王 升，張漢才，易理輝 ，單志國，任才清

(1.湖南長工工程建設(shè)有限公司， 湖南 長沙 410003； 2.湖南金能爆破工程有限公司，湖南 長沙 410012； 3.國防科技大學(xué) 指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南 長沙 410003)

1 工程概況

湘祁水電站樞紐工程位于湘江干流,電站1#機(jī)組已投產(chǎn)發(fā)電,2#～4#機(jī)組正在安裝，二期弧門在運(yùn)行調(diào)試，其他配套建設(shè)進(jìn)入收尾階段,需拆除一二期縱向圍堰。設(shè)計單位要求縱向砼圍堰上游段拆除至68.00 m高程，縱向砼圍堰下游段拆除至63.50 m高程，總拆除方量約6000 m3。要求確保電站正常發(fā)電，確保大壩結(jié)構(gòu)安全，確保周圍建筑物安全及人員安全。爆破后爆渣粒徑滿足水下清碴要求，保證行洪及壩基安全。

1.1 工程結(jié)構(gòu)

縱向砼圍堰上游段為鋼筋混凝土圍堰，長111.25 m，呈南北走向,與東西向電站溢洪壩在8#閘墩處垂直相接，按施工分倉線共分為7段。圍堰堰頂高程77.00 m,目前水位74.50 m。施工時已考慮后期爆破拆除需要，上游縱向圍堰與永久建筑物相接處設(shè)兩層共4 cm厚中壓閉孔泡沫板將臨時圍堰與永久建筑物隔離。

縱向砼圍堰下游段為素混凝土結(jié)構(gòu)，長92.90 m，呈南北走向與東西向電站大壩在8#閘墩永久導(dǎo)墻處垂直相接，按施工分倉線共分為6段。堰頂高程76.25 ～72.00 m，目前水位為68.0 m。圍堰平面布置如圖1。

1.2 工程特點(diǎn)

爆破區(qū)域距離發(fā)電廠房115 m，廠房中控室、升壓站精密儀器開關(guān)對爆破振動要求高。上游縱向圍堰與8#閘墩緊密相接，縱向砼圍堰下游段與8#閘墩隔導(dǎo)墻距離13.53 m。圍堰結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不規(guī)則，圍堰大部份在水下，最小抵抗線難以確定，水下鉆孔施工困難，安全要求高，工期緊張。

圖1 縱向圍堰平面布置

2 爆破方案選擇

根據(jù)周圍環(huán)境，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程要求，采用中深孔水下減弱拋擲爆破方式分段進(jìn)行控制爆破拆除，水下清碴方式清理爆渣。上游圍堰與溢洪壩閘墩相接處,下游圍堰與保留導(dǎo)墻相接處鉆減震空孔。為降低爆破振動，確保廠房及大壩安全，采用孔內(nèi)分段裝藥結(jié)構(gòu)，逐孔孔內(nèi)多段延期微差起爆技術(shù)，有效控制單段起爆藥量。采取覆蓋、遮擋、開啟弧門等措施，防止爆破飛石，水擊波，涌浪對被保護(hù)目標(biāo)造成破壞。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.1 爆破參數(shù)

炮孔孔徑為110 mm，主要爆破技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 爆破技術(shù)參數(shù)

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

各孔采用分段不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。下游圍堰中間孔3段裝藥，邊孔2段裝藥；上游圍堰中間孔4段裝藥，邊孔3段裝藥，各段裝藥分別安裝起爆雷管。各段間用巖屑填塞。裝藥結(jié)構(gòu)見圖2～圖3所示。

4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

4.1 設(shè)計原則

起爆網(wǎng)路的單段藥量應(yīng)滿足爆破振動的安全要求；在單段藥量嚴(yán)格控制的情況下，同一排相鄰段、前后排的相鄰孔不能出現(xiàn)重段和串段現(xiàn)象；整個傳爆信號絕大部分進(jìn)孔以后第一段才能起爆。

圖2 下游縱向圍堰ⅢⅣⅤ段裝藥結(jié)構(gòu)

