温寨航电枢纽工程围堰爆破拆除技术实践

莫福荣,陆 勇,卢德生,翟彩亮,何武志

(1.中国能源建设集团 广西水电工程局有限公司，南宁 530001；2.广西水利电力建设集团有限公司，南宁 530028)

挡水围堰是水利水电工程中常见的建筑物，多为临时性围护结构，在其功能得到充分发挥后，一般采取爆破的方式对其进行拆除。国内专家、学者对围堰爆破拆除做了大量研究，积累了丰富的经验[1-8]。廖成林、杨玉银等在某水电站尾水隧洞出口围堰爆破拆除施工中[9]，采取上覆渣体采用下套管钻孔，水下底板开挖增加钻孔超深，每茬炮爆破时前部覆盖上茬炮渣体，平衡围堰上下游水压，成功地对围堰实施了爆破拆除。刘录良对土石围堰的水下拆除施工进行分析研究[10]，为类似拆除工程提供了借鉴。刘建国、汪日生针对乌东德水电站左岸导流洞进水口围堰的复杂环境[11]，通过差异化爆破设计、选用优质火工材料、优化爆破网路、控制单响药量、加强孔口堵塞等措施，对围堰实施控制爆破，达到了预期效果。在爆破网路设计上，利用工业(数码)电子雷管，技术上可实现毫秒级的延时起爆，有效降低爆破振动，对不同的岩石环境，能够方便快捷地调整起爆顺序和延时，改善爆破效果[12-14]，但是现有文献较少使用变线密度装药方法进行围堰爆破拆除。

针对温寨航电枢纽工程围堰的复杂环境以及技术难点展开分析，提出变线密度装药法结合工业(数码)电子雷管起爆网路的方法，对围堰实施控制爆破。

1 工程概况

温寨航电枢纽工程位于贵州省黔东南州从江县境内，处于珠江水系柳江干流上游都柳江河段。该枢纽工程围堰主要由横向土石围堰和纵向混凝土围堰组成，纵向围堰为一、二期基坑施工挡水围堰，采用正梯形重力式混凝土结构，其中上游围堰长80 m，下游围堰长100 m，需要全部拆除至河床面高程，其拆除总量达8553 m3。

围堰周边环境较复杂，上游拆除围堰与永久建筑物3#泄水闸段闸墩相衔接，离闸门距离为15 m，与厂房的最小直线距离为65 m；下游拆除围堰与永久保留的泄水闸段倒“T”型混凝土纵向导墙(兼作纵向围堰)相衔接。爆破拆除区与右岸引航道正在施工的砼距离为12 m，距离左岸G321公路为133 m，距离上下游变电站(1#、3#)最近为80 m。另外，在引航道右岸坝下0+120～坝下0+290有一滑坡体。拆除围堰典型周边环境方位及其距离如图1所示、表1列表。

表1 温寨围堰爆破拆除周边环境列表Table 1 List of surroundings for demolition of Wenzhai cofferdam by blasting

图1 围堰爆破折除周边环境及建筑物平面示意图(单位：mm)Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment and building of cofferdam demolition by blasting(unit:mm)

温寨围堰爆破拆除区域及围堰周边环境、爆破振动监测点和警戒区域如图2所示。

图 2 温寨围堰爆破拆除区域、温寨围堰周边环境、爆破振动监测点和警戒区域图Fig. 2 Blasting area of Wenzhai cofferdam，Surrounding,blasting vibration monitoring sites and alert area of Wenzhai cofferdam

2 围堰爆破拆除设计

2.1 爆破方案选择

温寨航电枢纽工程纵向围堰上下游段混凝土拆除是实现水库正常蓄水发电的关键性控制项目，爆破必须一次完成。其爆破拆除最大高度11.4m，时间紧、任务重，且拆除的大部分混凝土皆在水下，给爆破施工增加了难度。围堰拆除爆破要确保泄水闸坝闸门、电站厂房、闸墩、纵向导墙和滑坡体正在施工抗滑桩及新浇混凝土结构物(如：引航道新浇砼等)等周围建(构)筑物的安全，同时防止爆破水击波对厂房挡水闸门的破坏。经过综合分析，决定采用工业(数码)电子雷管起爆网路与变线密度装药法，进行一次性控制松动爆破拆除围堰。为避免爆破地震波危及相邻永久建筑物，在衔接面一定距离采取加密布孔、控制单响起爆量、设减震孔和进行预裂爆破形成破碎带等隔离措施，同时，在爆破网络设计上，利用工业(数码)电子雷管毫秒微差可调性和干扰降振半周期做为单响药量微差参数，达到多次减震和降低爆破有害效应的目的，确保各建(构)筑物和水生物生态环境安全。

2.2 允许振动速度和单响药量的确定

依据《爆破安全规范》(GB6722—2014)规定的爆破振动安全允许标准，借鉴和类比水电站的工程设计经验，例如：在大朝山、岩滩、乐滩、糯扎滩、构皮滩、溪洛渡水电站等围堰爆破拆除中，闸门和闸门槽的爆破抗振设计标准为15 cm/s，校核标准为20 cm/s，实践证明是可行的，纵向混凝土围堰的允许振动速度控制在15 cm/s以内，不会对老混凝土造成破坏。似定本案混凝土围堰(C25)爆破拆除的允许振动速度为：厂坝老混凝土为12 cm/s，闸墩和导墙为15 cm/s，电站厂房设备0.6 cm/s；对滑坡体的允许加速度为0.05 g；对水击波压强标准为0.4 MPa。

