浅谈纵向混凝土围堰松动爆破拆除技术

刘彦庆，陈 聪

(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

南欧江四级水电站位于老挝人民民主共和国丰沙里省境内，上、下游纵向围堰是用于导流的临时水工建筑物。上游纵向围堰堰顶高程380.5m，下游纵向围堰堰顶高程372.0m，堰顶均设有C15防浪墙，防浪墙宽0.8m，高1.2m。上游纵向围堰与7#坝段闸墩相连，下游纵向围堰与7#坝段中隔墙相连，接头处均采用沥青木板填缝，连接段为15m宽C15常态混凝土。纵向围堰除连接段为C15常态混凝土外，其余部分堰体两侧1m范围为C9010胶凝砂砾石变态混凝土，堰体内部为C907.5胶凝砂砾石混凝土。

按照设计要求，上游纵向围堰拆除至370.2m高程，包括两个台阶，台阶高度分别为6.4m、3.6m，拆除高度10.3m；下游纵向围堰拆除至356.0m高程，包括4个台阶，台阶高度分别为4.6m、3.6m、3.6m、3.6m，拆除高度16m。

上游纵向围堰典型断面 下游纵向围堰典型断面

2 围堰拆除总体方案

围堰拆除采用松动爆破。由于需要拆除的纵向围堰与永久建筑物闸墩、闸门及其附属设施、闸门槽、坝顶门机的距离很近，所以必须采取措施减少爆破震动、飞石对永久建筑物的影响。

在上、下游纵向围堰与闸墩和中隔墙相连的2m范围使用破碎锤预先破除(见图2)，降低爆破拆除对永久建筑物的震动影响[1]。

图2 拆除分区示意(标注单位：mm)

上游纵向围堰分两层钻爆，采取从上游往下游的方向推进；下游纵向围堰分四层钻爆，采取从下游往上游的方向推进。这样能有效控制爆破飞石方向，同时能在过程中验证爆破参数和爆破震动影响。爆破梯段为纵向围堰每层分层高度，采用履带式潜孔钻钻孔。由于连接段混凝土强度较高，故在连接段拆除时，将爆破梯段调整为3m。

3 松动爆破计算

本工程使用松动爆破，爆破作用指数n<0.75[2]，即爆破使混凝土破碎、松动，但不会被抛出。爆破使用乳化炸药，起爆网络使用毫秒延期非电雷管连接，使用电雷管引爆。本次爆破拆除拟使用台阶法钻爆，使用履带式潜孔钻垂直钻孔，孔径为76mm。各部位爆破参数设计如下。

3.1 上游纵向围堰爆破拆除参数

(1)上纵0+15.00～0+82.00，380.5m～374.1m层

该段爆破拆除参数如下：钻孔直径76mm，钻孔深度H=7m(含超深)，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗线w=1.5m，单耗q=0.3kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×2×1.5×7=6.3kg

装药长度：h=Q/(ρV)=6300÷(3.14×2.5×2.5×1.05)=306cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层1.5m，连续装药3.0m，堵塞2m。

(2)上纵0+015.00～0+095.00，374.1m～370.2m层

该段爆破拆除参数如下：钻孔直径76mm，钻孔深度H=3.8m，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.3kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×2×2×3.8=4.56kg

装药长度：h=Q/(ρV)=4560÷20.61=220cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.6m，连续装药2.2m，堵塞1m。

(3)上纵0+000.00～0+015.00，380.5m～374.1m连接段

该段距离永久建筑物7#坝段及闸门较近，考虑在上纵0+0.00～0+2.00处使用破碎锤破除一个爆破台阶高度，降低爆破应力波对7#坝段的损伤。

爆破参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=7m，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗线w=1.5m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×2×1.5×7=7.35kg

装药长度：h=Q/(ρV)=7350÷20.61=360cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层1.4m，连续装药3.6m，堵塞2m。

(4)上纵0+000.00～0+015.00，374.1m～370.2m连接段

爆破方法同上层，具体参数如下：钻孔直径76mm，钻孔深度H=3.8m，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×2×2×3.8=5.32kg

装药长度：h=Q/(ρV)=5320÷20.61=260cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.2m，连续装药2.6m，堵塞1m。

3.2 下游纵向围堰爆破拆除参数

(1)下纵0+015.00～0+065.00，372.0m～367.4m层

该段爆破拆除参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=5m(含超深)，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗线w=1.5m，单耗q=0.3kg/m3，装药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×2×1.5×5=4.5kg

装药长度：h=Q/(ρV)=4500÷20.61=220cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层1.2m，连续装药2.2m，堵塞1.6m。

(2)下纵0+015.00～0+074.00，367.4m～363.8m层

该段爆破拆除参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4m(含超深)，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.3kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×2×2×4=4.8kg

装药长度：h=Q/(ρV)=4800÷20.61=230cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层1.1m，连续装药2.3m，堵塞1.6m。

(3)下纵0+015.00～0+081.00，363.8m～360.2m层

该段爆破拆除参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4m(含超深)，炮孔间距a=2.5m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.3kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×2.5×2×4=6kg

装药长度：h=Q/(ρV)=6000÷20.61=2.9cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.5m，连续装药2.9m，堵塞1.6m。

