溫寨航電樞紐工程圍堰爆破拆除技術(shù)實(shí)踐

莫福榮,陸 勇,盧德生,翟彩亮,何武志

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán) 廣西水電工程局有限公司，南寧 530001；2.廣西水利電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，南寧 530028)

擋水圍堰是水利水電工程中常見的建筑物，多為臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在其功能得到充分發(fā)揮后，一般采取爆破的方式對(duì)其進(jìn)行拆除。國(guó)內(nèi)專家、學(xué)者對(duì)圍堰爆破拆除做了大量研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[1-8]。廖成林、楊玉銀等在某水電站尾水隧洞出口圍堰爆破拆除施工中[9]，采取上覆渣體采用下套管鉆孔，水下底板開挖增加鉆孔超深，每茬炮爆破時(shí)前部覆蓋上茬炮渣體，平衡圍堰上下游水壓，成功地對(duì)圍堰實(shí)施了爆破拆除。劉錄良對(duì)土石圍堰的水下拆除施工進(jìn)行分析研究[10]，為類似拆除工程提供了借鑒。劉建國(guó)、汪日生針對(duì)烏東德水電站左岸導(dǎo)流洞進(jìn)水口圍堰的復(fù)雜環(huán)境[11]，通過差異化爆破設(shè)計(jì)、選用優(yōu)質(zhì)火工材料、優(yōu)化爆破網(wǎng)路、控制單響藥量、加強(qiáng)孔口堵塞等措施，對(duì)圍堰實(shí)施控制爆破，達(dá)到了預(yù)期效果。在爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)上，利用工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管，技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的延時(shí)起爆，有效降低爆破振動(dòng)，對(duì)不同的巖石環(huán)境，能夠方便快捷地調(diào)整起爆順序和延時(shí)，改善爆破效果[12-14]，但是現(xiàn)有文獻(xiàn)較少使用變線密度裝藥方法進(jìn)行圍堰爆破拆除。

針對(duì)溫寨航電樞紐工程圍堰的復(fù)雜環(huán)境以及技術(shù)難點(diǎn)展開分析，提出變線密度裝藥法結(jié)合工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路的方法，對(duì)圍堰實(shí)施控制爆破。

1 工程概況

溫寨航電樞紐工程位于貴州省黔東南州從江縣境內(nèi)，處于珠江水系柳江干流上游都柳江河段。該樞紐工程圍堰主要由橫向土石圍堰和縱向混凝土圍堰組成，縱向圍堰為一、二期基坑施工擋水圍堰，采用正梯形重力式混凝土結(jié)構(gòu)，其中上游圍堰長(zhǎng)80 m，下游圍堰長(zhǎng)100 m，需要全部拆除至河床面高程，其拆除總量達(dá)8553 m3。

圍堰周邊環(huán)境較復(fù)雜，上游拆除圍堰與永久建筑物3#泄水閘段閘墩相銜接，離閘門距離為15 m，與廠房的最小直線距離為65 m；下游拆除圍堰與永久保留的泄水閘段倒“T”型混凝土縱向?qū)?兼作縱向圍堰)相銜接。爆破拆除區(qū)與右岸引航道正在施工的砼距離為12 m，距離左岸G321公路為133 m，距離上下游變電站(1#、3#)最近為80 m。另外，在引航道右岸壩下0+120～壩下0+290有一滑坡體。拆除圍堰典型周邊環(huán)境方位及其距離如圖1所示、表1列表。

表1 溫寨圍堰爆破拆除周邊環(huán)境列表Table 1 List of surroundings for demolition of Wenzhai cofferdam by blasting

圖1 圍堰爆破折除周邊環(huán)境及建筑物平面示意圖(單位：mm)Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment and building of cofferdam demolition by blasting(unit:mm)

溫寨圍堰爆破拆除區(qū)域及圍堰周邊環(huán)境、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和警戒區(qū)域如圖2所示。

圖 2 溫寨圍堰爆破拆除區(qū)域、溫寨圍堰周邊環(huán)境、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和警戒區(qū)域圖Fig. 2 Blasting area of Wenzhai cofferdam，Surrounding,blasting vibration monitoring sites and alert area of Wenzhai cofferdam

2 圍堰爆破拆除設(shè)計(jì)

