塔貝拉水電站四期擴(kuò)建項(xiàng)目復(fù)雜環(huán)境混凝土拆除技術(shù)

沈 俊 峰，拓 瑜，楊 合 誼

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 國(guó)際工程公司，四川 成都 610081)

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北方，距伊斯蘭堡約113 km。塔貝拉水電站4期擴(kuò)建工程是將現(xiàn)有的4#灌溉隧洞改為引水發(fā)電洞，擴(kuò)容1 410 MW(3臺(tái)單機(jī)容量為470 MW混流式水輪機(jī))機(jī)組，使現(xiàn)有電站裝機(jī)容量由3 478 MW增大到4 888 MW，從而增加該國(guó)的電力供應(yīng)。

2 塔貝拉水電站混凝土拆除具有的特點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)，為形成塔貝拉水電站4期擴(kuò)建規(guī)劃中的新廠房、新壓力鋼管的建基面，需要對(duì)原有的3#、4#隧洞出口部位的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，主要包括原4#隧洞出口泄洪道及挑流鼻坎的拆除，原4#隧洞出口右翼墻的拆除，原3#隧洞出口消力池底板的拆除，原3#、4#隧洞中隔墻的拆除，原3#、4#隧洞出口弧門控制塔的拆除，原4#隧洞出口弧門附屬結(jié)構(gòu)的拆除，原4#隧洞出口壓力鋼管及二岔管外包混凝土的拆除等?；炷敛鸪哂幸韵绿攸c(diǎn)：

(1)總拆除工程量巨大，實(shí)際達(dá)34萬m3。

(2)需要拆除的混凝土類型多，包括鋼筋混凝土、無筋混凝土、碾壓混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等不同結(jié)構(gòu)；

(3)最大拆除高度約40 m，場(chǎng)地狹窄，難以布置施工道路；

(4)施工區(qū)緊鄰現(xiàn)有的、正在運(yùn)行的發(fā)電廠房，最近處僅35 m，對(duì)爆破飛石及爆破振動(dòng)的要求極高。

3 混凝土拆除規(guī)劃

由于混凝土拆除施工區(qū)位于下游庫(kù)區(qū)，考慮到下游鋼板樁圍堰施工難度大、周期長(zhǎng)，為盡快啟動(dòng)混凝土拆除施工，根據(jù)待拆除混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)該項(xiàng)施工進(jìn)行了分兩期拆除/開挖的總體規(guī)劃。

(1) 一期拆除/開挖：在下游鋼板樁圍堰施工完成之前，將部分待拆除結(jié)構(gòu)物暫時(shí)預(yù)留，利用3#、4#隧洞出口段中隔墻、4#隧洞出口挑流鼻坎及部分4#隧洞出口右側(cè)擋墻形成一道預(yù)圍堰進(jìn)行擋水，對(duì)預(yù)圍堰內(nèi)側(cè)區(qū)域進(jìn)行一期拆除/開挖；

(2) 二期拆除/開挖：廠房基坑排水完成后，在廠房基坑下游側(cè)修筑施工道路，對(duì)剩余的混凝土進(jìn)行拆除/開挖(主要為原3#隧洞出口消力池底板)。

塔貝拉水電站四期工程混凝土拆除施工的總體規(guī)劃，特別是在下游鋼板樁圍堰形成之前利用原有混凝土結(jié)構(gòu)形成預(yù)圍堰以進(jìn)行一期拆除/開挖的施工規(guī)劃，使17#機(jī)的基礎(chǔ)開挖時(shí)間大大提前，從而為整個(gè)項(xiàng)目趕工計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件。

4 混凝土拆除施工技術(shù)

4.1 鉆爆拆除

該工程混凝土拆除施工主要采用常規(guī)的毫秒微差淺孔梯段爆破的施工方式，設(shè)計(jì)邊坡采用預(yù)裂爆破方式施工。鉆孔設(shè)備主要采用液壓鉆、錨固鉆機(jī)、手風(fēng)鉆，清理工作面及出渣設(shè)備主要采用液壓錘、液壓反鏟及20 t自卸車。

