周 紅 祖

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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淺析白鶴灘水電站導(dǎo)流洞水下圍堰爆破拆除安全控制技術(shù)

周 紅 祖

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：白鶴灘水電站導(dǎo)流洞進出口圍堰距離周邊建筑物近，圍堰爆破拆除不僅要考慮爆破效果，還要考慮爆破對周邊建筑物的安全影響。以白鶴灘水電站導(dǎo)流洞進出口水下圍堰爆破拆除為例，總結(jié)并分析了白鶴灘水電站進出口大型圍堰水下拆除爆破采取的安全控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：白鶴灘水電站；圍堰；爆破拆除；安全控制技術(shù)

1工程概述

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，距巧家縣城45 km，距昆明約260 km，至重慶、成都、貴陽均在400 km左右，至華東地區(qū)上海的直線距離為1 850 km。電站上接烏東德梯級，下鄰溪洛渡梯級，距溪洛渡水電站195 km。

左岸導(dǎo)流洞進出口采用全年圍堰擋水，設(shè)計標準為10 a一遇洪水流量22 700 m3/s，相應(yīng)進口設(shè)計水位高程624.3 m，出口設(shè)計水位高程為620.71 m。進出口圍堰采用預(yù)留巖埂頂部加混凝土圍堰和預(yù)留巖埂擋水結(jié)構(gòu)形式，拆除總工程量為54.6萬m3，其中進口圍堰31.3萬m3，出口圍堰23.3萬m3。圍堰經(jīng)濟斷面頂寬10.5 m，迎水面坡比為1∶0.1，背水面坡比為1∶0.2，防滲帷幕距經(jīng)濟斷面內(nèi)側(cè)3 m，外側(cè)7.5 m，最大爆破梯段高度達16 m。

2導(dǎo)流洞圍堰拆除采用的施工方案簡述

左岸導(dǎo)流洞圍堰一期拆除為水上部分拆除，采用一般明挖施工工藝進行拆除。圍堰二期拆除為水下圍堰拆除，首先進行圍堰二期Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)拆除，該部分為圍堰靠江側(cè)減薄開挖，采用墊渣的方式形成作業(yè)平臺后進行爆破作業(yè)；圍堰二期Ⅱ區(qū)拆除在相應(yīng)段預(yù)留子堰(二期Ⅲ區(qū))占壓段開挖完成后進行，同時在條件允許的情況下進行圍堰二期Ⅲ區(qū)的拆除施工；最后形成圍堰經(jīng)濟斷面，經(jīng)濟斷面的拆除以相應(yīng)導(dǎo)流洞進出口為界各分三次

進行水下爆破。

水下爆破的炸藥單耗按q=q1+q2+q3+q4計算。式中q1為基本炸藥單耗，一般為陸地臺階爆破的2倍，對于水下垂直鉆孔，再增加10%。根據(jù)導(dǎo)流洞出口邊坡實際開挖情況，q1=1 kg/m3；q2為爆區(qū)上方水壓增量單耗，q2=0.01h2。h2為水深，出口圍堰爆破時水位高程約為592 m，q2=0.12kg/m3；q3為覆蓋層增量單耗，爆區(qū)上方無覆蓋層q3=0.01h3，h3為覆蓋層厚度；q3=0 kg/m3；q4為巖石膨脹增量單耗，q4=0.03h4；h4為梯段高度，出口圍堰拆除高度為16 m；q4=0.48kg/m3,計算得出的出口圍堰拆除理論炸 藥 單 耗 為

1.6kg/m3。

左岸進口圍堰與附近混凝土建筑物的最近直線距離不足10m，進口圍堰及明渠預(yù)留巖埂距離進口閘門較近，最近距離不足30m；左岸出口圍堰與附近混凝土建筑物的最近直線距離不足10m，出口經(jīng)濟圍堰距離尾水閘門距離不足300m。結(jié)合前期與其他類似工程經(jīng)驗，確定距離閘門井45m范圍內(nèi)最大單段藥量不大于80kg，45m范圍外最大單段藥量不大于150kg。

