泄洪洞頂拱毀損混凝土的爆破拆除技術(shù)

(武警水電第一總隊 糯扎渡工程項目部，云南 普洱 665625)

1 工程概況

某水電站工程屬大(1)型 Ⅰ 等工程，主要水工建筑物為一級建筑物，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用效益的巨型水利水電工程。電站裝機容量5 850 MW，采用左岸地下式發(fā)電廠房，共安裝9臺650 MW水輪發(fā)電機組。大壩為直心墻堆石壩，最大壩高261.5 m，壩頂軸線長627.87 m，水庫庫容237.03億m3，校核洪水下泄流量為37 532 m3/s，設計洪水(P=0.1%)下泄流量為27 418 m3/s，最大泄洪功率達66 940 MW，居國內(nèi)同類壩型之首。樞紐泄洪建筑物由左岸開敞式溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞組成。

右岸泄洪隧洞長1 077 m，由進口有壓洞段、檢修閘門井段、工作閘門井段、無壓洞段及挑流鼻坎段組成。進口底板高程為695.00 m，有壓洞段為圓型斷面，襯砌后直徑12.0 m，長543.449 m；無壓洞段長385.983 m，標準段為城門洞型，襯砌后斷面尺寸為12.0 m×16.5 m(寬×高)。最大泄量3 313 m3/s，工作閘門最高運行水頭達120 m，閘孔布置為2孔，孔口尺寸5.0 m×8.5 m，閘孔處最大流速39 m/s，出口采用挑流消能。

右岸泄洪洞從2012年4月18日開始過流泄洪，運行總時間近7個月，約4 000 h，期間閘門經(jīng)過局部開啟和全開全閉多次運行操作。由于庫區(qū)水位高，泄洪流量大，水流沖擊力強，在2015年4月檢修時發(fā)現(xiàn)，檢修閘門井后漸變段左孔頂拱混凝土沖毀受損，混凝土保護層崩落且滲水，對電站樞紐工程正常運行造成了影響，需進行爆破拆除。

拆除區(qū)域斷面見圖1。

圖1 拆除區(qū)域斷面

2 拆除方案制定

2.1 施工難點

拆除的受損混凝土距離檢修閘門僅7.45 m，水電站已經(jīng)下閘蓄水發(fā)電，檢修閘門承受到約80 m的工作水頭壓力。通過分析拆除目標體，拆除面臨如下難題：

(1)拆除體已經(jīng)下墜，本身處于失穩(wěn)狀態(tài)；

(2)拆除體上下有兩層鋼筋，會嚴重影響鉆孔施工；

(3)拆除體兩層鋼筋之間的砂漿混凝土，經(jīng)過下墜的剪切變形，后期又經(jīng)過灌漿加固，但加固情況難以準確估量，存在很大的不確定因素；

(4)拆除爆破需要保證閘門的安全；

(5)拆除爆破不能對周邊的混凝土永久結(jié)構(gòu)造成損壞；

(6)作為應急搶險工程，要求工期盡可能短；

(7)該部位工作面狹小，施工機械難以有效進入。

2.2 施工方案確定

綜合現(xiàn)場施工難點，經(jīng)過分析研究，決定采用人工機械拆除與鉆孔爆破拆除相結(jié)合的綜合拆除方案。為避免爆破過程中鋼筋對被爆體產(chǎn)生較大約束，正式爆破前需對已經(jīng)破損混凝土部位出露的鋼筋予以切割清除；破損部位出露的鋼筋混凝土人工采用風鎬、切割機等設備挖除。現(xiàn)場在檢修閘門井后漸變段受損混凝土上、下游已經(jīng)人工挖出寬50 cm、深50～100 cm的深槽，中間部位的鋼筋混凝土已經(jīng)處于懸空的臨界狀態(tài)。當完成中間的表面鋼筋混凝土拆除后，可能在中間形成類似“穹頂”或平頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)。針對可能出現(xiàn)的這兩種形態(tài)下剩余部分的混凝土拆除，擬定了兩種方案。①方案一中以上、下游已經(jīng)形成的深槽為臨空面，水平分割條塊，后退式逐步拆除；②方案二中以形成的“穹頂”為臨空面，采用環(huán)形分塊，中心部位為臨空面，向四周爆破的逐步拆除方案。經(jīng)過分析論證，確定采用方案一水平分割條塊，后退式逐步拆除，可以邊爆破邊支護，對于頂拱的安全更為有利，且對條塊的進一步細分更有優(yōu)勢。

