蔣清球，劉佳良

(中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410014)

柘溪水電站壩址位于湖南省安化縣城上游12 km處，距益陽(yáng)市147 km，工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益的水電站。

柘溪水電站擴(kuò)機(jī)工程裝機(jī)容量2×250 MW，工程主要建筑物由進(jìn)水口、閘門室、引水隧洞、地面廠房、主變場(chǎng)、尾水建筑物、GIS開(kāi)關(guān)站、出線平臺(tái)和副廠房等組成，進(jìn)水口施工采用預(yù)留巖坎加時(shí)段圍堰的擋水方式。

1 破設(shè)計(jì)條件和特點(diǎn)

擴(kuò)機(jī)工程進(jìn)水口巖坎圍堰位于右壩頭上游60～120 m處，原電站攔污柵內(nèi)。巖坎外側(cè)邊坡走向近南北，地形坡度30°～45°。出露地層為Ptbn2w2-18～Ptbn2w2-25-1，主要巖性：帶狀砂質(zhì)板巖、細(xì)砂巖與長(zhǎng)石石英砂巖，堅(jiān)硬致密。巖層產(chǎn)狀：70°～80°/NW∠50°～60°。

進(jìn)水口圍堰距離大壩55 m，距離大壩灌漿帷幕50 m，距離進(jìn)水口框架結(jié)構(gòu)25 m，距離進(jìn)水口閘門90 m，距離導(dǎo)流洞堵頭36 m。 圍堰爆破開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)(沖擊)、飛石將對(duì)基巖、建筑物及設(shè)備等造成不同程度的影響和危害，因此進(jìn)水口巖坎圍堰的爆破拆除必須進(jìn)行爆破震動(dòng)和飛石控制，進(jìn)行合理可行符合本工程實(shí)際情況的爆破設(shè)計(jì)。

進(jìn)水口圍堰自開(kāi)工以來(lái)，通過(guò)方案的不斷調(diào)整，最后一炮預(yù)留巖坎形成中部狹窄，兩邊寬的復(fù)雜不規(guī)則體型。該巖坎堰頂上游最寬處44.7 m，下游最寬處17.28 m，中部(2#沖溝處)最窄部位2.57 m，一次爆破總方量約2萬(wàn) m3。

最后預(yù)留巖坎爆破為A級(jí)爆破，采取一次性水下爆破拆除的方案，爆破總裝藥量16.0 t。

本次爆破主要特點(diǎn)及難點(diǎn)是：

(1) 周圍環(huán)境復(fù)雜，距離最近的進(jìn)水口框架結(jié)構(gòu)僅25 m，爆破安全要求高。

(2) 巖坎圍堰體型變化大，不規(guī)則，施工爆破精度難控制。

(3) 次爆破方量達(dá)2萬(wàn)m3，規(guī)模大，要求在汛期來(lái)臨前完成爆破與出渣，工期緊。

(4) 本次爆破起爆網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，大部分在水下爆破，器材抗水性能要求高。

2 圍堰爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 爆破參數(shù)

2.1.1 鉆孔直徑

采用液壓鉆鉆孔(潛孔鉆輔助鉆孔)，鉆孔孔徑為Φ91 mm，藥卷直徑為Φ70 mm，不偶合系數(shù)0.8。

2.1.2 鉆孔布置形式

為了保證更好的爆破效果，爆破孔呈梅花形布置。巖坎迎水面與背水面第一排均為坡度1∶0.1～0.5的斜孔，其它孔為垂直孔，靠近設(shè)計(jì)周邊光爆孔坡度1∶0.2(0.4)，爆破孔孔深11.2～12.4 m(設(shè)計(jì)底板坡度為1∶10，鉆孔時(shí)進(jìn)行精確定位并確定高程和角度，每孔超深1.5 m。

2.1.3 炸藥單耗

根據(jù)計(jì)算，爆破孔底部2/3范圍內(nèi)單耗取值1.5 kg/m3，上部1/3范圍內(nèi)單耗取值1.0 kg/ m3，靠攔污柵側(cè)的最后一排梯段孔，采用弱松動(dòng)爆破，單耗取值為0.8 kg/m3。

2.1.4 孔網(wǎng)參數(shù)

孔內(nèi)使用Φ70 mm的乳化炸藥(單條重量2.0 kg)。迎水面第一排孔抵抗線W為1.5 m，孔間距1.5 m；中部炮孔孔間排距a=b=2.0 m；靠攔污柵的最后一排梯段孔孔間距1.5 m，排距1.2 m；光爆孔間距0.9 m。

2.1.5 裝藥結(jié)構(gòu)

(1) 主爆孔。爆孔均使用Φ70 mm藥卷連續(xù)裝藥，但靠攔污柵的最后一排靠近底部3 m范圍用Φ70 mm藥卷連續(xù)裝藥，其余采用Φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥，堵塞長(zhǎng)度2.5 m，堵塞段設(shè)置1 kg(1/2Φ70)解小藥包。

