黃登水電站1號導(dǎo)流洞進(jìn)口全年圍堰拆除爆破

李昌武，趙興旺

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司黃登監(jiān)理中心，云南 蘭坪 671406)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi)的營盤鎮(zhèn)上游，壩址控制流域面積9.19萬km2，多年平均流量901 m3/s。水庫正常蓄水位1 619 m，總庫容15.00億m3；電站總裝機(jī)容量1 900 MW，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m，導(dǎo)流洞工程位于右岸，采用單洞分流雙洞度汛的方案。1號導(dǎo)流洞進(jìn)口堰基及邊坡地層為T3xd5變質(zhì)玄武巖[1]，主要為弱風(fēng)、弱卸荷巖體，透水性較強(qiáng)。全年圍堰采用重力式混凝土圍堰，圍堰軸線長66.88 m，采用C20混凝土澆筑，上游坡面為鉛直，下游坡面為臺階狀，綜合坡比為1∶0.65，臺階寬1.95 m。堰頂高程1 498.00 m，堰基高程1 480.00 m，導(dǎo)流洞進(jìn)水塔底板高程1 473 m，其中1 473～1 480 m高程為預(yù)留巖埂。圍堰拆除采取分段、分層的方式進(jìn)行，首先進(jìn)行為1 489～1 498 m高程圍堰揭頂及堰腳補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土拆除，最后一次爆破拆除1 473～1 489 m高程范圍過流斷面內(nèi)的全年圍堰，總拆除方量為6 200 m3。

2 圍堰拆除爆破施工難點(diǎn)

圍堰拆除爆破的施工難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

(1)進(jìn)口全年圍堰為重力式圍堰，圍堰整體分別由上部混凝土重力圍堰和下部預(yù)留巖埂兩部分組成，圍堰施工階段受江水雍高影響，未開挖進(jìn)水塔底板高程就進(jìn)行全年圍堰施工，在圍堰拆除時(shí)江水仍位于1 491.5 m高程，高出進(jìn)水塔底板達(dá)18.5 m，主體圍堰拆除屬于半水下爆破施工，增加了圍堰拆除爆破施工難度。

(2)圍堰距離進(jìn)水塔和閘門槽最近處為50 cm，最遠(yuǎn)處為4 m，因此不僅要采取必要的防護(hù)、保護(hù)措施，同時(shí)還應(yīng)控制爆破振動速度及安全飛石，減少對進(jìn)水塔造成危害，這是爆破拆除的最大難點(diǎn)。

(3)爆破塊度和爆堆形狀控制標(biāo)準(zhǔn)高，水下出渣難度大，只能依靠水流沖渣，對爆破塊度和爆堆形狀提出了很高的要求。

(4)起爆網(wǎng)路復(fù)雜、爆破器材抗水性能要求高。

(5)裝藥難。受炮孔裝藥長度深、炮孔內(nèi)滲水、漏水等惡劣施工環(huán)境的制約，保證裝藥和堵塞質(zhì)量成為本次爆破的難點(diǎn)。

3 爆破方案選擇

3.1 爆破布孔方式的選擇

根據(jù)圍堰拆除的一般經(jīng)驗(yàn)[2]，拆除爆破設(shè)計(jì)可分為垂直孔方案和水平孔方案，兩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 垂直孔方案和水平孔方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

結(jié)合本拆除工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)，通過對水平孔、垂直孔方案的優(yōu)缺點(diǎn)的多次專題會比選，圍堰爆破拆除要確保優(yōu)先保證保護(hù)對象的安全，其次再考慮施工難度、進(jìn)度等因素，最終確定主體圍堰爆破采取水平孔。同時(shí)對下游邊墩影響區(qū)域采取發(fā)散孔的布孔方案，單孔單響的高精度非電毫秒微差順序起爆網(wǎng)路，預(yù)裂隔振、緩沖孔減振加主動和被動覆蓋的綜合防護(hù)方案。

3.2 鉆孔及爆破參數(shù)選擇

為盡量減少圍堰最后一次爆破方量以降低總起爆藥量，全年圍堰采取分期、分區(qū)拆除的方式，本文重點(diǎn)針對最后一次主體圍堰拆除進(jìn)行論述。

3.2.1破鉆孔參數(shù)

預(yù)裂孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，上下游側(cè)預(yù)裂孔，水平布置，向下傾斜5°，間距0.8 m，孔底距離臨空面0.5 m，線裝藥密度為500 g/m，孔口堵塞長度1.0 m，采用導(dǎo)爆索將Φ32 mm藥卷竹片綁扎成串狀的裝藥結(jié)構(gòu)。底板預(yù)裂孔，水平布置，向下傾斜5°，間距1.0 m，孔口開口位置沿底板高程抬高0.5 m，線裝藥密度為600 g/m，孔口堵塞長度為0.6 m，采用導(dǎo)爆索將Φ32 mm藥卷竹片綁扎成串狀的裝藥結(jié)構(gòu)。