爆破方案選擇以上、下游已經(jīng)形成的混凝土深槽為臨空面，從下游向上游爆破。按一般松動爆破設計，每次爆破的分塊小于2.0 m，爆破次數(shù)根據(jù)實際情況確定。爆破鉆孔以向上的直孔或小角度斜孔為主，2號乳化炸藥裝藥，采用袋裝砂封堵炮孔，采用非電毫秒微差順序起爆網(wǎng)路，嚴格控制爆破單段藥量，電雷管起爆。

3 爆破拆除順序

后漸變段頂拱受損混凝土頂部基巖灌漿完成后，開始安排拆除頂拱受損混凝土，先采用人工配合機械拆除。從上下游同時拆除中間變形脫落部分，然后按照頂板爆破設計鉆設爆破孔，爆破鉆設完成并驗收合格后，分次爆破拆除剩余待拆除混凝土。

檢修閘室后漸變段頂板施工順序為：作業(yè)排架修復→排架緩沖保護→變形脫落體人工拆除→檢查驗收→爆破鉆孔→底板、邊墻保護→第一炮裝藥聯(lián)網(wǎng)→排架緩沖保護→爆破出渣→緩沖保護拆除與排架平臺調(diào)整→爆破鉆孔→第二炮裝藥聯(lián)網(wǎng)→排架緩沖保護→第二炮爆破出渣→緩沖保護拆除與排架平臺調(diào)整→下一循環(huán)。

4 爆破設計

4.1 參數(shù)設計

(1)孔徑：50 mm。

(2)孔深：1.1 m左右(當下層鋼筋混凝土被剝離后，只剩下素混凝土加上層鋼筋混凝土，實際法向厚度將會小于1.2 m，實際鉆孔需要進入上層鋼筋混凝土，炮孔底部與巖面接觸部位預留一定厚度，初步確定預留10 cm，因此鉆孔的理論深度為1.1 m。實際施工中，預拆除的厚度難以精確確定，還有兩邊的斜孔具有一定的斜率，因此根據(jù)具體的位置，局部的鉆孔深度會大于1.1 m)。

(3)堵塞長度：爆破孔0.3 m，光爆孔0.2 m。

(4)單孔藥量：爆破孔0.3～0.45 kg。

(5)單耗：0.5～1.0 kg/m3。

(6)最大單段藥量：小于1 kg。

(7)單孔負擔體積：V=0.45 kg÷0.8g/m3=0.562 5 m3。

(8)單孔負擔面積：S=0.562 5 m3÷1.2 m=0.468 75 m2。

根據(jù)單孔負擔面積推算間排距為：a×b=0.7 m×0.6 m，此時單孔負擔面積為0.42 m2，考慮到爆破區(qū)域大致為8 m×5 m的矩形體，為了布孔方便，分區(qū)合理，間排距按照a×b=0.75 m×0.6 m的矩形布置，此時單孔負擔面積為0.45 m2，小于0.468 75 m2，單耗滿足要求。

排距為0.6 m，則每次爆破的排數(shù)為1～3排，控制分區(qū)寬度小于2.0 m。孔距為0.75 m，則每排孔數(shù)約為9個，其中光爆孔2個，爆破7個。周邊采用光面爆破，間距0.3 m，孔深1.1 m左右，線裝藥密度小于150 g/m。

炮孔平面布置見圖2。

圖2 炮孔平面布置(單位:m)

4.2 裝藥結(jié)構(gòu)設計

每孔裝0.3～0.45 kgΦ32 mm乳化炸藥，根據(jù)炮孔深度不同，小于1.0 m的炮孔裝1節(jié)，大于1.0 m炮孔裝1.5節(jié)，連續(xù)裝藥，裝在孔底，堵塞長度大于30 cm，每孔兩發(fā)雷管，插入底部1節(jié)炸藥中心位置，做防水處理并用防水膠布綁扎密實。

爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)示意

每孔1/2節(jié)Φ32 mm乳化炸藥，根據(jù)炮孔深度不同，分段間隔裝藥，雙根導爆索綁扎裝藥，線裝藥密度150 g/m，每孔兩發(fā)雷管，做防水處理并用防水膠布與導爆索緊密綁扎結(jié)實。堵塞長度大于20 cm。

鑒于該工程的爆破孔均為向上的垂直孔或斜孔，所有的裝藥結(jié)構(gòu)都在其他場地加工完成，均采用竹片綁扎好。待鉆孔結(jié)束后，對炮孔進行驗收，驗收合格后，將綁扎好的裝藥結(jié)構(gòu)插入炮孔，袋裝砂堵塞，而后實施爆破。

光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意見圖4。

圖4 光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意

4.3 起爆網(wǎng)絡設計

根據(jù)專家咨詢會的意見，爆破振動控制標準由以前的5 cm/s調(diào)整為1.5 cm/s，基于此控制標準，單響藥量必須控制在1 kg以內(nèi)，爆破常規(guī)的“一把抓”難以滿足安全要求，因此采用孔內(nèi)高段，孔外接力的非電起爆網(wǎng)路，嚴格做到單孔單響。按照目前的裝藥結(jié)構(gòu)，單孔藥量為0.3～0.45 kg，按照單孔單響設計，最大單段藥量可以控制在0.5 kg以內(nèi)，以滿足爆破安全要求，且還有相當?shù)母挥喽取?/p>

孔內(nèi)雷管：雙發(fā)MS13段；排間雷管：雙發(fā)MS5段；段間雷管：MS3段；采用雙發(fā)電雷管起爆。分多次爆破，第1次和第2次爆破為試驗爆破，采用小藥量、低單耗、低單響進行試驗， 初定只起爆一排；后續(xù)爆破利用上次爆破的臨空面依次起爆，每次爆破控制在2排。

起爆網(wǎng)絡布置見圖5。

圖5 起爆網(wǎng)絡布置

當前設計采用非電微差毫秒順序起爆網(wǎng)路，單孔單響設計，既有孔內(nèi)雷管，也有孔外雷管，操作難度較大。采用這種設計的原因是缺乏爆破經(jīng)驗。為了確保周圍的閘門等保護物安全，只能采用最保守的爆破設計。在實際施工中，擬初期采用審慎試驗爆破，試驗爆破的單響藥量控制在1 kg以內(nèi)，進行嚴格的爆破振動監(jiān)測，根據(jù)試驗和監(jiān)測結(jié)果，再對起爆網(wǎng)路進行優(yōu)化調(diào)整。

如果可以控制到3～5孔一響，則整個網(wǎng)路采用MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11.....，不設孔外雷管，孔內(nèi)完成分段起爆，“一把抓”網(wǎng)路，在確保周圍保護物安全的情況下，可以大大簡化爆破施工。

5 作業(yè)平臺設計

利用灌漿平臺施工，固結(jié)灌漿及排水孔施工完成后，需修整施工作業(yè)平臺，對腳手架平臺進行加固調(diào)整。先修復已移動或破損的木方，并采用鐵絲綁扎牢固，確保平臺滿鋪整齊。腳手架采用Φ48 mm普通鋼管加固，按照0.75 m×0.75 m間排距調(diào)整，排架步距1.2 m，腳手架兩側(cè)與邊墻混凝土頂緊，腳手架立桿利用模板頂托支撐木方頂緊已破損混凝土，木方支撐由縱向調(diào)整為橫向，以便逐段拆除混凝土。

6 錨桿施工方案

錨桿主要為長4.5 mΦ28 mm砂漿錨桿。錨桿孔采用YT-28氣腿式手風鉆造孔，孔徑Φ50 mm，人工插錨桿，采用先注漿后插錨桿的施工方法，砂漿泵注漿。錨桿孔孔位偏差不大于10 cm，孔深偏差不大于5 cm；孔軸線應符合設計要求，注漿時,注漿管應插至距孔底30～50 cm,隨砂漿的注入緩慢勻速拔出；桿體插入后,若孔口無砂漿溢出,應及時補注。桿體插入孔內(nèi)長度不應小于設計規(guī)定的95%。錨桿安裝后,不得隨意敲擊。