对老混凝土建筑物可按以下振动速度经验公式计算确定最大单响药量：

没有预裂情况下:V⊥=48.1(Q1/3/R)0.73

在预裂面保护的情况下：V⊥=22.2(Q1/3/R)1.1

垂直加速度：g⊥=55.43(Q1/3/R)1.64

对水击波压强：P=1.15(Q1/3/R)0.95

2.3 爆破参数设计

(1)钻孔参数

采用履带式100B潜孔钻机进行钻孔，炮孔布置为上小下大的扇形结构，如图3所示。孔径φ90 mm，需要下套管的炮孔直径φ130 mm，套管内径不小于φ90 mm，超深1.5～2.0 m。

图 3 温寨围堰爆破典型炮孔布置图(单位：mm)Fig. 3 Typical layout of blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

堰顶孔距0.7 m，排距1.5 m，横断面三个炮孔，其中中间孔为垂直孔，两边孔为向外偏斜约6度的倾斜孔，如图4所示。孔底最大孔距为1.7 m，排距为1.5 m。炸药单耗为0.5～0.75 kg/m3。预裂孔孔径为90 mm，孔距为0.5 m。

图 4 温寨围堰典型爆破剖面图(单位：mm)Fig. 4 Typical sectional view of Wenzhai cofferdam (unit：mm)

(2)变线密度装药

砼围堰横断面呈上窄下宽，主爆孔采用变线密度装药，即组合连续装药结构形式，炮孔上部孔密集系数大，采用φ32 mm乳化炸药卷用竹片串接固定，延米装药量为1.0 kg/m，装药长度2 m。

中部孔密集系数适中，采用φ32 mm乳化炸药卷二节并绑竹片固定，延米装药量为2 kg/m，装药长度3.0 m。

底部密集系数较小，采用延续装φ70 mm的乳化药卷，装药长度2 m；其它装药段采用φ32 mm乳化炸药卷三～四节并绑竹片固定，延米装药量为3～4 kg/m，各装药长度根据药量公式和实际情况确定。装药结构如图5所示。

控制区加密炮孔装药：参照Q=a×b×h×q进行计算，采用间隔装药控制单响药量和单响药量内为组合连续装药等结构，药卷采用φ32 mm乳化炸药。

预裂孔线装药密度300～400 g/m，取300 g/m，孔底1.5 m加强装药，孔口堵塞长度为1.5 m，采用φ32药卷绑扎在毛竹片上永成串状的不耦合间隔装药结构。

(3)工业(数码)电子雷管起爆网路

起爆网路采用工业(数码)电子雷管起爆网路，如图6所示。工业(数码)电子雷管是采用保利久联控集团有限责任公司生产的8号工业(数码)电子雷管，起爆网路的延时时间设计为：主爆孔独孔编程步长为：1～3号孔5～15 ms/孔，取5 ms；主爆孔多孔编程步长为15～25 ms/3孔，取20 ms；孔内和预裂孔编程步长为5～10 ms/3孔，取5ms；分段间编程步长为1200～1500 ms，取1500 ms。同时，预裂爆破比缓冲孔爆破提前110～150 ms起爆。

图 5 温寨围堰爆破典型主爆炮孔装药图(单位：mm)Fig. 5 Typical loading charge sketch of main blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

图 6 温寨围堰爆破典型起爆网路(单位：mm)Fig. 6 Typical initiation network of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

3 方案实施及爆破效果

3.1 爆破方案实施

爆破施工中能否按设计方案要求有效地进行，关系到爆破效果的好坏。爆破方案实施时，严格按设计要求进行了布孔、造孔，控制好孔位、孔向和孔深，确保造孔质量。装药前，按设计对孔位进行编号，测量并检查了孔深和水深，装药人员严格按设计要求的装药结构、数量进行装药、堵塞。采取了加强捆绑送药方法，使得装药得以顺利完成任务。

正式实施全面爆破前，在下游围堰端头6.5 m范围内进行了一次拆除爆破模拟试验，以检验爆破效果(包括预裂效果)是否达到要求、爆破设计参数是否合适。选用了单耗药量为：0.65 kg/m3、0.75 kg/m3和0.80 kg/m3三种情况分别进行试验，同时对其进行爆破监测和总结。试爆效果良好，预裂面成型完整，表明爆破设计参数的选择比较合适。

3.2 爆破效果

2019年8月2日—3日，温寨围堰爆破成功实施，一次性顺利拆除上下游纵向砼围堰。爆破后爆渣块度与设计预期基本相符。调录像爆破飞石少，个别飞石均控制在设计值内。爆破后进行了联合检查，周边设备、仪器安全，建(构)筑物均未出现移位、脱落、裂缝和打残伤等现象。

在需要重点保护的建(构)筑物及重要场所，布置了5个爆破监测点，如表2所示。爆破振动监测结果均在安全允许范围内[12,13]。

表2 温寨围堰爆破拆除振动监测结果Table 2 Monitoring values of blasting vibration of Wenzhai cofferdam

4 结论

通过温寨航电枢纽纵向围堰爆破拆除案例说明，根据堰体的结构特征，选用变线密度装药方式结合工业(数码)电子雷管起爆网路的爆破方式[14]，即能保证炸药能量的充分利用，又能够实现精准延时施爆、有效地控制爆破振动，保证永久建(构)筑物安全，为类似爆破工程具有一定的借鉴意义。

(1)爆破振动在安全允许控制阈值1/10以下，表明采用该方法能够很好的控制爆破振动，保证永久建(构)筑物安全。

(2)变线密度装药方式结合工业(数码)电子雷管起爆网路的爆破方式，对围堰的坝体特征具有很好的适应性，既能保证炸药能量的充分利用，也能保证爆破达到预期效果。

注：测试设备为中国科学院成都中科测控公司生产的TC-4850爆破测振仪系列产品。