三岔河廠房混凝土圍堰拆除爆破設(shè)計(jì)

曹生茂， 陳朝杰， 趙應(yīng)書(shū)

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 工程概況

三岔河水電站需要拆除的廠房混凝土圍堰長(zhǎng)為26.5 m，堰底寬為5.9 m，堰頂寬為2 m，堰高為10.5 m，為重力式混凝土圍堰，混凝土工程量約為1 098 m3。廠房圍堰拆除前尾水渠、下游副廠房混凝土澆筑結(jié)束，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，尾水閘門運(yùn)行調(diào)試正常，具備擋水條件。從河床開(kāi)挖揭露的圍巖顯示，基礎(chǔ)圍巖相對(duì)完整，屬于微風(fēng)化基巖?；炷羾呔嘞掠胃睆S房邊墻約22.5 m，圍堰與尾水渠底板未端最小距離為0.5 m；圍堰距主廠房鋼屋架直線距離為33.4 m，鋼屋架已安裝結(jié)束，并投入使用。具體布置見(jiàn)圖1。

圖1 廠房圍堰布置

2 拆除爆破方案選擇

由于此圍堰拆除工期緊，為了避免拆除作業(yè)延誤發(fā)電時(shí)間，需要采取整體爆破方案。整體爆破作業(yè)工期短，但爆破混凝土方量大，爆破裝藥量大，爆破時(shí)的振動(dòng)大，且圍堰緊臨廠房建筑物，在爆破過(guò)程中需要控制飛石。為了使爆破后渣子盡量倒向河床，減少爆破后清渣工作難度及工作量等，結(jié)合圍堰的特點(diǎn)、工期要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，爆破采用水下控制爆破方案。

3 爆破方案設(shè)計(jì)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)第4.1項(xiàng)爆破工程分級(jí)管理之4.1.3.1條，該圍堰爆破屬于A級(jí)爆破工程。

3.1 爆破孔直徑

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備及爆破器材,爆破造孔設(shè)備采用輕型潛孔鉆機(jī)，炮孔直徑D選擇為Φ76 mm，孔深為3.9～10.5 m，藥卷采用Φ32 mm。

3.2 孔距、排距

炮孔間排距a、b如下式：

a=b=0.67×(p/q)0.5=1.2 m

式中，p為延米裝藥量，取2.2 kg/m；q為單位耗藥量，取0.7 kg/m3。

3.3 裝藥量

每個(gè)孔中的裝藥量Q是以爆破一定體積混凝土所需的炸藥量并結(jié)合爆破后混凝土破碎程度來(lái)計(jì)算確定的,可以利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

Q=k×q×a×b×L=1×0.7×1.2×

1.2×(3.9～10.5)=3.9～10.6 kg

具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3．4 堵塞長(zhǎng)度

在各孔計(jì)算裝藥量后，客觀地得出了堵塞長(zhǎng)度，孔深3.9～10.5 m，裝藥量3.9～10.6 kg，延米裝藥量為2.2 kg/m，經(jīng)過(guò)計(jì)算堵塞長(zhǎng)度為0.9～1.2 m。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 主爆孔孔深、裝藥量、堵塞長(zhǎng)度

3.5 預(yù)裂孔裝藥計(jì)算

預(yù)裂孔孔徑為Φ76 mm，藥卷采用Φ32 mm，在圍堰兩頭各布置一排預(yù)裂孔；炮孔深度L為2.7～10.5 m。采用經(jīng)驗(yàn)公式：

▽=0.042×(δ)0.63×(a)0.6=0.042×

(24)0.63×(0.5)0.6=0.042×7.4×0.66=0.2kg/m

式中，a=(7～10)D；δ為C20混凝土實(shí)際取樣抗壓強(qiáng)度24 MPa；a為炮孔間距，取50 cm；D為預(yù)裂孔孔徑；不耦合系數(shù)根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，一般取2～5。

爆破孔均采用竹片和導(dǎo)爆索不連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，全部裝Φ32 mm的乳化藥卷，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。堵塞長(zhǎng)度：根據(jù)各孔計(jì)算裝藥量后，得出堵塞長(zhǎng)度，孔深2.7～10.5 m，經(jīng)過(guò)計(jì)算堵塞長(zhǎng)度為0.9～0.8 m，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 預(yù)裂孔孔深、裝藥量、堵塞長(zhǎng)度

4 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

4.1 爆破網(wǎng)路選擇

本次爆破距閘門、閘墩、尾水平臺(tái)建筑物及塔機(jī)較近，尤其是EL 1 719.97 m以下圍堰爆破，距離尾水渠尾坎0.5 m。為了減少爆破時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)附近廠房的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破器材采購(gòu)情況，圍堰爆破選擇毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)，毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)具有利用時(shí)間差達(dá)到減震的效果。