7 安全防護技術(shù)

7.1 排架緩沖防護

為避免拆除物料將排架砸壞，施工排架頂部采用緩沖平臺。將排架頂部距頂板1.7 m的平臺鋪設雙層枕木，形成接渣平臺，平臺上方鋪設單層廢舊輪胎，輪胎頂部滿鋪二層竹跳板。輪胎選用直徑1.2 m的自卸車輪胎，用8 t自卸車運輸至施工現(xiàn)場，輪胎應相互抵緊，上下層交錯放置。頂部采用雙層竹跳板，間排距1.5 m，采用Φ48 mm鋼管串聯(lián)為整體。

7.2 閘門防護

檢修閘門防護過程中，先在閘門下游側(cè)搭設防護排架，防護排架底寬3 m，排架按照間排距0.75 m、步距1.2 m搭設，排架兩側(cè)采用插筋(長50 cm、固定深度30 cm)與邊墻固定。排架迎爆破面方向進行防護，防護面先掛設一層廢舊輪胎，輪胎外側(cè)滿鋪3層竹跳板和1層厚5 cm木板。輪胎選用直徑1.2 m的自卸車輪胎，用8 t自卸車運輸至施工現(xiàn)場。輪胎鋪填間距2.4 m，排距1.2 m，交錯布置。輪胎緊貼混凝土面采用Φ16 mm鋼筋從上至下懸掛，并與排架焊接固定。輪胎外滿鋪3層竹跳板，竹跳板型號為2 400 mm×300 mm，用8 t自卸車運輸至施工現(xiàn)場。竹跳板在輪胎面上滿鋪3層，Φ16 mm鋼筋加固牢靠。內(nèi)外兩層竹跳板豎向鋪設，鋼筋排距1.2 m；中間層竹跳板橫向鋪設，鋼筋間距1.2 m。利用Φ16 mm鋼筋焊接拉筋予以加固，采用10號鐵絲將鋼筋與竹跳板固定。木板橫向鋪設，采用Φ16 mm鋼筋從上至下懸掛，并用10號鐵絲將鋼筋、木板、排架固定在一起。排架兩側(cè)采用斜向拉筋與邊墻插筋(長50 cm、固定深度30 cm)斜拉，以避免爆破沖擊波沖倒排架。

7.3 底板防護

爆破體下方底板采用復合式保護，保護型式與有壓段標準段相同，保護完成后形成寬3.5 m的路面，以形成道路出渣。保護體下部預埋4根Φ200 mm鋼管形成暗溝，保護分3層，底板基礎采用單層竹跳板滿鋪，竹跳板采用Φ12 mm鋼筋串聯(lián)為整體；中間層采用粒徑小于30 cm的石渣找平，鋪料厚度50 cm；頂層采用20 cm厚水泥穩(wěn)定層保護形成路面。

7.4 邊墻防護

右泄有壓段右邊墻爆破時，需對洞內(nèi)邊墻結(jié)構(gòu)混凝土進行防護。邊墻結(jié)構(gòu)混凝土采用雙層竹跳板防護，防護范圍為洞口上游各10 m，主要防護布置在爆破面的正下方，防護層先采用膨脹螺栓按照間距1 m橫向固定鋼筋，鋼筋直徑為Φ16 mm，然后分層自下而上綁扎竹跳板，竹跳板外側(cè)采用Φ16 mm鋼筋與底部固定。施工主要工程量為：鋼筋1.5 t，竹跳板1 000 m2，膨脹螺栓100個。

8 結(jié) 語

2015年10月27日，右岸泄洪洞檢修閘門井后漸變段頂板受損混凝土修復順利完成。此次爆破拆除在滲水大、空間小等惡劣條件下實施，且需確保閘門安全及周邊結(jié)構(gòu)混凝土無損傷。爆破效果表明，該爆破技術(shù)實施安全、有效，為右岸泄洪洞搶險工程后續(xù)施工項目贏得了更多寶貴的時間，確保了電站樞紐工程安全運行。