取水首部圍堰水下拆除施工

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

取水首部圍堰水下拆除施工

何興梅，徐利君

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

本文以桓仁水庫取水首部土石圍堰水下拆除施工為例，簡要闡述了圍堰水下拆除施工方案，就施工主要難點，詳細(xì)敘述了防滲體水下爆破和水下松散石渣挖運施工，采用的爆破技術(shù)參數(shù)和水下松散石渣挖運方法，對類似工程有重要的參考價值和借鑒意義。

取水首部；圍堰防滲體；水下爆破；挖運施工；桓仁水庫

1 工程概況

桓仁水庫取水口首部圍堰為土石圍堰，其設(shè)計長81.70m，施工期設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，相應(yīng)庫水位304.89m，考慮工程的特殊性，施工期度汛標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，相應(yīng)設(shè)計庫水位307.11m，圍堰設(shè)計頂高程307.60m。堰頂填筑寬13～15m，最大堰高31.6m（軸線處），圍堰上、下游邊坡為1.0∶1.3。堰體采用鉆爆法洞挖石渣料填筑而成，堰體防滲體采用4排灌漿帷幕形成，排距為1.5m，上下游2排為膏狀漿液灌漿帷幕，中間2排為水泥漿液灌漿帷幕。膏狀漿液灌漿孔距為1.0m，水泥漿液灌漿孔距為2.0m。

利用庫區(qū)低水位期間，采用干地施工將圍堰拆除至高程290.0m，并將下游拆除開挖至樁號0-074m，開挖底高程271.0m，即Ⅳ區(qū)全部拆除完成。剩余圍堰水下拆除部分為樁號0-74～0-158m，圍堰防滲體水下爆破開挖和圍堰填筑石渣的挖運，即Ⅱ區(qū)的爆破挖運及Ⅰ、Ⅲ區(qū)的挖運工作。工程量：圍堰堰體水下開挖28800m3；圍堰防滲體水下爆破按膏狀液擴(kuò)散半徑2m計算為7200 m3；水下石渣挖運（水下施工）36000m3。圍堰水下拆除部分見圖1。

2 施工方案

圍堰水下拆除施工順序為Ⅰ區(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)，爆破采用“V”字型起爆，從中間點向兩側(cè)推進(jìn)。由于孔深較大，單孔裝藥量總量較大，為了控制單響起爆藥量和爆破震動的破壞，此次防滲體爆破采用孔內(nèi)、孔外延時起爆的方法，同響爆破孔數(shù)不超過4個，爆破的方向為庫區(qū)方向。爆破開挖工藝流程：

圖1 圍堰水下拆除部分示意圖

測量控制→炮孔定位→孔口標(biāo)高測量→孔深、藥量計算→成孔作業(yè)→炮孔檢查→裝藥→炮孔填塞→起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接→警戒、發(fā)預(yù)警信號→發(fā)起爆信號、起爆→測震→殘炮檢查→發(fā)警報解除信號→爆破成果監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析→挖渣→裝船→運輸→卸渣→下一循環(huán)。

圍堰水下拆除主要難點：一是圍堰防滲體的水下爆破開挖技術(shù)；二是松散石渣的挖運施工方法。

3 水下爆破開挖技術(shù)

3.1 鉆孔定位

依據(jù)測量控制點和炮孔布置平面圖，采用GPS定位系統(tǒng)。水下鉆孔通過調(diào)整鉆爆平臺使鉆孔作業(yè)區(qū)間在鉆孔位置的上方，然后下樁固定平臺，然后用RTK進(jìn)行孔位放樣定位，鉆機(jī)根據(jù)放樣孔位就位下鉆，水深超過兩節(jié)鉆桿深度時，安排潛水員下水進(jìn)行輔助就位，確保水下定位誤差小于10cm。

3.2 孔深和裝藥量計算

圍堰防滲體長75m，寬6.5m，設(shè)計3排炮孔布置，孔間距2.8m，排距2m，矩型布孔，孔徑D= 120mm，內(nèi)裝φ100mm乳化炸藥。采用寬孔距、窄排距的拉裂爆破方式。

由于防滲體爆破時，外側(cè)石渣堆筑體可能會由于防滲體當(dāng)時的注漿滲透，實際寬度會有所增加，因此，爆破作用指向一側(cè)的預(yù)留保護(hù)層定位1.0m，上、下游側(cè)距離炮孔分別為1.0m和1.5m。

1）布孔形式及孔徑

主爆區(qū)基巖布豎直孔，為便于施工采用矩形布孔，垂直鉆孔，選用孔徑D=120mm，裝φ90mm乳化炸藥?？拙W(wǎng)參數(shù)：孔距a＝2.8m；抵抗線W＝1 m；排距b＝1.8m。

