淺談縱向混凝土圍堰松動(dòng)爆破拆除技術(shù)

劉彥慶，陳 聰

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

南歐江四級(jí)水電站位于老撾人民民主共和國豐沙里省境內(nèi)，上、下游縱向圍堰是用于導(dǎo)流的臨時(shí)水工建筑物。上游縱向圍堰堰頂高程380.5m，下游縱向圍堰堰頂高程372.0m，堰頂均設(shè)有C15防浪墻，防浪墻寬0.8m，高1.2m。上游縱向圍堰與7#壩段閘墩相連，下游縱向圍堰與7#壩段中隔墻相連，接頭處均采用瀝青木板填縫，連接段為15m寬C15常態(tài)混凝土?？v向圍堰除連接段為C15常態(tài)混凝土外，其余部分堰體兩側(cè)1m范圍為C9010膠凝砂礫石變態(tài)混凝土，堰體內(nèi)部為C907.5膠凝砂礫石混凝土。

按照設(shè)計(jì)要求，上游縱向圍堰拆除至370.2m高程，包括兩個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階高度分別為6.4m、3.6m，拆除高度10.3m；下游縱向圍堰拆除至356.0m高程，包括4個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階高度分別為4.6m、3.6m、3.6m、3.6m，拆除高度16m。

上游縱向圍堰典型斷面 下游縱向圍堰典型斷面

2 圍堰拆除總體方案

圍堰拆除采用松動(dòng)爆破。由于需要拆除的縱向圍堰與永久建筑物閘墩、閘門及其附屬設(shè)施、閘門槽、壩頂門機(jī)的距離很近，所以必須采取措施減少爆破震動(dòng)、飛石對(duì)永久建筑物的影響。

在上、下游縱向圍堰與閘墩和中隔墻相連的2m范圍使用破碎錘預(yù)先破除(見圖2)，降低爆破拆除對(duì)永久建筑物的震動(dòng)影響[1]。

圖2 拆除分區(qū)示意(標(biāo)注單位：mm)

上游縱向圍堰分兩層鉆爆，采取從上游往下游的方向推進(jìn)；下游縱向圍堰分四層鉆爆，采取從下游往上游的方向推進(jìn)。這樣能有效控制爆破飛石方向，同時(shí)能在過程中驗(yàn)證爆破參數(shù)和爆破震動(dòng)影響。爆破梯段為縱向圍堰每層分層高度，采用履帶式潛孔鉆鉆孔。由于連接段混凝土強(qiáng)度較高，故在連接段拆除時(shí)，將爆破梯段調(diào)整為3m。

3 松動(dòng)爆破計(jì)算

本工程使用松動(dòng)爆破，爆破作用指數(shù)n<0.75[2]，即爆破使混凝土破碎、松動(dòng)，但不會(huì)被拋出。爆破使用乳化炸藥，起爆網(wǎng)絡(luò)使用毫秒延期非電雷管連接，使用電雷管引爆。本次爆破拆除擬使用臺(tái)階法鉆爆，使用履帶式潛孔鉆垂直鉆孔，孔徑為76mm。各部位爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

3.1 上游縱向圍堰爆破拆除參數(shù)

(1)上縱0+15.00～0+82.00，380.5m～374.1m層

該段爆破拆除參數(shù)如下：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=7m(含超深)，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗線w=1.5m，單耗q=0.3kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×2×1.5×7=6.3kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=6300÷(3.14×2.5×2.5×1.05)=306cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層1.5m，連續(xù)裝藥3.0m，堵塞2m。

(2)上縱0+015.00～0+095.00，374.1m～370.2m層

該段爆破拆除參數(shù)如下：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=3.8m，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.3kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×2×2×3.8=4.56kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=4560÷20.61=220cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.6m，連續(xù)裝藥2.2m，堵塞1m。

(3)上縱0+000.00～0+015.00，380.5m～374.1m連接段

該段距離永久建筑物7#壩段及閘門較近，考慮在上縱0+0.00～0+2.00處使用破碎錘破除一個(gè)爆破臺(tái)階高度，降低爆破應(yīng)力波對(duì)7#壩段的損傷。

爆破參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=7m，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗線w=1.5m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×2×1.5×7=7.35kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=7350÷20.61=360cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層1.4m，連續(xù)裝藥3.6m，堵塞2m。

(4)上縱0+000.00～0+015.00，374.1m～370.2m連接段

爆破方法同上層，具體參數(shù)如下：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=3.8m，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×2×2×3.8=5.32kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=5320÷20.61=260cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.2m，連續(xù)裝藥2.6m，堵塞1m。

3.2 下游縱向圍堰爆破拆除參數(shù)

(1)下縱0+015.00～0+065.00，372.0m～367.4m層

該段爆破拆除參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=5m(含超深)，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗線w=1.5m，單耗q=0.3kg/m3，裝藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×2×1.5×5=4.5kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=4500÷20.61=220cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層1.2m，連續(xù)裝藥2.2m，堵塞1.6m。

(2)下縱0+015.00～0+074.00，367.4m～363.8m層

該段爆破拆除參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4m(含超深)，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.3kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×2×2×4=4.8kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=4800÷20.61=230cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層1.1m，連續(xù)裝藥2.3m，堵塞1.6m。

(3)下縱0+015.00～0+081.00，363.8m～360.2m層

該段爆破拆除參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4m(含超深)，炮孔間距a=2.5m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.3kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×2.5×2×4=6kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=6000÷20.61=2.9cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.5m，連續(xù)裝藥2.9m，堵塞1.6m。