4.2 起爆方案

為減低爆破振動、改善爆破效果，采用逐孔、孔內(nèi)分段延期起爆的方式。起爆順序：上下游圍堰按施工分倉段爆破。單段圍堰按先外排孔后中間孔,孔內(nèi)從上至下順序起爆。

4.3 雷管的選擇

本工程選用普通毫秒段非電導(dǎo)爆管雷管。為達(dá)到排間不重段，同一排相鄰的孔間不重段的目的，根據(jù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)起爆雷管選用MS-9、10、11、12段，孔外傳爆接力雷管自東向西從第2孔選用MS-3、4、5段，依次向后連接各孔裝藥，形成起爆網(wǎng)路。

4.4 網(wǎng)路保護(hù)

為防止爆破飛石及雷管破片損傷起爆網(wǎng)路，孔外接力傳爆接雷管先用膠布包纏，用一定長度的廢舊膠管包裹保護(hù)，用廢舊紙箱板、草簾、竹架板覆蓋防護(hù)。

5 爆破安全設(shè)計

5.1 爆破飛石和水中沖擊波

(1) 一般水深大于6 m時，水下爆破飛石很難飛出水面，為保證爆破效果，炸藥單耗適當(dāng)取大些；對于水深小于6 m的部分，炸藥單耗可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)減小。上游圍堰水深6.5 m。下游圍堰水深5.50 m。采用逐孔逐排分段微差控制爆破，大大減小了一次起爆藥量，且圍堰位于湘江中間，水下爆破飛石可以忽略。

(2) 控制爆破飛石防護(hù)措施。加強(qiáng)孔口封堵，保證一定的孔口填塞長度，并嚴(yán)格控制填塞質(zhì)量。采用竹跳板、鋼絲網(wǎng)、安全網(wǎng)、彩條布等材料對出露水面的區(qū)域進(jìn)行覆蓋遮擋。對近岸建筑、暫時無法轉(zhuǎn)移的設(shè)備、設(shè)施等，可在迎飛石方向采用鋼板、竹跳板等作立體遮護(hù)。緊鄰爆區(qū)的閘墩采用柔性墊層(廢舊輪胎等)和剛性墊層組合防護(hù)。每個防護(hù)層固定并緊貼在保護(hù)體上面。

(3) 爆破水中沖擊波防護(hù)。目前國內(nèi)外進(jìn)行水下工程爆破時。對于沖擊波通常采用庫爾公式計算沖擊波壓力峰值，并以此來判斷船舶、建筑物和人員、魚類的受傷程度。但水下爆破無論采用哪種爆破方式，由于爆破方式和邊界條件的不同，庫爾公式的假設(shè)條件、能量平衡關(guān)系已不存在，而且沖擊波的形成，經(jīng)過多次折射和反射，具有極為復(fù)雜的關(guān)系，要從理論計算是很困難的。水下鉆孔爆破大多采用群藥包，其爆炸能量除用來破碎混凝土形成地震波和掀起很高的水花外，由于破碎巖石并不形成氣泡，沖擊波則是通過巖石和爆炸沖擊波沖出炮孔傳至水中，離爆源某點(diǎn)的沖擊波壓力是群藥包共同作用的結(jié)果。對于水中鉆孔爆破產(chǎn)生的沖擊波按爆破安全規(guī)程對人員船舶安全允許距離確定為500 m。根據(jù)縱向圍堰與大壩垂直相接的特點(diǎn)，爆破沖擊波的作用方向與大壩平行，爆破時經(jīng)業(yè)主同意大壩泄孔閘弧門可以臨時開啟，可有效減小水中沖擊波對弧門的破壞影響。

圖3 上游縱向圍堰裝藥結(jié)構(gòu)

5.2 爆破振動

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》中各類建筑物和構(gòu)筑物所允許的安全震動速度的規(guī)定，參照類似工程，本工程需保護(hù)建構(gòu)筑物的安全震動速度確定如下：溢流壩：5 cm/s；水電站升壓站:0.5 cm/s；中控室:0.5 cm/s；發(fā)電設(shè)備廠房:0.5 cm/s；船閘: 5 cm/s；上下游左右護(hù)岸:5 cm/s；圍堰壩端：12 cm/s；民房:2 cm/s。