2.1 爆破方案選擇

溫寨航電樞紐工程縱向圍堰上下游段混凝土拆除是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)正常蓄水發(fā)電的關(guān)鍵性控制項(xiàng)目，爆破必須一次完成。其爆破拆除最大高度11.4m，時(shí)間緊、任務(wù)重，且拆除的大部分混凝土皆在水下，給爆破施工增加了難度。圍堰拆除爆破要確保泄水閘壩閘門、電站廠房、閘墩、縱向?qū)突麦w正在施工抗滑樁及新澆混凝土結(jié)構(gòu)物(如：引航道新澆砼等)等周圍建(構(gòu))筑物的安全，同時(shí)防止爆破水擊波對(duì)廠房擋水閘門的破壞。經(jīng)過綜合分析，決定采用工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路與變線密度裝藥法，進(jìn)行一次性控制松動(dòng)爆破拆除圍堰。為避免爆破地震波危及相鄰永久建筑物，在銜接面一定距離采取加密布孔、控制單響起爆量、設(shè)減震孔和進(jìn)行預(yù)裂爆破形成破碎帶等隔離措施，同時(shí)，在爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上，利用工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管毫秒微差可調(diào)性和干擾降振半周期做為單響藥量微差參數(shù)，達(dá)到多次減震和降低爆破有害效應(yīng)的目的，確保各建(構(gòu))筑物和水生物生態(tài)環(huán)境安全。

2.2 允許振動(dòng)速度和單響藥量的確定

依據(jù)《爆破安全規(guī)范》(GB6722—2014)規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，借鑒和類比水電站的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，例如：在大朝山、巖灘、樂灘、糯扎灘、構(gòu)皮灘、溪洛渡水電站等圍堰爆破拆除中，閘門和閘門槽的爆破抗振設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為15 cm/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為20 cm/s，實(shí)踐證明是可行的，縱向混凝土圍堰的允許振動(dòng)速度控制在15 cm/s以內(nèi)，不會(huì)對(duì)老混凝土造成破壞。似定本案混凝土圍堰(C25)爆破拆除的允許振動(dòng)速度為：廠壩老混凝土為12 cm/s，閘墩和導(dǎo)墻為15 cm/s，電站廠房設(shè)備0.6 cm/s；對(duì)滑坡體的允許加速度為0.05 g；對(duì)水擊波壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa。

對(duì)老混凝土建筑物可按以下振動(dòng)速度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定最大單響藥量：

沒有預(yù)裂情況下:V⊥=48.1(Q1/3/R)0.73

在預(yù)裂面保護(hù)的情況下：V⊥=22.2(Q1/3/R)1.1

垂直加速度：g⊥=55.43(Q1/3/R)1.64

對(duì)水擊波壓強(qiáng)：P=1.15(Q1/3/R)0.95

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)鉆孔參數(shù)

采用履帶式100B潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，炮孔布置為上小下大的扇形結(jié)構(gòu)，如圖3所示?？讖溅?0 mm，需要下套管的炮孔直徑φ130 mm，套管內(nèi)徑不小于φ90 mm，超深1.5～2.0 m。

圖 3 溫寨圍堰爆破典型炮孔布置圖(單位：mm)Fig. 3 Typical layout of blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

堰頂孔距0.7 m，排距1.5 m，橫斷面三個(gè)炮孔，其中中間孔為垂直孔，兩邊孔為向外偏斜約6度的傾斜孔，如圖4所示。孔底最大孔距為1.7 m，排距為1.5 m。炸藥單耗為0.5～0.75 kg/m3。預(yù)裂孔孔徑為90 mm，孔距為0.5 m。

圖 4 溫寨圍堰典型爆破剖面圖(單位：mm)Fig. 4 Typical sectional view of Wenzhai cofferdam (unit：mm)

(2)變線密度裝藥

砼圍堰橫斷面呈上窄下寬，主爆孔采用變線密度裝藥，即組合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)形式，炮孔上部孔密集系數(shù)大，采用φ32 mm乳化炸藥卷用竹片串接固定，延米裝藥量為1.0 kg/m，裝藥長(zhǎng)度2 m。

中部孔密集系數(shù)適中，采用φ32 mm乳化炸藥卷二節(jié)并綁竹片固定，延米裝藥量為2 kg/m，裝藥長(zhǎng)度3.0 m。

底部密集系數(shù)較小，采用延續(xù)裝φ70 mm的乳化藥卷，裝藥長(zhǎng)度2 m；其它裝藥段采用φ32 mm乳化炸藥卷三～四節(jié)并綁竹片固定，延米裝藥量為3～4 kg/m，各裝藥長(zhǎng)度根據(jù)藥量公式和實(shí)際情況確定。裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

控制區(qū)加密炮孔裝藥：參照Q=a×b×h×q進(jìn)行計(jì)算，采用間隔裝藥控制單響藥量和單響藥量?jī)?nèi)為組合連續(xù)裝藥等結(jié)構(gòu)，藥卷采用φ32 mm乳化炸藥。

