水电站主坝上部结构控制爆破拆除施工技术研究

李生峰

摘要：在水利水电施工建设中，对于大坝改造施工常常要对坝体的部分进行拆除施工，由于水工建筑物对爆破震动非常敏感的特殊性，一般的拆除施工采用凿除或无声破碎剂破碎施工，施工难度大，存在安全隐患，为加快施工进度及减少施工成本，采用控制爆破施工对主坝上部结构进行拆除施工。该技术是新的大坝上部结构控制爆破拆除技术。

关键词：控制爆破；质点震动速度；水利工程；水电站；大坝施工 文献标识码：A

中图分类号：TV641 文章编号：1009-2374（2015）35-0105-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.052

水丰水电站是我国建国前最大的电站，也是目前我国黄河以北的最大库容的电站，大坝建设至今已有70年历史，溢流坝段26孔启闭机工作桥及桥墩全部爆破拆除，桥墩下部的分流墩需要保留，其混凝土表面风化严重，内部强度降低。目前国内水电工程领域还没有任何单位对大坝顶部结构爆破拆除施工技术进行全面系统的研究，特别是大坝如此老龄并且需保留紧邻结构在爆破拆除施工技术方面还没有可以借鉴的成功经验和技术。

1 主要技术性能指标

水丰水电站主坝为混凝土重力坝，最大坝高106.4m，正常蓄水位123.3m，死水位95.0m，坝顶高程126.4m，坝顶宽度8.5m。在挡水坝段坝顶上设有挡水墙，挡水墙高4.6m，底宽1.5m，其顶部高程为131.0m。坝顶全长899.5m，共分60个坝段，分别为挡水坝段、取水发电坝段和溢流坝段。大坝的溢流坝段设有26个开敞式溢流孔，堰顶高程为116.0m，采用挑流消能。每个溢流孔设有一道平面工作闸门，闸门孔口尺寸为12.0×7.3m（宽×高，下同），溢流坝启闭机工作桥面高程为135.5m，桥上设有3台2×600kN台车式启闭机，操作26扇工作闸门。

1.1 本次大坝改造的主要施工任务

1.1.1 原坝顶闸门启闭机工作桥及桥墩拆除并重建，新建工作桥桥面高程为131.5m；拆除原有3台2×600kN台车式启闭机，新设3台2×630kN门机。

1.1.2 进行混凝土开挖，拆除并更新原有26扇工作闸门和闸门槽及底坎金属结构。

1.2 主坝工作桥控制爆破技术指标

1.2.1 水丰水电站主坝溢流坝段启闭机工作桥共26孔，单孔跨度为15m，净跨12m，工作桥总长为390m。工作桥下溢流面高程为116，桥墩建在闸墩上部底高程为126m，桥墩高度为8m，桥墩截面为2×3m，工作桥桥梁重量约为165吨，桥面高程为135.5m。

1.2.2 主坝工作桥127.5m高程以上部分，采用定向控制爆破拆除方案，拆除混凝土方量为2802.38m?。

1.2.3 工作桥混凝土控制爆破拆除选用的爆破参数为：炸药单耗0.8kg/m?，保护部位混凝土最大质点震动速度不大于5cm/s，采用隔段非电毫秒雷管起爆。

1.2.4 选用的火工材料性能。本次爆破选用2#岩石乳化炸药，乳化炸药威力相对较低，爆速≥3200m/s，猛度≥12mm，炸药密度为1.0～1.3g/cm3，防水性能好，利于拆除爆破使用。

1.2.5 质点振动速度控制指标。本次工作桥控制爆破拆除成功的关键在于质点振动速度的控制，根据《爆破安全规程》（GB 6722-2003）、《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（DL/T 5389-2007）及参考《三峡工程建（构）筑物附件的控制爆破技术》不同部位的安全允许质点震动速度标准。

1.2.6 主坝工作桥控制爆破拆除后，上部工作桥梁和桥墩落入水中，产生的涌浪高度应该小于3m。

2 主要技术创新点与难点

水丰水电站修建于日伪时期，已运行近70年，电站产权为中朝双方共有，但运行管理由朝方负责，所有前期的现场勘查、检验等技术工作都需要朝方密切配合，通过对现场混凝土进行声波回弹测试显示，大坝混凝土强度均一性很差，而且有的部位强度很低，给爆破拆除施工带来了极大的困难及风险。现场作业面全部为高空作业，涌浪和动水压力检测需要在水上进行，存在一定安全问题，主要技术特点和难点如下：