通過控制最大單響裝藥量以滿足周邊建筑物在爆破作業(yè)中的粒子振動(dòng)速率不得超過2 cm/s的合同要求。

經(jīng)過多次研究和生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，不斷調(diào)整優(yōu)化，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)、不同強(qiáng)度的混凝土總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)并獲得了一些施工效果好、成本經(jīng)濟(jì)的爆破設(shè)計(jì)，具體情況如下：

(1)梯段爆破深度宜與混凝土原施工分層層厚一致，即炮孔不穿透混凝土施工縫，爆破效果最好，一般為2～3 m；若炮孔穿透混凝土施工縫，則炮孔內(nèi)宜采用分段裝藥形式，除在炮孔孔口處堵塞外，還應(yīng)在混凝土層間分縫處堵塞。

(2)應(yīng)盡量創(chuàng)造好的臨空面條件，使爆破效果更好。

(3)經(jīng)調(diào)整優(yōu)化，將鋼筋混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.7～1 kg/m3，無筋混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.4～0.7 kg/m3，碾壓混凝土拆除的炸藥單耗控制在0.3～0.4 kg/m3，效果較好。

(4)混凝土預(yù)裂爆破采用液壓鉆鉆孔，孔徑為76 mm，孔距70 cm，采用空氣間隔不耦合裝藥形式，藥卷直徑為32 mm，線裝藥密度控制在230～260 g/m效果較好。

4.1.1 爆破設(shè)計(jì)

經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，以下幾種爆破設(shè)計(jì)在該工程施工中較為常用，效果較好：

(1)炮孔深度為3 m，炮孔間 排 距 為2 m×1.5 m，炮孔直徑為76 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為63 mm，單孔裝藥3.5 kg，炸藥單耗約為0.39 kg/m3，適用于碾壓混凝土的拆除(圖1)。

(2)炮孔深度為3 m，炮孔間排距為2 m×1.5 m，炮孔直徑為76 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為63 mm，單孔裝藥5.3 kg，炸藥單耗約為0.59 kg/m3，適用于大體積素混凝土、鋼筋含量較少的大體積混凝土拆除(圖2)。

圖1 混凝土拆除典型爆破設(shè)計(jì)示意圖

(3)炮孔深度為2.2 m，炮孔間排距為1.2 m×0.4 m，炮孔直徑為42 mm，炮孔按梅花形布置，藥卷直徑為32 mm，單孔裝藥為0.62 kg，炸藥單耗約為0.59 kg/m3，適用于體積較小的鋼筋混凝土擋墻的拆除(圖3)。

(4)預(yù)裂爆破：炮孔直徑為76 mm，炮孔間距為0.7 m，采用空氣間隔不耦合裝藥方式，藥卷直徑為32 mm，底部2倍加強(qiáng)裝藥，單孔線裝藥密度控制在240 g/m(圖4)。

4.1.2 爆破振動(dòng)控制

該工程混凝土拆除施工區(qū)緊鄰現(xiàn)有的、正在運(yùn)行的發(fā)電廠房，最近處僅為35 m。為防止爆破振動(dòng)對(duì)現(xiàn)有廠房結(jié)構(gòu)及其正在運(yùn)行的機(jī)組產(chǎn)生不利影響，合同技術(shù)條款中對(duì)該項(xiàng)目混凝土拆除施工中的爆破作業(yè)有嚴(yán)格規(guī)定，要求現(xiàn)有廠房結(jié)構(gòu)在爆破作業(yè)中的粒子振動(dòng)速度不超過2 cm/s。

圖2 混凝土拆除典型爆破設(shè)計(jì)示意圖

圖3 混凝土拆除典型爆破設(shè)計(jì)示意圖

圖4 混凝土拆除典型爆破設(shè)計(jì)示意圖

實(shí)際施工中，工程師要求在廠房部位設(shè)置4個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用TC-4850型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀對(duì)每一次爆破作業(yè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)記錄，4個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高記錄數(shù)據(jù)分別為4.3 mm/s，5.2 mm/s，13.1 mm/s，4.2 mm/s，未發(fā)生過一起爆破振動(dòng)超標(biāo)的事例，獲得了業(yè)主和工程師的認(rèn)可和好評(píng)。實(shí)踐證明：在無法通過經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)爆破振動(dòng)控制進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)的情況下，項(xiàng)目部采用的這種預(yù)防措施取得了非常良好的效果。