爆破振動速度校核通常都采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式,對于建構(gòu)物拆除爆破,由于采用多個小藥量多藥包且采用微差起爆技術(shù),藥包又布置在不同部位及高度,根據(jù)大量的實(shí)踐研究,在拆除爆破振動安全校核時需在經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)能更準(zhǔn)確地反映爆破振動質(zhì)點(diǎn)速度。按最不利的廠房中控室校核爆破振動速度，廠房中控室距最近爆破點(diǎn)115 m,單段起爆藥量18 kg,k=150 ,k′=0.25?？梢詽M足爆破振動安全要求。

本工程嚴(yán)格控制爆破最大單段起爆藥量，采用逐孔孔內(nèi)分段起爆，最大單孔藥量18 kg。嚴(yán)格按設(shè)計的孔外接力傳爆雷管連接起爆破網(wǎng)絡(luò)使起爆網(wǎng)路處于可控狀態(tài)。上游下縱向圍堰與閘墩、導(dǎo)墻相接處，隔0.5 m設(shè)置110 mm減震空孔。

圖4 起爆網(wǎng)路

6 爆破效果分析

自2012年4月7日開始下游爆破,爆破后爆堆較高。未完全沉入水中,出現(xiàn)部分大塊。經(jīng)分析認(rèn)為一是由于下游水位較低,而爆破拆除高度較大,二是排距稍大造成影響。隨后及時調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)減小排距到1.0 m,爆渣粒徑明顯減少，爆堆高度降低。上游圍堰根據(jù)調(diào)整后的參數(shù)施工，爆破后爆堆全部沉入水中。經(jīng)最后水下清渣，清渣工程量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于應(yīng)有工程量，大部分爆渣已隨水流沖入下游河床，經(jīng)驗(yàn)收符合建設(shè)單位要求。

除上游斜坡段爆破時出現(xiàn)向上的部分飛石外，其他各段基本未看到爆破飛石，各處遮擋防護(hù)未受到破壞影響，爆破飛石在可控范圍之內(nèi)。在保證機(jī)組發(fā)電基本要求前提下，與建設(shè)單位協(xié)商在爆破時開啟閘墩弧門，按爆破規(guī)程及設(shè)計要求設(shè)置安全警戒范圍，爆破水中沖擊波未造成破壞。

施工前由業(yè)主安排第三方進(jìn)行爆破振動監(jiān)測。施工中進(jìn)行了多次監(jiān)測(見表2)，第三方監(jiān)測報告結(jié)論認(rèn)為：

(1) 湘祁水電站爆破振動速度監(jiān)測，每次監(jiān)測與每個測點(diǎn)的爆破震動速度都是符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的。

(2) 湘祁水電站混凝土圍堰爆破拆除，采取先水上后水下，由遠(yuǎn)至近(相對重要構(gòu)筑物)分區(qū)(以伸縮縫為界)施工，在爆破振動速度監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整爆破參數(shù)與裝藥結(jié)構(gòu)，優(yōu)化網(wǎng)路設(shè)計。既取得了好的爆破破碎效果，同時又控制了爆破震動符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)。

表2 爆破振動監(jiān)測結(jié)果

7 結(jié) 論

圍堰拆除爆破布孔時孔網(wǎng)參數(shù)不可過大，孔、排距控制在1.0～1.5 m為宜。在今后的爆破工程實(shí)踐中，在條件允許的情況下還是應(yīng)當(dāng)采用高精度數(shù)碼雷管，更加精確地控制微差時間，從而真正實(shí)現(xiàn)逐孔多段延期起爆，保證爆破振動安全。在保證爆破效果的前提下，采用不耦合裝藥，設(shè)置大孔徑減震空孔等多種綜合措施，可以較好地降低爆破振動危害。

參考文獻(xiàn)：

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