2）鉆孔深度L和超鉆深度h0

鉆孔深度L由炮孔所在位置至開挖底部的高度來確定，為確保水下不留根底，確定鉆孔超深h0=1.5m。

3）炸藥單耗

因水下挖運施工難度大，為確保后續(xù)出渣效率，應(yīng)盡可能降低巖渣大塊率。采取水下松動爆破時，炸藥單耗選擇q＝1.12kg/m3。

4）堵塞長度

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，豎直孔堵塞2.0m。

5）裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔采用非連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，并通過爆破試驗和震動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)調(diào)整。若爆破振動速度超過控制標(biāo)準(zhǔn)，爆破施工時采用孔內(nèi)微差的方法，如孔內(nèi)分2段，大段位在下，小段位在上；如分3段，小段位在中間，大段位在下，藥包段位差100 ms，藥包之間用粗砂間隔，間隔長度10d（d為藥卷直徑）。

6）單孔裝藥量Q

經(jīng)計算控制最大裝藥量Q=58kg，采用孔內(nèi)分段，每段為20，15，15，8kg。

7）爆破震動驗算

依據(jù)GB6722-2015《爆破安全規(guī)程》，把最近的閘室作為保護(hù)控制對象，距離取40m，抗震速按5cm/s，經(jīng)計算V=1.18m/s。計算的爆破振動速度值不超過規(guī)定值，滿足安全防震要求。

8）起爆網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)各部位最大允許起爆藥量要求，即以毫秒級時差順序起爆各個藥包，把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量，為每個藥包創(chuàng)造多面臨空條件，將大量藥包產(chǎn)生的地震波變成一長串小幅值的地震波，同時各藥包產(chǎn)生的地震波相互干涉，從而降低地震效應(yīng)。

通過合理地搭配各種段別導(dǎo)爆管、雷管，一次爆破總的炸藥量可以提高，而由爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)卻很小。該工程孔內(nèi)微差間隔為100ms，孔外延時間隔為42ms。根據(jù)建筑物的自振周期確定最終微差時間。

3.3 鉆孔作業(yè)

水下爆破作業(yè)條件復(fù)雜，鉆爆船定位后，鉆機(jī)在軌道上移動選取孔位，然后根據(jù)水深及覆蓋層厚薄等情況選擇下放套管或直接下放鉆具，放至水底后對鉆桿垂直度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以減少炮孔底部的偏差。

鉆孔采用全液壓航道潛孔鉆，鉆頭在套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)沖擊，高風(fēng)壓沖擊成孔方法鉆進(jìn)。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計要求后，加大風(fēng)壓上下提升鉆桿，將孔底沉渣和孔壁清理干凈，以便于裝藥。當(dāng)?shù)撞坑懈采w層需要采用套管護(hù)孔時，可以采用直徑140mm套管和偏心鉆具進(jìn)行套管跟進(jìn)。深入穩(wěn)定巖層或防滲體后，更換常規(guī)120mm鉆具進(jìn)行鉆孔，成孔結(jié)束后，提出鉆桿鉆具，通過套管下放PVC護(hù)孔管，以保證后續(xù)順利裝藥。

3.4 火工器材

采用RJ-2號防水巖石乳化炸藥和塑料導(dǎo)爆管防水雷管，規(guī)格見表1。

表1 火工器材規(guī)格表

3.5 孔深檢查

鉆爆底標(biāo)高的控制是根據(jù)施工水深和爆破深度進(jìn)行的，鉆孔過程中，通過鉆桿下至孔底巖面時的鉆桿長度反推出巖面高程，并計算出鉆孔深度。鉆孔完畢后，用專用的測繩對孔底標(biāo)高和貫通情況進(jìn)行檢驗，確保炸藥能下到設(shè)計孔底。裝藥孔底高程誤差不應(yīng)大于20cm。

3.6 裝藥

單區(qū)鉆孔結(jié)束后，進(jìn)行驗孔，沿PVC管向孔內(nèi)連續(xù)裝φ90mm的乳化炸藥。PVC管口在水下，潛水員配合進(jìn)行水下裝藥和封堵。

采用孔內(nèi)、空外分段延時起爆，每孔裝入多段、多發(fā)非電塑料導(dǎo)爆管雷管。在裝藥時，先安裝高段別的起爆體藥卷，達(dá)到設(shè)計裝藥量后，填裝一段封堵材料（計算確定每次封堵長度），然后再裝入次高段起爆體藥卷，然后再封堵，直至安裝到最后一段，最后封堵最上端的孔口封堵體，并用炮棍將炸藥搗實，確保裝藥和封堵質(zhì)量。