3爆破安全論證與爆破安全控制

3.1爆破安全控制標準和傳播規(guī)律

3.2水下圍堰控制爆破單響藥量的確定

根據(jù)我方在圍巖附近邊坡進行的爆破試驗——梯段爆破，爆破孔兩孔一響，5個測點單孔裝藥量分別為106kg、160kg、60kg、56kg和60kg。經(jīng)統(tǒng)計各爆破參數(shù)并進行分析比較得知：最大單響裝藥量取128.8kg，經(jīng)過回歸計算得到：α=1.92;K=80.97。

根據(jù)公式Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3，可推導(dǎo)最大允許單響藥量。

(1)針對進出口圍堰附近大體積混凝土而言，根據(jù)現(xiàn)場實際情況取Rmin=15 m，v允=10 cm/s，則最大允許單響裝藥量為：

Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3=128.8(kg)

根據(jù)炮孔深度為17.5m，采用A70硬殼炸藥爆破，考慮堵塞長度2m，單孔裝藥量約2×60kg<128.8kg，爆破設(shè)計考慮兩孔一響，滿足設(shè)計要求。

(2)針對進出口圍堰附近閘門而言，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，取Rmin=30m，v允=5cm/s，則最大允許單響裝藥量為：

Qmax=[Rmin×(v允/K)1/α]3=143.7 kg>128.8 kg

爆破設(shè)計考慮兩孔一響，滿足設(shè)計要求。

因此，左岸圍堰爆破的最大單段藥量均按兩孔一響設(shè)計，最大單響藥量為120 kg。

3.3爆破安全分析

3.3.1進口圍堰爆破安全分析

按堰內(nèi)充水考慮，重點對閘門和洞臉進行安全分析。

(1)閘門處的水擊波超壓。

通過本工程實測回歸經(jīng)驗公式進行估算：

根據(jù)類似工程經(jīng)驗及現(xiàn)場試驗測試，K=3；α=0.95；

ΔPm1=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(60^(1/3)/30)^0.95=0.43(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：閘門允許水擊波壓力標準為0.4 MPa。而該處計算得到的水擊波壓力略大于標準，理論上會對閘門產(chǎn)生破壞，因此，需要采取一定的防護措施。

(2)洞臉處的水擊波超壓。

同理，采用實測回歸經(jīng)驗公式進行估算：

ΔPm2=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/15)^0.95=0.84(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：混凝土迎水面允許水擊波壓力標準為0.4 MPa，而該處計算得到的水擊波壓力大于該標準，因此會對洞臉產(chǎn)生破壞，需要采取一定的防護措施。

(3)圍堰爆破飛石計算。

根據(jù)經(jīng)驗，水深大于6 m時，可不考慮飛石；水深小于6 m的部分才可能產(chǎn)生的飛石。進口圍堰出水后水深達15 m，但是，考慮到水面上仍有5 m的爆破高度，且炮區(qū)臨近進口閘門起重設(shè)備，為了安全起見，需要采取切實可行的飛石防護措施，并安全地確定爆破警戒距離及范圍。

3.3.2出口圍堰爆破安全分析

按堰內(nèi)不充水考慮，重點對閘門和洞臉進行安全分析。

(1)閘門處的水擊波超壓。

通過實測回歸經(jīng)驗公式進行估算：

根據(jù)類似工程經(jīng)驗及現(xiàn)場試驗測試，K=3；α=0.95；

ΔPm1=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/298)^0.95=0.049(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：閘門允許水擊波壓力標準為0.4 MPa，而該處計算得到的水擊波壓力遠小于標準，因此理論上不會對閘門產(chǎn)生破壞。

(2)洞臉處的水擊波超壓。

同理，采用實測回歸經(jīng)驗公式進行估算：

ΔPm2=3×(Q^(1/3)/R)^0.95

=3×(120^(1/3)/32)^0.95

=0.41(MPa)

經(jīng)查詢有關(guān)資料得知：混凝土迎水面允許水擊波壓力標準為0.4 MPa，而該處計算得到的水擊波壓力略大于該標準，因此理論上會對洞臉產(chǎn)生破壞，需要采取一定的防護措施。

