多边界条件下大体积混凝土快速拆除技术

谭万开，熊 煦

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概况

旬阳水电站工程位于陕西旬阳县城南约2km处，为汉江上游陕西境段干流规划的第五个梯级水电站，距上游安康水电站约57km，下距蜀河水电站、丹江口水电站分别为55km和255km。旬阳水电站开发任务为以发电为主，兼顾航运，并促进地方经济社会发展。

枢纽自左至右依次布置为安装装卸间、主机间、左导墙、左五孔泄洪冲砂闸、右导墙、右7孔冲砂泄洪闸、右岸非溢流坝段等。

2017年9月26日，旬阳水电站工程右导墙混凝土施工至220.0m高程时，因多方面原因，汉江水沿右导墙缺口灌入左岸一期厂房基坑而导致工程停工。2018年4月10日复工时已临近汛期，右导墙布设主次锚索预埋管、颈缩式空腔支铰锚块等，体型结构复杂，混凝土施工无法在本年度汛前达到防洪度汛高程239.0m，故而在右导墙220.0m高程以上设置混凝土临时挡水墙，长61m，墙高17m，挡墙底宽12.75m，顶宽3.0m，混凝土工程量7050m3，汛后枯水期混凝土临时挡水墙需快速拆除并在次年汛前混凝土施工至高程239.0m。

2 工程特点

2.1 临时挡水墙周围多边界条件影响，环境复杂

临时挡水墙位于右导墙混凝土220.0m高程上部，上游接右导墙上延段，下游接右导墙消力池段，挡水墙内部还包裹有通风及电缆井混凝土墙体，均为永久混凝土构筑物。左岸侧泄洪冲砂闸坝段正进行溢流堰及闸墩混凝土施工，混凝土挡水墙拆除爆破区中心与被保护对象的最小水平距离R=23m。右导墙临时挡水墙平面见图1。

图1 右导墙临时挡水墙平面

2.2 安全控制要求高

混凝土挡水墙拆除爆破区周边及下部均为永久构筑物，爆破安全控制要求高，必须严格控制爆破振动效应的影响，以确保周边及底部已施工完成的永久构筑物质量及安全。

2.3 拆除爆破规模大，工期紧，强度大

混凝土挡水墙拆除工程量达7050m3，炮孔数量多，装药量大。拆除工期影响到右导墙后续永久构筑物的施工，工期紧，强度大。

2.4 爆破块体及爆碴堆积方向控制要求高

结合现场吊装设备额定荷载情况，能吊运至工作面用于机械翻碴的设备要求其爆破块体应控制在0.8m以下。为避免碴料对正在施工的左岸侧溢流堰及闸墩混凝土产生干扰，爆碴应向右岸汉江河床侧抛掷。

3 挡墙拆除方案的确定

由于右导墙临时挡水墙布设位置的特殊性，设计要求混凝土拆除不能采用爆破方式且不能对永久建筑物的稳定及应力产生破坏性影响。前期采用静态破碎剂预裂，液压破碎锤拆除方案。2018年10月25日，右导墙临时挡水墙237.0m～232.0m层开始造孔，11月1日静态破碎剂预裂后采用2台液压破碎锤凿除，截至2018年11月20日共计20d仅完成第一层混凝土拆除，约940m3，仅占混凝土拆除总工程量的13.3%，拆除进展极为缓慢。按照此进度推测，采用原拆除方案不可能按期完成混凝土拆除任务，更会影响到次年汛前右导墙混凝土施工至239.0m高程以上的防洪度汛目标。鉴于施工现场实际进展情况，2018年11月20日，建设单位组织专家召开了右导墙临时挡水墙快速拆除方案咨询会，经分析论证最终确定采用控制性弱松动爆破、预留保护层机械凿除的拆除方案。通过对临时挡水墙上下游两端及电缆井周边采用预裂爆破、底部预留保护层和右导墙下部爆破拆除层孔底设置可压缩性介质砂垫层以及控制单段最大起爆药量等方法减小爆破振动效应。

4 控制爆破参数设计

4.1 挡墙拆除分层

右导墙临时挡水墙混凝土分四层拆除。237.0m～232.0m层为静态破碎剂预裂层；232.0m～227.0m和227.0m～221.0m层为爆破拆除层，每层分四区进行起爆；221.0m～220.0m层为预留保护层。挡墙拆除分层见图2。

图2 右导墙临时挡水墙拆除分层

4.2 布孔形式

临时挡水墙混凝土主要采用履带式潜孔钻为主，手风钻为辅，竖向造孔，孔深2.0m～6.5m，主爆孔间排距1.5m×1.5m，梅花形布置。上、下游两端预裂孔孔深11m，通风井和电缆井周边孔深3.0m～6.0m，间距0.8m，预留保护层厚度0.75m～1.0m。

