航电枢纽工程复杂环境下混凝土纵向围堰拆除爆破设计

代正江+龚黎明+牟维邦

摘 要：东坪水电站工程受工期限制，纵向混凝土围堰拆除爆破采取一次性拆除方案。爆区紧邻居民密集区，周边环境复杂，且采用超常规的电厂不停机的爆破方案，减振要求高，减振措施技术研究难度大。

关键词：东坪水电站工程 纵向混凝土围堰 拆除爆破设计 复杂环境 发电厂房不停机

1.工程概述

东坪航电枢纽工程位于湖南省安化县城关东坪镇闵家湾附近，属于资水干流的中游，是资水流域规划的第七个梯级电站。本工程坝址距离柘溪枢纽大概10公里，距里安化县城区5km，左岸为安化县城沿江大道。

枢纽建筑物主要由左、右岸非溢流坝工程、15孔溢流坝工程、左岸发电厂房工程和右岸船闸工程组成。发电厂房总装机容量为4×18MW。

2.纵向混凝土围堰爆破拆除复杂环境简述

本枢纽工程在施工中分二期导流，一期围左岸发电厂房、7孔溢流坝及左岸非溢流坝。一期和二期上下游横向围堰为土石围堰，采用膜袋混凝土护面。纵向围堰为重力式C15素混凝土，纵向围堰主要由永久部分和临时部分组成，上游临时部分与9号闸墩上游墩头相连接，下游临时部分与溢流坝导墙相连接，纵向围堰上游有一段坐落在8号坝段上游护坦上。混凝土纵向围堰上游段与8#泄水闸闸门距离5米，与泄水闸帷幕灌浆轴线最近的为距离5米，距离坝轴线的最近距离15米，与发电厂房4#机组的最近距离150m。

由于工期紧，采取一次性爆破拆除，为了不影响发电效率，爆破拆除全过程不停机，增加了爆破设计的难度，并且一次性爆破拆除工程量大约1.75万m3。纵向围堰爆破拆除时，要求对大坝基础的帷幕灌浆区、混凝土铺盖、闸墩、闸门、泵房、发电厂、厂房及设备等保护对象不能造成破坏，因此爆破拆除难度大，爆破拆除施工环境复杂、施工技术要求高。为保证工程顺利实施，确保受保护对象在爆破过程中的安全性，纵向混凝土围堰爆破拆除需要做详细的爆破设计工作。

3.总体爆破设计

根据相关工程的经验总结，纵向混凝土围堰爆破拆除采用定向倾倒和爆破破碎的方式，以上两种方法都有相应取得成功的经验。本次拆除爆破规模大，爆后爆渣需要清理，应采取爆破破碎的方式便于清渣，为了减少爆破振动造成危害，拟考虑多炮孔、多分段、严格控制最大单响药量。

为了减小爆破振动对与纵向围堰连接的闸墩和导墙的危害，首先将与闸墩和导墙连接的纵向需要拆除的堰块部位采用预裂爆破出破碎带。距离帷幕灌浆较近的炮孔设置减振，减小对帷幕灌浆区域的影响。

为确定围堰爆破拆除的最佳爆破参数，选择下游围堰桩号厂 0+153.70至厂0+173.70m段作为试验段先爆破拆除，再对其余纵向围堰进行爆破拆除。

围堰爆破拆除起爆方式主要采取上游纵向围堰上游部分先起爆，下游纵向围堰靠下游右岸侧先起爆。

本工程拆除爆破分三步进行：第一步先采取预裂爆破将闸墩、导墙与需要拆除爆破的纵向围堰分离；第二步再对下游纵向围堰桩号厂0+153.70m至厂 0+173.70m堰段进行爆破试验，确定爆破参数。第三步根据爆破试验取得的参数确定上、下游纵向围堰的拆除的装药参数。

4.爆破试验

4.1爆破试验目的

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）的相关规定，在复杂环境进行拆除爆破设计时，需要做爆破试验。

爆破试验主要为验证各种爆破参数，为优化围堰主体爆破参数提供科学依据。爆破试验选择离保护对象较远的下游纵向围堰桩号厂0+153.70m至厂0+173.70m堰段进行。

4.2试验内容

试验内容包括各项爆破参数，要求取得下列资料：

（1）验证单位耗药量，孔、排距，装药结构及爆破网路合理性；

（2）验证爆渣抛掷特征、飞石飞散特征及各项控制与防护措施的合理性；

（3）验证炸药品种、性能与堰体混凝土的匹配。

4.3试验段围堰钻爆参数

（1）炸药单位耗药量K：0.4kg/m3，选用防水乳化炸药。

（2）药卷直径：选用直径为32毫米，连续装药线密度为0.91kg/m、直径为50毫米的药卷连续装药线密度为2.34kg/m。

（3）炮孔直径80mm。

（4）钻孔深度：钻孔底部高程84.7m。

（5）孔底最小抵抗线W：抵抗线是影响本次拆除爆破的重要参数之一，W过大将会产生大块，并加大爆破振动效应，而W过小易造成飞石抛掷过远且降低爆破能量利用率。根据类似工程经验，抵抗线取药卷直径的25～30倍。