3.7 炮孔填塞

該工程炮孔填塞材料用現(xiàn)場級配較好的豆石或石砂，填塞料順導(dǎo)管緩緩倒入孔中，并輕輕提拉導(dǎo)爆管，填塞長度直到孔口。

3.8 起爆網(wǎng)絡(luò)檢查

此次爆破最大作業(yè)水深達(dá)到30m，絕對壓力4kg/m2，起爆器材在實際使用前，均要做24h浸水耐壓試驗。水下爆破采用孔內(nèi)、孔外微差延時，實現(xiàn)逐孔起爆多段起爆。同時，為了保證空外傳爆網(wǎng)絡(luò)不受破壞，在進(jìn)行起爆體加工和起爆網(wǎng)絡(luò)連接時，實行孔內(nèi)高段分段，孔外低段傳爆，避免在傳爆距離不足情況下造成傳爆網(wǎng)絡(luò)的破壞。根據(jù)具體情況設(shè)計起爆網(wǎng)絡(luò)，采取復(fù)合網(wǎng)絡(luò)連接方式，確保每次引爆一次成功。

3.9 鉆爆船撤場和起爆時間

單個區(qū)域鉆孔裝藥結(jié)束后，將鉆爆平臺及其他開挖平臺、運渣船、交通船均撤離距爆破中心500m安全地帶拋錨停泊。交通船、運渣船負(fù)責(zé)在水上警戒巡檢，防止附近其它船舶、釣魚人員等進(jìn)入爆破警戒區(qū)。對周邊2000m范圍內(nèi)的游泳、潛水等人員的地方，提前發(fā)出通告并在爆破前通知撤離，避免出現(xiàn)不必要的事故。

由于此次水下拆除爆破范圍較大，區(qū)域分布多，因此，每次的起爆時間難以準(zhǔn)確設(shè)定，因此，在實際施工過程中，起爆時間將根據(jù)現(xiàn)場的具體情況提前2h通知各方。

3.10 殘炮檢查

起爆作業(yè)完成10min后，現(xiàn)場爆破員方可進(jìn)入爆破作業(yè)區(qū)對起爆網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)盲炮、殘炮應(yīng)及時處理，否則不應(yīng)轉(zhuǎn)入下一道工序。殘炮檢查和處理按《爆破安全規(guī)程》規(guī)定執(zhí)行。

4 水下松散石渣挖運施工方法

工程取水口進(jìn)場道路狹窄，同時進(jìn)水口圍堰部位水面區(qū)域較小，因此選用的設(shè)備均需現(xiàn)場拼裝式。挖渣船采用由24m×9m拼裝式工作平臺及30t抓斗履帶吊構(gòu)成，選用容積4m3、自重6t的梅花型抓渣斗；采用9m長、2m直徑的雙鋼管拼裝的運渣船，容積為9m×2m×2m，底部設(shè)置單側(cè)卷揚控制卸料門，由于運輸距離較短，擬拼裝2艘。

挖渣船定位采用GPS定位系統(tǒng)，在船前后4個錨拋成八字形，采用GPS調(diào)整各平臺的相對位置。挖渣船開挖時，沿取水口軸線方向移動，從軸線開始向兩側(cè)進(jìn)行開挖，從圍堰外側(cè)的最低點開始，逐漸向圍堰軸線位置靠近，充分利用開挖后填筑料的自行坍塌形成兩側(cè)穩(wěn)定邊坡。

實行分區(qū)、分層開挖施工。施工前先將整個施工區(qū)域及挖槽的位置坐標(biāo)輸入GPS的定位系統(tǒng)，按定位儀顯示的位置布錨施工，以控制施工的深度，嚴(yán)格按照定位儀顯示的位置和數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向斗排和縱向前進(jìn)進(jìn)斗，每斗的前移量控制在3m左右，相鄰斗與斗之間要留重復(fù)1/3～1/4斗寬，避免出現(xiàn)漏挖情況，施工時每進(jìn)一斗，均進(jìn)行水深檢測，并按定位儀顯示的位置，做詳細(xì)記錄，及時了解掌握施工情況和進(jìn)度。

挖渣船開挖時，將運渣船系泊在挖渣船纜樁上，由挖渣船上的抓斗吊機(jī)對運渣船進(jìn)行裝渣作業(yè)，指定渣場進(jìn)行卸渣。

5 結(jié)語

桓仁水庫取水首部圍堰防滲體水下爆破開挖和水下松散石渣挖運施工方法，通過現(xiàn)場實踐證明，有效地解決了取水首部圍堰水下拆除的難點問題。在提高水下爆破質(zhì)量、控制施工成本、加快拆除施工進(jìn)度、縮短挖運工期和保證工程質(zhì)量等方面都取得了良好的效果，對類似工程有重要的參考價值和借鑒意義。［參考文獻(xiàn)］

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