水。為防止巖坎爆破產(chǎn)生的飛石對已建成的下庫進/出水口其他工程設(shè)施產(chǎn)生破壞，爆破采用堰內(nèi)預(yù)充水方案，采用DF?SG150-200/4/11離心泵6臺，流量362 m3/h，揚程10.6 m，電機功率11 kW進行基坑充水。

4）水擊波的防護措施。氣泡帷幕可有效緩解震動波在水中傳導(dǎo)，布置3組氣泡帷幕，每組氣泡帷幕由3根氣泡帷幕發(fā)射管組成，間隔0.5 m布置。氣泡帷幕發(fā)射管另一端連接21 m3空壓機組，在水下爆破起爆前5 min，將空壓機組全部打開，直接將空氣注入到發(fā)射管，通過發(fā)射管上的小孔形成密集的氣泡群，形成氣泡帷幕。

5 結(jié)論

通過水下鉆孔設(shè)計、爆破設(shè)計、防護設(shè)計，圓滿地解決了水下預(yù)留巖坎的拆除，此次設(shè)計技術(shù)上合理，經(jīng)濟上可行，為水下巖石爆破方案設(shè)計提供了一下的參考。

TV73 < class="emphasis_bold"> ［文獻標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）12—0006—03

2017-07-27