主爆孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

(1)炮孔直徑。為滿足Φ70 mm藥卷的要求，主爆孔采用110 mm孔徑，預(yù)裂孔采用90 mm孔徑?？紤]到孔內(nèi)會出現(xiàn)大量滲水，炮孔內(nèi)分別布置Φ90 mm及Φ70 mmPVC套管。

(2)炸藥單耗。為確保爆渣塊度控制在40 cm以下，同時(shí)考慮到水壓條件和拋擲的需要，平均單耗控制在1.5～2.0 kg/m3之間單耗隨高程下降而增加。

(3)孔網(wǎng)參數(shù)。混凝土圍堰拆除炸藥單耗為1.5 kg/m3，巖埂部分爆破單耗控制在2.0 kg/m3左右。炮孔負(fù)擔(dān)的面積混凝土部位為2.8 m2，對應(yīng)的孔間距為1.80 m，排距為1.5 m；巖埂部位2.75 m2，對應(yīng)的孔間距1.80 m，排距1.5 m。考慮到塌孔、預(yù)埋PVC管脫節(jié)等不確定因素較多，為了保證后期的裝藥質(zhì)量和炸藥單耗，間排距按照偏密布置，混凝土區(qū)域孔網(wǎng)參數(shù)按1.50 m×1.50 m布置，巖埂區(qū)域底板預(yù)裂孔上部第1、2排間排距取1.25 m和1.0 m；底板預(yù)裂孔以上3、4、5排間排距取1.5 m和1.25 m，在局部需要增加單耗的部位，適當(dāng)加密。為進(jìn)一步減少爆破振動對進(jìn)水塔、閘門門槽的影響，在圍堰與進(jìn)水塔間布置兩排減振孔，減振孔孔徑為120 mm，孔凈距0.3 m，孔間距0.4 m，孔深12 m，梅花形布置。

(4)堵塞長度。堵塞的目的可防止產(chǎn)生過多的爆破飛石，保證爆破效果，當(dāng)間排距為1.25 m和1.0 m時(shí)，取1 m；當(dāng)間排距為1.5 m和1.25 m以及1.50 m和1.50 m時(shí)取1.2 m。堵塞使用袋裝砂。

3.2.2爆破器材的選擇

導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰及巖埂爆破拆除為半水下爆破，孔內(nèi)滲水、透水嚴(yán)重，選擇好爆破材料是爆破成功與否的關(guān)鍵所在。為確保爆破作業(yè)安全、可靠的進(jìn)行，經(jīng)過多次試驗(yàn)[3]，確定了所用火工材料的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，即炸藥密度大于1 100 kg/m3，炸藥爆速在4 500 m/s，作功能力大于320 mL/mol，猛度大于16 mm，殉爆距離大于2倍的藥徑。藥卷采用乳化炸藥[4]。乳化炸藥具有抗水(3 d)、抗壓(3 kg/cm2)性能，起爆(起爆8號雷管感度)傳爆(連續(xù)傳爆25 m)性能好。

3.2.3爆破裝藥

導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰拆除爆破控制的重點(diǎn)是振動控制。本次爆破需保護(hù)的建筑物有閘門進(jìn)水塔、閘門門槽等，參照相關(guān)規(guī)程[5]中未明確規(guī)定閘門及其相關(guān)系統(tǒng)的爆破安全振動標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)小灣等類似工程的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)流洞及引水洞設(shè)計(jì)地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，通過工程類比確定閘門的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 cm/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為30 cm/s，其他鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為15 cm/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為20 cm/s。結(jié)合2011年汛前在全年圍堰堰前進(jìn)行的枯期圍堰爆破拆除的爆破振動效應(yīng)試驗(yàn)[6]以及前兩次爆破成果分析認(rèn)為，進(jìn)口現(xiàn)有地質(zhì)條件下，與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)K和衰減指數(shù)α分別取值為：水平徑向K=64.9，α=1.57；垂直向K=18.6，α=0.75；水平切向K=19.7，α=0.89較為合適，依照選定的上述參數(shù)，取第一保護(hù)物閘門槽進(jìn)行振動校核，在閘門槽距離最后一次爆破的圍堰體邊緣距離為10 m，炮孔深度大約12 m時(shí)，取炮孔中間作為計(jì)算點(diǎn)，則保護(hù)物距離爆破點(diǎn)的距離為16 m，爆破振動的傳播符合薩道夫斯基公式 ，采用爆破安全規(guī)程推薦的K、α值，并結(jié)合進(jìn)水塔混凝土齡期已達(dá)到4個(gè)月的條件，計(jì)算得出最大單響藥量控制在45 kg以下。

3.2.4爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[7]

起爆網(wǎng)路是爆破成敗的關(guān)鍵，由于主體圍堰拆除難度大，網(wǎng)路準(zhǔn)爆性要求高，因此，進(jìn)口圍堰主體爆破網(wǎng)路選擇威海Orica公司生產(chǎn)的高精度非電導(dǎo)爆管雷管。