4.2 非電雷管的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破材料，采用非電接力式起爆網(wǎng)路。根據(jù)圍堰特點(diǎn)，孔內(nèi)起爆用9段位雷管，孔外傳爆用1、3、5低段位雷管。

4.3 起爆順序

為了取得良好爆破效果，采用圍堰外側(cè)首先起爆，然后向內(nèi)側(cè)端傳爆，這樣的爆破順序有利于圍堰爆破后石渣向河流側(cè)拋射，減少尾水渠出渣難度及工作量。爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 爆破網(wǎng)路

4.4 網(wǎng)路可靠度計(jì)算

根據(jù)Pij=[1-(l-R)m](i+j)可以計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)可靠度，主體圍堰爆破排間最大節(jié)點(diǎn)數(shù)12，孔間最大節(jié)點(diǎn)數(shù)20，節(jié)點(diǎn)雷管并聯(lián)數(shù)為2，塑料導(dǎo)爆管非電雷管的單發(fā)雷管可靠度R為99.999%。代入上面公式計(jì)算得：

P=[1-(1-0.999999)2]32=99. 999 968%

5 爆破安全技術(shù)設(shè)計(jì)

5.1 爆破振動(dòng)控制

廠房圍堰拆除爆破控制的重點(diǎn)是振動(dòng)。附近有廠房、起重塔機(jī)、鋼屋架。這些保護(hù)物大多為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的抗振性能，爆破振動(dòng)控制值較高。

為了保守起見(jiàn)，參照《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)相關(guān)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)工程實(shí)例：閘門、鋼筋混凝土建筑物按照12 m/s標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；塔機(jī)按照7.5 m/s標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

5.2 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)的確定

距廠房混凝土圍堰最近的建筑物是尾水渠擋坎，最近距離為0.5 m，爆破孔中心距擋坎最近距離1.9 m；圍堰距尾水閘墩22.5 m，距塔機(jī)為18 m。利用公式V=K([Q]1/3/R)α計(jì)算，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度滿足振動(dòng)控制要求，式中取K=50，α=1.3。

5.3 爆破飛石安全距離的確定

爆破飛石距離按以下公式計(jì)算：

R=(K/V)1/α·Q1/3=(50/2)1/1.3×

(0.4)1/3=11.89×0.736=8.75 m；

V=20[(Q)1/3/w]2；

S=v2/g

式中，V為飛石速度，m/s；W為最小抵抗線，m；w=(0.4～1.0)H；Q為最大單響藥量，kg；g為重力加速度，m/s2；s為飛石距離，m。

根據(jù)上述公式計(jì)算，爆破飛石距離最大為18 m，按《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)，飛石距離為300 m，符合安全要求。

5.4 爆破安全控制措施

為了減小爆破對(duì)廠房建筑物的損壞，一般主要采取主動(dòng)防護(hù)措施和被動(dòng)防護(hù)措施。

主動(dòng)防護(hù)措施方法： 加強(qiáng)爆破網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量檢查，確保網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量；在圍堰內(nèi)側(cè)及堰頂采用竹跳板覆蓋，Φ20的鋼筋與混凝土澆筑時(shí)的拉筋焊接固定竹跳板等。

被動(dòng)防護(hù)措施方法：受尾水渠出口河床原始地形的影響，圍堰距離尾水閘墩及閘門較近，圍堰爆破拆除對(duì)閘墩混凝土、閘門、尾水啟閉機(jī)等均會(huì)造成一定的損壞影響。為了確保閘門、閘墩等不受到破壞，在爆破作業(yè)前，先將尾閘門放至底坎，然后在尾水渠內(nèi)充水至1 726.7 m高程，閘門、尾水渠完全浸泡在水下。并且下游副廠房水面以上部分外側(cè)綁兩層竹跳板，竹跳板完全將混凝土表面遮蓋??；最后在竹跳板外側(cè)滿鋪1層橡膠皮或輪胎增強(qiáng)防護(hù)功能。尾水渠末端距圍堰為0.5 m，為了減少圍堰拆除對(duì)尾水渠的損壞，圍堰拆除前需向圍堰與尾水渠擋坎之間填充河砂，減少爆破振動(dòng)對(duì)尾水渠擋坎的損傷，如圖1所示。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)精心組織，合理安排，嚴(yán)格按施工方案施工，爆破取得了良好的效果，證明了爆破方案技術(shù)上是可行的。當(dāng)然，此圍堰爆破方案也存在一定缺點(diǎn)，比如很難對(duì)導(dǎo)爆索和塑料管雷管組成的非電接力式起爆網(wǎng)路進(jìn)行檢查等等。綜上所述，三岔河廠房混凝土圍堰拆除爆破設(shè)計(jì)可行性較強(qiáng)，對(duì)類似圍堰爆破有一定的指導(dǎo)意義。