主爆孔孔內(nèi)由兩股導(dǎo)爆索與兩發(fā)高段位(MS15)雷管起爆，孔外四發(fā)低段位雷管(MS3)延期，單孔單響，最大單孔藥量40 kg。

(2) 光爆孔。全孔使用Φ32 mm炸藥(單條0.2 kg)間隔裝藥(間隔5 cm)，孔底2 kg底藥，線裝藥密度0.8 kg/m。

光爆孔孔內(nèi)兩股導(dǎo)爆索+2發(fā)高段位(MS15)雷管起爆，孔外每三孔一響，4發(fā)低段位雷管(MS2)延期。

2.2 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為保證爆破網(wǎng)絡(luò)可靠性，本區(qū)爆破采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，擬從圍堰沖溝最外側(cè)一排孔開(kāi)始，逐漸向上、下游和攔污柵方向順序、毫秒微差起爆，每排孔孔外四發(fā)低段位延期雷管(MS3)串聯(lián)，并隔5孔設(shè)置2發(fā)搭接雷管(MS5)，排與排之間利用4發(fā)MS5段進(jìn)行延期，上游與下游的孔整體利用四發(fā)MS2段與MS3段延期(最后兩排利用MS4段進(jìn)行延期)，上游與下游的光爆孔整體利用4發(fā)MS3段延期。爆破網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。

圖1 爆破網(wǎng)絡(luò)

3 爆破安全措施

3.1 爆破振動(dòng)控制

根據(jù)GB6722-2003《爆破安全規(guī)程》和DL/T5135-2001《水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，擬定柘溪擴(kuò)機(jī)工程主要建筑物和設(shè)備爆破振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)的允許最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.5～10 cm/s。

主體工程開(kāi)挖過(guò)程中，在進(jìn)水口、大壩、導(dǎo)流洞、老廠房、原開(kāi)關(guān)站、尾水出口共布置了10個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)爆破施工進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，確保電站建筑物的安全。

3.2 圍堰爆破安全距離

爆破飛石距離按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：

Rf=20n2WKf

式中：Rf—飛石對(duì)人的安全距離，m；

n—爆破作用系數(shù)，取1.25；

Kf—安全系數(shù)，取1.5；

W—最大藥包的最小抵抗線，取2 m；

計(jì)算結(jié)果：Rf=93 m，取300 m。

根據(jù)圍堰爆破飛石安全距離不小于300 m 的要求，把300 m定為設(shè)備危險(xiǎn)區(qū)，500 m定為人員安全區(qū)。高程方向?yàn)檠唔斏戏?0 m。爆破時(shí)，將人員和可移動(dòng)的設(shè)備撤至警戒區(qū)以外，危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)不能移動(dòng)的設(shè)備則采取必要的保護(hù)措施。

庫(kù)區(qū)的防護(hù)，安全距離為1 km，所有在水中作業(yè)的船只和人員均撤離到1 km以外的區(qū)域。

3.3 水擊波防護(hù)

由于最后一炮爆破前，事故閘門已經(jīng)下閘，同時(shí)基坑內(nèi)至閘門段已經(jīng)充水，為減少巖坎最后一次爆破水擊波對(duì)進(jìn)水口閘門產(chǎn)生破壞，一方面通過(guò)控制藥量來(lái)減少水擊波產(chǎn)生的破壞力；另一方面，采用氣泡帷幕的方式，在攔污柵后縱向敷設(shè)兩根直徑48 mm的鋼管作為噴氣管，在管上鉆兩排直徑2.0 mm、間距為25 mm的噴氣孔，兩排噴氣孔間夾角為90°，使各排噴氣孔噴出的氣泡碰撞，即攪動(dòng)水流，又增加帷幕厚度。為盡量提高單位時(shí)間內(nèi)氣泡在水中的密度，采用的壓縮氣體壓力必須大于該處的水壓力，為滿足以上要求，采用大容量的空壓機(jī)(80 m3)，以加大供氣量和供氣壓力，延長(zhǎng)氣泡在水中的停留時(shí)間。

3.4 二次剛性防護(hù)設(shè)計(jì)與安裝

由于剛性防護(hù)在第二區(qū)爆破前已經(jīng)拆除，而考慮到該次爆破規(guī)模較大，靠攔污柵一側(cè)爆破時(shí)爆碴有可能隨水流進(jìn)入到攔污柵內(nèi)，在攔污柵外側(cè)再設(shè)計(jì)安裝一套剛性防護(hù)屏(防護(hù)網(wǎng)片外敷設(shè)安全網(wǎng))，防護(hù)至高程144.00 m，待圍堰充水完成后，用小船進(jìn)行雙層彩條布防護(hù)至高程153.00 m，防護(hù)屏采用Φ48 mm架管，網(wǎng)片采用φ6.5 mm圓鋼，吊鉤采用Φ28 mm螺紋鋼，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，爆破后利用纜機(jī)或反鏟勾出。

4 爆破實(shí)施

進(jìn)水口預(yù)留巖坎爆破效果見(jiàn)圖2，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度分別為大壩2.18 cm/s，灌漿帷幕1.49 cm/s，電站中心控制室0.09 cm/s，最大為4.62 cm/s(鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu))，根據(jù)各防護(hù)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)顯示，施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均未超過(guò)各防護(hù)點(diǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，施工爆破震動(dòng)和飛石得到了有效的控制，進(jìn)水口閘門等建筑物均完好無(wú)損，實(shí)現(xiàn)了安全爆破。

圖2 進(jìn)水口預(yù)留巖坎爆破效果

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