4.1.3 爆破飛石控制

該工程混凝土拆除施工區(qū)位于現(xiàn)有廠房右側(cè)，最近處僅有35 m。為防止爆破飛石對(duì)現(xiàn)有廠房造成破壞，項(xiàng)目部主要采取以下措施進(jìn)行防護(hù)：

(1)爆破作業(yè)前，清理并修整臨空面，使臨空面盡量平順。

(2)裝藥前，盡量將工作面上的松散石渣等清理干凈，特別是炮孔周圍的浮石務(wù)必清理干凈。

(3)對(duì)炮孔鉆孔角度應(yīng)嚴(yán)格控制，確保按爆破設(shè)計(jì)施工。

(4)采用非電毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)，合理設(shè)計(jì)起爆順序，以控制飛石方向。

(5)采用廢舊橡膠輸送帶及沙袋對(duì)炮孔進(jìn)行覆蓋。

實(shí)踐證明：上述措施取得了非常良好的效果。

4.2 施工工序安排

施工安排是否得當(dāng)，是能否完成施工任務(wù)和能否利用資源創(chuàng)造效益的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該項(xiàng)目混凝土拆除施工主要采用鉆爆方式進(jìn)行，包括施工準(zhǔn)備、造孔、爆破、出渣、鋼筋切割等工序，所用設(shè)備和普通巖石開挖設(shè)備基本相同，即手風(fēng)鉆、液壓鉆、液壓錘、反鏟、自卸車等，施工順序上存在客觀的先后步驟，且一些工序如爆破相關(guān)的作業(yè)只能在白天進(jìn)行，根據(jù)這些特點(diǎn)以及施工計(jì)劃和資源配置，項(xiàng)目部采取了分區(qū)錯(cuò)序流水作業(yè)的方式進(jìn)行施工，即將混凝土拆除施工大面劃分為若干個(gè)工作面，每個(gè)工作面的作業(yè)工序錯(cuò)開，根據(jù)作業(yè)面的大小和工程量的多少合理配置設(shè)備，每個(gè)工作面的本道工序大致在相同的時(shí)間內(nèi)完成，然后將其設(shè)備轉(zhuǎn)移至其它工作面上，如此循環(huán)，流水作業(yè)，充分利用了設(shè)備資源，保證了整個(gè)大面的連續(xù)施工。

4.3 施工設(shè)備

采用鉆爆方式進(jìn)行的混凝土拆除施工與普通的石方明挖施工較為相似，主要采用的鉆爆開挖設(shè)備為液壓鉆、液壓挖掘機(jī)、自卸車、手風(fēng)鉆、空壓機(jī)等，但也存在不同之處，特別是大體積鋼筋混凝土的拆除、爆破之后，由于表層鋼筋的作用，表層的混凝土雖然斷裂破碎，但大部分仍會(huì)與鋼筋粘連，較難采用反鏟直接挖除，里層混凝土則因受表層鋼筋網(wǎng)約束，爆破僅對(duì)其產(chǎn)生擠壓斷裂，卻不會(huì)使之松散，因此，爆破之后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況安排足夠數(shù)量的火焰切割機(jī)對(duì)鋼筋進(jìn)行切割分離，并安排足夠數(shù)量的液壓錘對(duì)里層混凝土塊進(jìn)行振動(dòng)、破碎、松散處理，否則，爆破之后，將會(huì)極大地影響出渣效率。

4.4 繩鋸切割

原3、4#洞出口弧門控制塔為獨(dú)立的兩個(gè)混凝土門架結(jié)構(gòu)，每個(gè)控制塔高出地面約15 m，合同中不允許爆破拆除。項(xiàng)目部根據(jù)控制塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用金剛石繩鋸對(duì)其支柱進(jìn)行斜縫切割，使塔體失穩(wěn)倒塌后再采用液壓錘破碎拆除。