（6）孔网参数：采用矩形布孔方式，孔距取a=2.0m；由于堰顶为梯形，为使炸药均匀分布，开孔排距取b=0.7～1.0m。

（7）堵塞：堵塞1.0m长，用土砂混合炮泥，采用逐层压实堵塞。

（8）最大单孔装药量：11.5kg。

5.纵向围堰主体拆除爆破参数选择

5.1破碎带相关参数

破碎带的爆破方法主要采用预裂爆破的方式来实现。

（1）线装药密度：取240～300g/m。

（2）药卷直径：选用φ32mm（连续装药线密度q=0.91kg/m）。

（3）钻孔直径：D=80mm。

（4）钻孔深度：上游纵向围堰钻孔底部高程86.2m；下游纵向围堰钻孔底部高程84.7m。

（5）孔网参数：采用梅花型布置，孔排距0.5m×0.5m，斜坡面炮孔孔距视钻孔机具超作空间要求作适当调整。

（6）堵塞：堵塞长度1.0m，堵塞选用土砂混合炮泥，逐层压实堵塞。endprint

（7）装药结构：炮孔底部装1m长的直径为32的药卷，中部φ32mm药卷间隔装药，炮孔堵塞1m。

5.2主爆孔钻爆参数

主爆孔钻爆参数根据爆破试验进行适当调整，暂定如下：

（1）单位耗药量K取0.4kg/m3。

（2）药卷直径：围堰为梯形断面，为保证炸药能量分布尽量均匀，选用φ32mm（连续装药线密度q=0.91kg/ m）、φ5 0 m m（连续装药线密度q=2.34kg/m）两种直径的药卷。

（3）炮孔直径80mm。

（4）钻孔深度：上游纵向围堰钻孔底部高程86.2m；下游纵向围堰钻孔底部高程84.7m。

（5）最小抵抗线W：根据类似工程经验，抵抗线取药卷直径的25～30倍。

（6）孔网参数：采用矩形布孔方式，孔距取a=2.0m，排距视堰体断面特征布置。上游纵向围堰开孔排距b=0.7m，下游纵向围堰开孔排距b=1.5m。

（8）堵塞长度：1.0m，逐层压实堵塞。

（9）炮孔底部减振措施：为降低爆破振动，并防止爆破对堰底混凝土铺盖的破坏，在桩号厂 0-15.10至厂0-55.10堰段炮孔底部设置一0.3m长的竹筒垫层。

（10）最大单孔装药量：上下游纵向混凝土围堰最大单孔装药量分别为13.2公斤和21.3公斤。

6.一次性最大段起爆药量设计

6.1爆破安全控制标准的确定

根据国内外工程界多年来的大量工程实践和经验总结，本工程拆除控制爆破可采用质点振动速度作为安全判据。

根据《水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范》（SL47-94）、《爆破安全规程》（GB6722-2003）等我国现行规范标准及类似工程经验，并结合本工程建筑物抗震特性综合分析，各重点保护对象质点振速安全允许标准可参考表6-1。

6.2爆破振动传播规律分析

K、α值爆破试验段确定。在取得爆破试验成果之前，为有针对性地分析东坪水电站围堰的爆破振动传播规律，可参考我院在几个类似围堰爆破拆除中的实测资料，见表6-2。

6.3计数结果

最大一段起爆药量计算：Q=R3（V/K）3/α

为将爆破振动降至最小，根据相关工程经验，综合以上因素，计算最大一段起爆药量。通过计算，对爆破最大一段起爆药量起控制的防护对象是大坝基础的帷幕灌浆区，上游纵向围堰允许的最大一段起爆药量为20kg，下游纵向围堰炮孔允许的最大一段起爆药量为60kg。

7.起爆网络设计

7.1设计原则

（1）根据单孔药量大小，按不大于安全允许最大一段起爆药量划分同段起爆炮孔单元。

（2）在最大一段起爆药量严格控制的情况下，尽量避免出现重段和串段现象。

（3）严格控制起爆部位对堰顶传爆网路的不利影响，最大程度地避免起爆网路中断的风险。

（4）严格控制爆渣抛掷方向，使爆破尽量向右侧基坑抛掷，避免爆破飞石直接冲击大坝。

7.2雷管选择

起爆雷管采用非电雷管，根据相关工程经验，在炮孔内装高段位雷管，在炮孔外装低段位的雷管。

（1）孔内延时非电雷管主要采用MS8、MS9、MS10。

（2）孔外爆破雷管用MS3、MS5。

7.3网络连接

爆破网络采用双复式分段交叉连接，各起爆雷管形成起爆网路。这样连接的起爆网络能最大限度保证可靠。部分起爆网路图详见上图。

8.结语

受工期限制，本工程纵向混凝土围堰拆除爆破采取一次性拆除方案。爆区紧邻居民密集区，周边环境复杂，且采用超常规的电厂不停机的爆破方案，减振要求高，减振措施技术研究难度大。

本次拆除爆破设计经过了充分、系统的分析和计算，并进行了爆破试验，获得了大量重要的试验数据，使爆破设计具备坚实的基础资料，确保围堰拆除爆破一次性成功。采用同步爆破振动安全监测手段，对闸墩、厂房及机电设备等重要建筑物、重要部位进行了安全监测，获得了翔实可靠的监测数据，不让东坪水电站工程因纵向混凝土围堰拆除爆破留下任何安全隐患。

参考文献：

[1]水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范[S]（SL47-94）.

[2]爆破安全规程[S]（GB6722-2003）.

[3]爆破安全规程[S]（GB6722-2003）.endprint