4.3 炸药单耗

主爆孔炸药单耗为0.35kg/m3～0.42kg/m3，预裂孔线装药密度[1]Qx=0.36σ0.63a0.67=0.36×1700.63×1000.67=200g/m2。

4.4 装药结构

主爆孔采用不耦合装药结构，导爆索和药卷绑扎在竹片上间隔装药。爆破拆除两层孔底设置长度为0.5m可压缩介质砂垫层，孔口堵塞段长度0.4m～0.8m。

预裂孔采用导爆索和药卷绑扎竹片间隔装药送入孔内，孔口堵塞段长度0.5m。

4.5 炸药类型

采用2#岩石乳化炸药。主爆区潜孔钻孔装φ50mm药卷，手风钻孔装φ32mm药卷；预裂孔装φ32mm药卷。

4.6 保护层拆除

右导墙临时挡水墙与右导墙消力池段、上延段及右导墙220.0m永久混凝土面结合处均预留1.0m的保护层，临时挡水墙中部设计布置有一处电缆井和通风井(坝下0+021.75～坝下0+024.25，坝左0+000.20～坝右0+002.30)，该处也需要设置保护层防止爆破震动对下部结构造成破坏。上下游结合面及电缆井、通风井保护层在爆破后跟进进行破碎拆除，底部保护层最后采用静态破碎剂与DH300液压破碎锤配合进行拆除。

4.7 爆破网络设计

爆破拆除每层分四段进行，起爆网络自右岸向左岸的起爆顺序，孔内及孔间导爆索，非电导爆雷管接力式起爆网络。挡水墙爆破拆除232.0m～227.0m层单段最大药量控制孔数Q/4.5=12孔；227.0m～221.0m层单段最大药量控制孔数Q/5.5=9孔。

5 爆破安全防护和爆破拆除施工

5.1 爆破振动控制及校核

爆破振动是右导墙临时挡水墙爆破拆除的重难点，控制对象主要有临时挡水墙下部右导墙、右导墙上延段、下游消力池段、左岸侧冲砂泄洪闸坝段及挡墙内电缆井等永久混凝土构筑物。毗邻的右导墙上延段及消力池段通过预裂爆破成缝减小爆破振动，下部右导墙通过在爆破孔底设置可压缩介质砂垫层减小爆破振动。冲砂泄洪闸坝段按新浇混凝土7d龄期v=10cm/s控制，最大单响药量为Q=R3(V/K)3/α=54.07kg(根据爆破安全规程取值：K=150，α=1.5，R=23.0mm)[2]。

5.2 安全防护

(1)严格控制装药量、堵塞长度和质量，同时加强爆破体的覆盖。临时挡墙混凝土爆破孔口可采用沙袋覆盖防止飞石。邻近区域设备在爆破时按照爆破安全员要求撤离至安全部位，新浇筑混凝土龄期不少于7d并在混凝土外露面采用3cm木板或者泡沫板等覆盖保护。

(2)利用右导墙左侧外露钢筋及增加的钢板组合形成防护墙，尽可能地避免碴料进入左五孔冲砂泄洪闸坝段而影响其施工。

(3)安全警戒：距爆破位置半径300m为警戒范围[2]。警戒范围内严禁人员、车辆停留，各出入口安排专人值守。

5.3 爆破拆除施工

5.3.1 爆破试验

在爆破拆除1层上游选取一区进行爆破试验。根据爆后测振仪和声波测井仪采集数据判断爆破效果，及时调整爆破参数。

5.3.2 钻孔

采用上游布置的MQ600B/30型门机将履带式液压潜孔钻机吊运至工作面造孔，造孔孔径φ80，挡水墙斜坡个别部位采用手风钻造孔，孔径φ42。

5.3.3 装药及联网

将炮孔逐孔编号，将装药参数(包含孔号、孔深、装药结构、联网段位等)制作成表，装药前对作业人员详细交底，并核对孔深、炸药品种、数量、雷管段别。

5.4 混凝土碴料装运

右导墙临时挡水墙混凝土爆破后，采用MQ600B/30型门机吊液压式挖掘机R150LVS至工作面向右岸一期导流河床扒碴。混凝土弃碴采用反挖DH360二次挖装20t自卸汽车运输，经结合一期枯水期围堰填筑的出渣通道运至指定碴场。

5.5 爆破实施效果

表1 质点振速监测成果

表2 声波测井仪数据

以上两项监测数据表明，右导墙临时挡水墙爆破实测质点振速在拟定允许值范围内，混凝土声波衰减率<5%，均未对下部右导墙、右导墙上延段、下游消力池段以及左五孔冲砂泄洪闸坝段等永久构筑物造成爆破危害，质量可控[3]。

6 结语

多边界条件下大体积混凝土爆破拆除通过采用孔底设置可压缩性介质砂垫层、周边预裂缝、单响最大药量等多种减小爆破振动的控制手段，同时采用测振仪和声波测井仪双重监测爆破对永久周边构筑物的影响程度，施工快速、简便、安全，节省施工成本。