為達(dá)到排間相鄰孔不串段、不重段，同一排相鄰的孔間盡可能不重段的目的，排間雷管選擇42 ms，孔內(nèi)延時(shí)雷管選擇1 000 ms段。同時(shí)為保證網(wǎng)路安全需要在主起爆線路左側(cè)增加2條副起爆線路，以提高網(wǎng)絡(luò)可靠度，為保證爆后水流能直接沖渣，必須使渣堆形成一邊高一邊低的形態(tài)，開口后的各排炮孔的拋擲方向大體形成45°拋擲角向缺口部位拋擲，同時(shí)為降低爆破振動、改善爆破效果，現(xiàn)場采用在臨空面中間開口，爆渣向開口部位拋擲，爆破后方便水流沖渣。

3.3 爆破防護(hù)

為確實(shí)了解水平孔方案造孔難度和成孔情況，在進(jìn)行大規(guī)模造孔前對水頭最高的部位(下部最下一排主爆破孔)隨機(jī)選擇一個(gè)爆破孔進(jìn)行造孔試驗(yàn)，造孔過程中，在距離設(shè)計(jì)孔深1.5 m處孔內(nèi)出現(xiàn)射流并攜帶大量泥砂，據(jù)此判斷全年圍堰堰前原設(shè)計(jì)的帷幕已可能被破壞，將不能按原設(shè)計(jì)正常的造孔施工，需采取相應(yīng)的防滲措施。通過現(xiàn)場多次試驗(yàn)，在整個(gè)巖埂區(qū)域按照一定比例，按照設(shè)計(jì)孔深減2 m為標(biāo)準(zhǔn)，采取預(yù)固結(jié)灌漿堵漏，通過該措施的實(shí)施避免了造孔過程中出現(xiàn)射流或大量滲漏等問題，同時(shí)提高了巖埂的整體性，最終順利完成全部水平造孔施工。

由于全年圍堰距離進(jìn)水塔、門槽較近，除了從爆破設(shè)計(jì)源頭上采取兩排孔徑Φ120 mm減振孔，0.3 m孔凈距控制質(zhì)點(diǎn)振速，也要避免爆破飛石對永久建筑物造成損壞。對于進(jìn)水塔塔體保護(hù)主要采取掛簾和整個(gè)進(jìn)水塔迎爆破面竹排滿鋪的防護(hù)措施；對進(jìn)水塔、漸變段底板、進(jìn)水塔門槽底坎保護(hù)主要采取被動滿鋪砂的保護(hù)措施；對門槽采取碼放一定高度的砂袋防護(hù)。

4 爆破效果評價(jià)

進(jìn)口主體圍堰最后一次爆破總方量超過6 200 m3，實(shí)際總裝藥量10 224 kg，預(yù)裂孔70孔，分9段，預(yù)裂孔總裝藥381.5 kg，單響藥量42 kg(底板預(yù)裂孔)，線裝藥密度為0.5 kg/m；主爆孔共330孔，單孔單響，主爆孔裝藥量9 842.5 kg，最大單響藥量45 kg，總單耗1.65 kg/m3，堰體造孔、裝藥前最后一次炮孔復(fù)驗(yàn)完成后，于11月16日夜班啟動裝藥工作，總歷時(shí)近40 h，在11月18日下午17∶00進(jìn)行爆破分流，起爆后2號導(dǎo)流洞進(jìn)口水位從1 491 m直降至1 483 m，水位降幅達(dá)8 m，壩區(qū)主河道即近斷流，1號進(jìn)口水流平順、無明顯巖埂存在，爆破效果達(dá)到預(yù)期，對相鄰構(gòu)筑物未造成任何破壞。導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰的爆破振動監(jiān)測由第三方負(fù)責(zé)，由爆破質(zhì)點(diǎn)振速監(jiān)測資料反映，所有監(jiān)測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動速度均未超出保護(hù)對象的安全質(zhì)點(diǎn)振動速度。1號導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰主體拆除爆破質(zhì)點(diǎn)振動監(jiān)測成果見表2。

表2 1號導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰主體拆除爆破質(zhì)點(diǎn)振動監(jiān)測成果

注：計(jì)算與爆心的水平距離和豎直距離時(shí)，以被拆除爆破圍堰體的中心為爆破位置。

5 結(jié) 語

黃登水電站1號導(dǎo)流洞進(jìn)口全年圍堰拆除在難度系數(shù)大、控制要求高、主體爆破與保護(hù)對象距離近且無類似工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，在參建各方高度重視及共同努力下，經(jīng)過爆破設(shè)計(jì)方案的完善和制定詳細(xì)預(yù)案、措施，通過精細(xì)的施工、嚴(yán)格的質(zhì)量管理，最終順利實(shí)現(xiàn)、成功分流。