(3)圍堰爆破飛石計算。

根據(jù)經(jīng)驗，水深大于6 m時，可不考慮飛石；只有水深小于6 m的部分才會產(chǎn)生飛石。出口圍堰采用不充水爆破，需要采取切實可行的飛石防護措施，并安全地確定爆破警戒距離及范圍。

4爆破拆除采用的安全控制措施

(1)明渠底板的防護。

對明渠及導(dǎo)流洞出口段50 m范圍的底板混凝土采用保溫被+30 cm厚砂袋進行滿鋪防護。砂袋用砂采用25 t自卸汽車運至施工部位，人工裝袋，裝載機轉(zhuǎn)運至部位，人工碼放整齊。

(2)門葉、門槽的防護。

水下防護：往基坑內(nèi)充水，同時在明渠底板齒槽位置布置兩道間距3 m的氣泡帷幕，并在下閘后、充水前于門葉前堆放砂堆對門葉進行防護。

水上防護：在混凝土表面布設(shè)兩道主動防護網(wǎng)，并在下閘后的門葉表面滿掛廢棄輪胎聯(lián)合防護。

(3)啟閉機及電氣房的防護。

啟閉機及電氣房主要采用架設(shè)棚架結(jié)構(gòu)進行防護，棚架采用6 mm厚鋼板覆蓋及彩鋼瓦覆蓋；高程651 m處的孔口采用封蓋進行防護，封蓋由竹夾板、鋼管構(gòu)成。

(4)飛石的防護。

①閘門槽的防護。

采用輪胎防護：將4～6個輪胎捆成一組，從下到上掛在閘門槽上。

②洞門及其兩側(cè)邊墻混凝土的防護。

采用掛竹排法防護(圖1)。

③閘室頂部的防護。

圍堰閘室頂部需要防護。在爆破之前，將啟閉機和電機控制柜移走，閘門提起，隱入閘室，頂部混凝土表面采用竹跳板覆蓋防護(圖2)。

④主動防止飛石的方法。

對爆區(qū)表面進行覆蓋。在爆區(qū)表面，采用一層柔性墊層和剛性墊層組合防護，首先掛一層草墊(柔性)，草墊前面再加一層竹跳板。每個防護層都必須固定并緊貼在被保護體的上面(圖3)。

⑤水擊波的控制

采用下閘關(guān)門爆破，基坑內(nèi)部充水。為了防止爆炸水擊波對閘門造成危害，在閘門前設(shè)置了兩道氣泡帷幕。

圖1　竹排防護法

圖2　采用竹跳板防護混凝土頂表面

圖3　爆堆表面的砂袋壓實

空氣帷幕的設(shè)置方法：在進水口基坑設(shè)置兩道氣泡帷幕,兩道氣泡帷幕發(fā)射管的間距為1 m。在圍堰與爆區(qū)之間的水底下敷設(shè)橫過建筑物長度、直徑50 mm的鋼管作為噴氣管，在管上鉆兩排直徑為1.5～2 mm、間距25～50 mm的噴氣孔。兩排噴氣孔間的夾角為90°，使各排噴氣孔噴出的氣泡碰撞，既攪動水流，又增加帷幕厚度。所采用的風壓為2 MPa、大于100 m3/min的空壓機供給壓縮空氣，經(jīng)試驗可行后在爆前15 min啟動。噴氣管應(yīng)敷設(shè)在底板混凝土上，為防止充氣后噴氣管受到浮力而上浮、擺動，還需采取加重措施。

5結(jié)語

2014年5月7日，白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流洞最后一個圍堰成功爆破。通過爆破控制及安全防護措施，進出口圍堰不僅爆破效果好，而且周邊建筑物未受到絲毫破壞影響。

參考文獻:

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[3]李泉.幾種水下鉆孔爆破炸藥單耗計算公式的分析與比較[J].爆破，2012,29(1):94-97.

周紅祖(1983-)，男，湖北隨州人，白鶴灘施工局技術(shù)部主任，工程師，學士，從事水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-23

文章編號:1001-2184(2015)06-0061-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV52;TV551

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