預(yù)裂孔線裝藥密度300～400 g/m，取300 g/m，孔底1.5 m加強(qiáng)裝藥，孔口堵塞長(zhǎng)度為1.5 m，采用φ32藥卷綁扎在毛竹片上永成串狀的不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

(3)工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路采用工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路，如圖6所示。工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管是采用保利久聯(lián)控集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的8號(hào)工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管，起爆網(wǎng)路的延時(shí)時(shí)間設(shè)計(jì)為：主爆孔獨(dú)孔編程步長(zhǎng)為：1～3號(hào)孔5～15 ms/孔，取5 ms；主爆孔多孔編程步長(zhǎng)為15～25 ms/3孔，取20 ms；孔內(nèi)和預(yù)裂孔編程步長(zhǎng)為5～10 ms/3孔，取5ms；分段間編程步長(zhǎng)為1200～1500 ms，取1500 ms。同時(shí)，預(yù)裂爆破比緩沖孔爆破提前110～150 ms起爆。

圖 5 溫寨圍堰爆破典型主爆炮孔裝藥圖(單位：mm)Fig. 5 Typical loading charge sketch of main blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

圖 6 溫寨圍堰爆破典型起爆網(wǎng)路(單位：mm)Fig. 6 Typical initiation network of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

3 方案實(shí)施及爆破效果

3.1 爆破方案實(shí)施

爆破施工中能否按設(shè)計(jì)方案要求有效地進(jìn)行，關(guān)系到爆破效果的好壞。爆破方案實(shí)施時(shí)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了布孔、造孔，控制好孔位、孔向和孔深，確保造孔質(zhì)量。裝藥前，按設(shè)計(jì)對(duì)孔位進(jìn)行編號(hào)，測(cè)量并檢查了孔深和水深，裝藥人員嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的裝藥結(jié)構(gòu)、數(shù)量進(jìn)行裝藥、堵塞。采取了加強(qiáng)捆綁送藥方法，使得裝藥得以順利完成任務(wù)。

正式實(shí)施全面爆破前，在下游圍堰端頭6.5 m范圍內(nèi)進(jìn)行了一次拆除爆破模擬試驗(yàn)，以檢驗(yàn)爆破效果(包括預(yù)裂效果)是否達(dá)到要求、爆破設(shè)計(jì)參數(shù)是否合適。選用了單耗藥量為：0.65 kg/m3、0.75 kg/m3和0.80 kg/m3三種情況分別進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行爆破監(jiān)測(cè)和總結(jié)。試爆效果良好，預(yù)裂面成型完整，表明爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇比較合適。

3.2 爆破效果

2019年8月2日—3日，溫寨圍堰爆破成功實(shí)施，一次性順利拆除上下游縱向砼圍堰。爆破后爆渣塊度與設(shè)計(jì)預(yù)期基本相符。調(diào)錄像爆破飛石少，個(gè)別飛石均控制在設(shè)計(jì)值內(nèi)。爆破后進(jìn)行了聯(lián)合檢查，周邊設(shè)備、儀器安全，建(構(gòu))筑物均未出現(xiàn)移位、脫落、裂縫和打殘傷等現(xiàn)象。

在需要重點(diǎn)保護(hù)的建(構(gòu))筑物及重要場(chǎng)所，布置了5個(gè)爆破監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如表2所示。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果均在安全允許范圍內(nèi)[12,13]。

表2 溫寨圍堰爆破拆除振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 2 Monitoring values of blasting vibration of Wenzhai cofferdam

4 結(jié)論

通過溫寨航電樞紐縱向圍堰爆破拆除案例說明，根據(jù)堰體的結(jié)構(gòu)特征，選用變線密度裝藥方式結(jié)合工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路的爆破方式[14]，即能保證炸藥能量的充分利用，又能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)延時(shí)施爆、有效地控制爆破振動(dòng)，保證永久建(構(gòu))筑物安全，為類似爆破工程具有一定的借鑒意義。

(1)爆破振動(dòng)在安全允許控制閾值1/10以下，表明采用該方法能夠很好的控制爆破振動(dòng)，保證永久建(構(gòu))筑物安全。

(2)變線密度裝藥方式結(jié)合工業(yè)(數(shù)碼)電子雷管起爆網(wǎng)路的爆破方式，對(duì)圍堰的壩體特征具有很好的適應(yīng)性，既能保證炸藥能量的充分利用，也能保證爆破達(dá)到預(yù)期效果。

注：測(cè)試設(shè)備為中國(guó)科學(xué)院成都中科測(cè)控公司生產(chǎn)的TC-4850爆破測(cè)振儀系列產(chǎn)品。