4.5 預(yù)應(yīng)力錨筋的卸荷

該工程混凝土拆除施工中，原4#洞出口弧門段混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)有大量的預(yù)應(yīng)力錨筋，按合同要求，拆除該部位混凝土前，需采用千斤頂將預(yù)應(yīng)力錨筋逐一拔出卸荷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況并查閱原混凝土結(jié)構(gòu)竣工圖，采用合同中要求的施工方法極為困難，基本不具備操作性。經(jīng)對(duì)竣工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)錨索仔細(xì)分析研究后認(rèn)為：該錨索為全段粘結(jié)錨索，不需要卸荷處理。最終確定對(duì)預(yù)應(yīng)力錨筋錨固段混凝土直接采用爆破方式拆除，成功解決了預(yù)應(yīng)力錨筋卸荷及混凝土拆除問題且安全高效。

4.6 鉆爆方式拆除代替非鉆爆方式拆除

該工程混凝土拆除施工中，原3#洞出口消力池底板混凝土結(jié)構(gòu)緊鄰現(xiàn)有的發(fā)電廠房且與發(fā)電廠房的右側(cè)混凝土擋墻相接，根據(jù)合同技術(shù)條款，該部位的混凝土拆除不允許采用爆破方式進(jìn)行。

合同技術(shù)條款中的規(guī)定主要是考慮到該部位距離現(xiàn)有廠房過近，設(shè)計(jì)者擔(dān)心，若采用爆破方式，其爆破振動(dòng)難以控制，從而對(duì)現(xiàn)有發(fā)電廠房造成破壞性影響。項(xiàng)目部經(jīng)過仔細(xì)研究并結(jié)合前期混凝土鉆爆拆除施工中的經(jīng)驗(yàn)，提出了在混凝土拆除設(shè)計(jì)邊界處設(shè)置兩排減振孔，孔徑76 mm，孔距40 cm，減振孔排距20 cm，孔深與設(shè)計(jì)開挖底部高程齊平，以此將受保護(hù)部位與爆破施工區(qū)隔斷，從而大大減小受保護(hù)部位在爆破過程中的振動(dòng)效應(yīng)。經(jīng)積極與工程師溝通，最終促成了該部位采用鉆爆方式拆除替代非鉆爆方式拆除。實(shí)踐證明：該方案取得了極好的效果，極大地提高了該部位的拆除施工效率，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，且爆破振動(dòng)在后來的施工中得到了良好的控制，未超出合同規(guī)定。

5 結(jié) 語

針對(duì)該混凝土拆除施工的復(fù)雜環(huán)境和合同技術(shù)條款中的嚴(yán)格要求，經(jīng)過反復(fù)研究和實(shí)踐，總結(jié)出了一套安全、快速的施工方法，對(duì)不同部位、不同強(qiáng)度混凝土的拆除得出了一套行之有效的爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。至2015年9月15日，塔貝拉水電站4期擴(kuò)建項(xiàng)目廠房部位混凝土拆除施工已全部完成，施工期間，未發(fā)生爆破飛石損壞周邊建筑物的事件，且周邊建筑物在爆破作業(yè)中的振動(dòng)從未超出合同技術(shù)條款中要求的20 mm/s。廠房部位混凝土拆除施工的安全措施、質(zhì)量控制滿足合同要求，獲得了業(yè)主及工程師的認(rèn)可。

筆者主要對(duì)施工規(guī)劃、施工布置、施工措施、施工工序安排、施工設(shè)備等與混凝土拆除施工效率密切相關(guān)的要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)，對(duì)采用鉆爆拆除方式進(jìn)行的混凝土拆除施工中的爆破振動(dòng)監(jiān)控及爆破飛石防護(hù)也進(jìn)行了一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。另外，還對(duì)該項(xiàng)目中采用非爆破方式拆除特殊混凝土結(jié)構(gòu)以及采用爆破方式對(duì)合同中不允許爆破的部位進(jìn)行拆除施工的可行性研究和處理措施進(jìn)行了介紹，可為后續(xù)其他項(xiàng)目提供參考和借鑒。