(4)下纵0+015.00～0+086.00，360.2m～356.0m层

该段爆破拆除参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4.5m(含超深)，炮孔间距a=3m，炮孔排距b=2.5m，最小抵抗线w=2.5m，单耗q=0.3kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.3×3×2.5×4.5=10.1kg

装药长度：h=Q/(ρV)=10100÷20.61=3.8cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.2m，连续装药3.8m，堵塞0.5m。

(5)下纵0+0.00～0+15.00，375.0m～367.4m连接段

爆破方法同上游连接段，具体参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=6.5m，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=1.5m，最小抵抗线w=1.5m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×2×1.5×6.5=6.8kg

装药长度：h=Q/(ρV)=6800÷20.61=330cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层1.2m，连续装药330m，堵塞2m。

(6)下纵0+000.00～0+015.00，367.4m～363.8m连接段

爆破方法同上层连接段，具体参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4m，炮孔间距a=2m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×2×2×4=5.6kg

装药长度：h=Q/(ρV)=5600÷20.61=2.7cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.3m，连续装药2.7m，堵塞1m。

(7)下纵0+0.00～0+15.00，363.8～360.2连接段

爆破方法同上层连接段，具体参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4m，炮孔间距a=2.5m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×2.5×2×4=7kg

装药长度：h=Q/(ρV)=7000÷20.61=340cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.2m，连续装药3.4m，堵塞0.4m。

(8)下纵0+000.00～0+015.00，360.2m～356.0m连接段

爆破方法同上层连接段，具体参数为：钻孔直径76mm，钻孔深度H=4.5m，炮孔间距a=3m，炮孔排距b=2m，最小抵抗线w=2m，单耗q=0.35kg/m3，炸药密度ρ=1.05g/cm3，药卷直径50mm。

单孔药量：Q=qawH=0.35×3×2×4.5=8.1kg

装药长度：h=Q/(ρV)=8100÷20.61=3.9cm

装药采用不耦合连续装药，即孔底砂垫层0.2m，连续装药3.9m，堵塞0.4m。

4 爆破震动验算

纵向围堰爆破拆除震动影响的主要对象为7#坝段闸墩、中隔墙等混凝土，以及坝顶门机、闸门和拦污栅等。按照工程实践经验，爆破震动控制标准可考虑采用：混凝土龄期3d以内2cm/s，龄期3d～7d、5cm/s，龄期7d～28d、8cm/s，最大不允许超过10cm/s[3]，机电设备运行时0.5cm/s～0.9cm/s，机电设备未运行时2cm/s～3cm/s，门槽及拦污栅架5cm/s。由于纵向围堰拆除爆破中心离闸门及拦污栅较远，经过计算，仅考虑对7#坝段闸墩及中隔墙混凝土的爆破震动影响即可。

爆破振动速度按下式计算[4]：

V=K(Q1/3/R)a

式中：V——质点振动速度，cm/s；

R——爆源中心至建筑物的距离，m；

K、a——场地系数，取值可查表得。

则最大单响药量(Q)按下式计算：

Q=R3(V/K)3/a

本工程场地系数取值为：K=100，a=1.5，质点振动速度按10cm/s计算。

4.1 连接段上允许的最大单响

(1)上下游连接段靠近结构物的第一排炮孔最大单响计算：

R=3.5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可计算出：Q1=429g。

破碎锤切槽后预计减震95%，可得最大单响药量：Q2=Q1/(1-95%)=8.58kg，即靠结构物的第一排炮孔采用单孔单段爆破，使用毫秒延时雷管可达到单响要求。

(2)靠近结构物的第二排炮孔最大单响计算：

R=5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可计算出：Q1=1250g。

破碎锤切槽后预计减震95%，可得最大单响药量：Q2=Q1/(1-95%)=25kg，即靠近结构物的第二排炮孔可同排同段起爆(下游360.2m～356.0m，靠近结构物的第二排孔可两孔同段延时起爆)，连接段上其他的炮孔均可同排同段，相邻排延时起爆。

4.2 其他部位允许的最大单响

(1)上纵0+015.00往上游第一排孔最大单响计算：

R=16.5m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可计算出：Q=44.9kg，根据单孔药量可得，可6孔一段毫秒延迟雷管连接网络，电雷管起爆。

(2)上纵0+015.00往上游第四排孔最大单响计算：

R=21m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可计算出：Q=92kg，根据单孔药量可得，可10孔～14孔一段毫秒延迟雷管连接网络，电雷管起爆。再往上游的爆破震动影响就越来越小，同段延时连接孔数可依次增加。

(3)下纵0+015.00往下游第一排孔最大单响计算：

R=17m，V=10cm/s，K=100，a=1.5，可计算出：Q=49.13kg，根据单孔药量可得，可10孔一段毫秒延迟雷管连接网络；363.8m～360.2m阶段可8孔一段毫秒延迟雷管连接网络；360.2m～356.0m段可4孔一段毫秒延迟雷管连接网络。再往下游可8孔～14孔一段毫秒延迟雷管连接网络，依次往下游可适当增加。

5 效果评价

南欧江四级水电站纵向混凝土围堰采用松动爆破拆除有效地降低了爆破震动对永久建筑物的影响，拆除速度快，效果非常好，可为同类施工提供借鉴。