2.1 工作桥控制爆破拆除质点振动速度控制标准高

该电站是河床式电站，发电厂房在左岸朝鲜国境内河床坝段，由朝鲜人民民主共和国管理，机组最右端临近爆破区，其水平距离不足30m，垂直距离约80m，爆破期间机组仍在正常发电。质点振动速度等安全标准要满足两国要求。本次爆破位置敏感，稍有不慎将引起两国外交纠纷，必须仔细、谨慎地制定各项技术措施，做到万无一失。

2.2 控制爆破拆除飞石控制标准高

主坝交通桥位于工作桥下游侧与之平行，桥面高程为126.8m，长度与工作桥相同均为390m，朝方在主坝交通桥栏杆上布置一条10kV高压电缆，高程为128m，高压电缆位于主坝工作桥桥墩下游侧，距离桥墩7m，朝方侧距本次拆除爆破区域端部20m处为朝方坝上变压器房，需保证变压器在爆破时正常运行。

2.3 拆除爆破下部结构保护难度大

由于启闭机工作桥为水丰主坝上部结构，使用超声波检测后，结果显示目前其钢筋混凝土结构强度均一性极差，下部与之相连的闸墩是需要保留的结构，根据超声波检测情况反应也存在不同程度的强度问题，因此，该研究课题解决的技术关键之一就是如何保证上部结构拆除时，不得损坏下部的保留结构。

2.4 主坝工作桥爆破拆除落入水库产生涌浪和动水压力控制难

主坝工作桥采用定向控制爆破拆除后，工作桥桥墩和上部结构失稳，瞬间向库内倾倒，完成拆除，爆破崩落物坠入库区内后，势必会产生浪涌，该研究课题解决的技术关键之一是爆破产生的涌浪、动水压力对坝体及库区岸坡等的影响，使之控制在允许范围之内。水丰水电站设计蓄水位高程为123.3m，主坝工作桥顶高程为135.5m，主坝工作桥控制爆破拆除施工时段为枯水期，水库水位高程处于90～100m之间，距大坝正常水位有20m高的安全储备，但工作桥坠落物距水面越高所具有的动能越大。首先对中方侧3孔（26、25、24孔）工作桥进行爆破拆除试验，以验证爆破参数是否合理，检测涌浪、动水压力是否对大坝有不利影响，检测爆破震动数据是否超标。

2.5 起爆网络可靠度高

主坝工作桥控制爆破拆除试验后剩余22个桥墩需要一次性整体爆破，工作桥距下部溢流面18m高，需保证同步向上游水库中倾倒，防止上部工作桥梁坠落到下部砸坏大坝溢流面混凝土。起爆网络是整体拆除爆破成功的重要因素，因此对整个起爆网络的可靠性要求极高。工作桥控制爆破拆除使用2条起爆主线，材料为导爆索，单条起爆主线长度超过400m，导爆索需要进行多次搭接，搭接接头能否有效传爆是爆破拆除成功的前提，根据起爆网络试验，导爆索接头搭接长度为30cm，使用电工胶带绑扎。

2.6 闸墩墩头防护难度大

工作桥桥墩爆破后结构失稳向上游倾倒，在倾倒过程中会撞击闸墩下部的分流墩墩头，对此部位需要进行重点防撞减震防护，避免分流墩墩头混凝土结构损坏，因此合理设计墩头混凝土防护措施是爆破拆除的重点和难点。

4 结语

课题依托水丰水电站金属结构和安全监测改造工程，深入开展了水丰水电站主坝工作桥上部结构控制爆破拆除施工技术系列科研攻关，在新技术、新工艺等方面取得了一系列具有广阔应用前景的科研成果，进一步研究和完善了大坝上部结构控制爆破拆除施工技术，明显加快了大坝上部结构混凝土拆除的施工进度、降低了工程造价，完善了大坝上部结构控制爆破拆除的施工工艺。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）