(4)下縱0+015.00～0+086.00，360.2m～356.0m層

該段爆破拆除參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4.5m(含超深)，炮孔間距a=3m，炮孔排距b=2.5m，最小抵抗線w=2.5m，單耗q=0.3kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.3×3×2.5×4.5=10.1kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=10100÷20.61=3.8cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.2m，連續(xù)裝藥3.8m，堵塞0.5m。

(5)下縱0+0.00～0+15.00，375.0m～367.4m連接段

爆破方法同上游連接段，具體參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=6.5m，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗線w=1.5m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×2×1.5×6.5=6.8kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=6800÷20.61=330cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層1.2m，連續(xù)裝藥330m，堵塞2m。

(6)下縱0+000.00～0+015.00，367.4m～363.8m連接段

爆破方法同上層連接段，具體參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4m，炮孔間距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×2×2×4=5.6kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=5600÷20.61=2.7cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.3m，連續(xù)裝藥2.7m，堵塞1m。

(7)下縱0+0.00～0+15.00，363.8～360.2連接段

爆破方法同上層連接段，具體參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4m，炮孔間距a=2.5m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×2.5×2×4=7kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=7000÷20.61=340cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.2m，連續(xù)裝藥3.4m，堵塞0.4m。

(8)下縱0+000.00～0+015.00，360.2m～356.0m連接段

爆破方法同上層連接段，具體參數(shù)為：鉆孔直徑76mm，鉆孔深度H=4.5m，炮孔間距a=3m，炮孔排距b=2m，最小抵抗線w=2m，單耗q=0.35kg/m3，炸藥密度ρ=1.05g/cm3，藥卷直徑50mm。

單孔藥量：Q=qawH=0.35×3×2×4.5=8.1kg

裝藥長度：h=Q/(ρV)=8100÷20.61=3.9cm

裝藥采用不耦合連續(xù)裝藥，即孔底砂墊層0.2m，連續(xù)裝藥3.9m，堵塞0.4m。

4 爆破震動(dòng)驗(yàn)算

縱向圍堰爆破拆除震動(dòng)影響的主要對(duì)象為7#壩段閘墩、中隔墻等混凝土，以及壩頂門機(jī)、閘門和攔污柵等。按照工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，爆破震動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)可考慮采用：混凝土齡期3d以內(nèi)2cm/s，齡期3d～7d、5cm/s，齡期7d～28d、8cm/s，最大不允許超過10cm/s[3]，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)0.5cm/s～0.9cm/s，機(jī)電設(shè)備未運(yùn)行時(shí)2cm/s～3cm/s，門槽及攔污柵架5cm/s。由于縱向圍堰拆除爆破中心離閘門及攔污柵較遠(yuǎn)，經(jīng)過計(jì)算，僅考慮對(duì)7#壩段閘墩及中隔墻混凝土的爆破震動(dòng)影響即可。

爆破振動(dòng)速度按下式計(jì)算[4]：

V=K(Q1/3/R)a

式中：V——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；

R——爆源中心至建筑物的距離，m；

K、a——場地系數(shù)，取值可查表得。

則最大單響藥量(Q)按下式計(jì)算：

Q=R3(V/K)3/a

本工程場地系數(shù)取值為：K=100，a=1.5，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按10cm/s計(jì)算。

4.1 連接段上允許的最大單響

(1)上下游連接段靠近結(jié)構(gòu)物的第一排炮孔最大單響計(jì)算：

R=3.5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可計(jì)算出：Q1=429g。

破碎錘切槽后預(yù)計(jì)減震95%，可得最大單響藥量：Q2=Q1/(1-95%)=8.58kg，即靠結(jié)構(gòu)物的第一排炮孔采用單孔單段爆破，使用毫秒延時(shí)雷管可達(dá)到單響要求。

(2)靠近結(jié)構(gòu)物的第二排炮孔最大單響計(jì)算：

R=5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可計(jì)算出：Q1=1250g。

破碎錘切槽后預(yù)計(jì)減震95%，可得最大單響藥量：Q2=Q1/(1-95%)=25kg，即靠近結(jié)構(gòu)物的第二排炮孔可同排同段起爆(下游360.2m～356.0m，靠近結(jié)構(gòu)物的第二排孔可兩孔同段延時(shí)起爆)，連接段上其他的炮孔均可同排同段，相鄰排延時(shí)起爆。

4.2 其他部位允許的最大單響

(1)上縱0+015.00往上游第一排孔最大單響計(jì)算：

R=16.5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可計(jì)算出：Q=44.9kg，根據(jù)單孔藥量可得，可6孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)，電雷管起爆。

(2)上縱0+015.00往上游第四排孔最大單響計(jì)算：

R=21m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可計(jì)算出：Q=92kg，根據(jù)單孔藥量可得，可10孔～14孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)，電雷管起爆。再往上游的爆破震動(dòng)影響就越來越小，同段延時(shí)連接孔數(shù)可依次增加。

(3)下縱0+015.00往下游第一排孔最大單響計(jì)算：

R=17m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可計(jì)算出：Q=49.13kg，根據(jù)單孔藥量可得，可10孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)；363.8m～360.2m階段可8孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)；360.2m～356.0m段可4孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)。再往下游可8孔～14孔一段毫秒延遲雷管連接網(wǎng)絡(luò)，依次往下游可適當(dāng)增加。

5 效果評(píng)價(jià)

南歐江四級(jí)水電站縱向混凝土圍堰采用松動(dòng)爆破拆除有效地降低了爆破震動(dòng)對(duì)永久建筑物的影響，拆除速度快，效果非常好，可為同類施工提供借鑒。