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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)

        2015-02-01 03:55:47
        四川水力發(fā)電 2015年6期
        關(guān)鍵詞:圍堰

        周 紅 祖

        (中國(guó)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(guó)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(jìn)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(duì)周邊建筑物的安全影響。以白鶴灘水電站導(dǎo)流洞進(jìn)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(jìn)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(yáng)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(jí),下鄰溪洛渡梯級(jí),距溪洛渡水電站195 km。

        左岸導(dǎo)流洞進(jìn)出口采用全年圍堰擋水,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水流量22 700 m3/s,相應(yīng)進(jìn)口設(shè)計(jì)水位高程624.3 m,出口設(shè)計(jì)水位高程為620.71 m。進(jìn)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(wàn)m3,其中進(jìn)口圍堰31.3萬(wàn)m3,出口圍堰23.3萬(wàn)m3。圍堰經(jīng)濟(jì)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(jì)斷面內(nèi)側(cè)3 m,外側(cè)7.5 m,最大爆破梯段高度達(dá)16 m。

        2導(dǎo)流洞圍堰拆除采用的施工方案簡(jiǎn)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(jìn)行拆除。圍堰二期拆除為水下圍堰拆除,首先進(jìn)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(tái)后進(jìn)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?jí)憾伍_挖完成后進(jìn)行,同時(shí)在條件允許的情況下進(jìn)行圍堰二期Ⅲ區(qū)的拆除施工;最后形成圍堰經(jīng)濟(jì)斷面,經(jīng)濟(jì)斷面的拆除以相應(yīng)導(dǎo)流洞進(jìn)出口為界各分三次

        進(jìn)行水下爆破。

        水下爆破的炸藥單耗按q=q1+q2+q3+q4計(jì)算。式中q1為基本炸藥單耗,一般為陸地臺(tái)階爆破的2倍,對(duì)于水下垂直鉆孔,再增加10%。根據(jù)導(dǎo)流洞出口邊坡實(shí)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(shí)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(wú)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(jì)算得出的出口圍堰拆除理論炸 藥 單 耗 為

        1.6kg/m3。

        左岸進(jìn)口圍堰與附近混凝土建筑物的最近直線距離不足10m,進(jìn)口圍堰及明渠預(yù)留巖埂距離進(jìn)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(jì)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(yàn),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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行的爆破試驗(yàn)——梯段爆破,爆破孔兩孔一響,5個(gè)測(cè)點(diǎn)單孔裝藥量分別為106kg、160kg、60kg、56kg和60kg。經(jīng)統(tǒng)計(jì)各爆破參數(shù)并進(jìn)行分析比較得知:最大單響裝藥量取128.8kg,經(jīng)過回歸計(jì)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(duì)進(jìn)出口圍堰附近大體積混凝土而言,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(zhǎng)度2m,單孔裝藥量約2×60kg<128.8kg,爆破設(shè)計(jì)考慮兩孔一響,滿足設(shè)計(jì)要求。

        (2)針對(duì)進(jìn)出口圍堰附近閘門而言,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jì)考慮兩孔一響,滿足設(shè)計(jì)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(jì),最大單響藥量為120 kg。

        3.3爆破安全分析

        3.3.1進(jìn)口圍堰爆破安全分析

        按堰內(nèi)充水考慮,重點(diǎn)對(duì)閘門和洞臉進(jìn)行安全分析。

        (1)閘門處的水擊波超壓。

        通過本工程實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算:

        根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa。而該處計(jì)算得到的水擊波壓力略大于標(biāo)準(zhǔn),理論上會(huì)對(duì)閘門產(chǎn)生破壞,因此,需要采取一定的防護(hù)措施。

        (2)洞臉處的水擊波超壓。

        同理,采用實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa,而該處計(jì)算得到的水擊波壓力大于該標(biāo)準(zhǔn),因此會(huì)對(duì)洞臉產(chǎn)生破壞,需要采取一定的防護(hù)措施。

        (3)圍堰爆破飛石計(jì)算。

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn),水深大于6 m時(shí),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(jìn)口圍堰出水后水深達(dá)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(jìn)口閘門起重設(shè)備,為了安全起見,需要采取切實(shí)可行的飛石防護(hù)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(diǎn)對(duì)閘門和洞臉進(jìn)行安全分析。

        (1)閘門處的水擊波超壓。

        通過實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算:

        根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa,而該處計(jì)算得到的水擊波壓力遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn),因此理論上不會(huì)對(duì)閘門產(chǎn)生破壞。

        (2)洞臉處的水擊波超壓。

        同理,采用實(shí)測(cè)回歸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)為0.4 MPa,而該處計(jì)算得到的水擊波壓力略大于該標(biāo)準(zhǔn),因此理論上會(huì)對(duì)洞臉產(chǎn)生破壞,需要采取一定的防護(hù)措施。

        (3)圍堰爆破飛石計(jì)算。

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn),水深大于6 m時(shí),可不考慮飛石;只有水深小于6 m的部分才會(huì)產(chǎn)生飛石。出口圍堰采用不充水爆破,需要采取切實(shí)可行的飛石防護(hù)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(hù)。

        對(duì)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(jìn)行滿鋪防護(hù)。砂袋用砂采用25 t自卸汽車運(yùn)至施工部位,人工裝袋,裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至部位,人工碼放整齊。

        (2)門葉、門槽的防護(hù)。

        水下防護(hù):往基坑內(nèi)充水,同時(shí)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(duì)門葉進(jìn)行防護(hù)。

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

        (3)啟閉機(jī)及電氣房的防護(hù)。

        啟閉機(jī)及電氣房主要采用架設(shè)棚架結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù),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(jìn)行防護(hù),封蓋由竹夾板、鋼管構(gòu)成。

        (4)飛石的防護(hù)。

        ①閘門槽的防護(hù)。

        采用輪胎防護(hù):將4~6個(gè)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(hù)。

        采用掛竹排法防護(hù)(圖1)。

        ③閘室頂部的防護(hù)。

        圍堰閘室頂部需要防護(hù)。在爆破之前,將啟閉機(jī)和電機(jī)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(hù)(圖2)。

        ④主動(dòng)防止飛石的方法。

        對(duì)爆區(qū)表面進(jìn)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(hù),首先掛一層草墊(柔性),草墊前面再加一層竹跳板。每個(gè)防護(hù)層都必須固定并緊貼在被保護(hù)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(duì)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(hù)法

        圖2 采用竹跳板防護(hù)混凝土頂表面

        圖3 爆堆表面的砂袋壓實(shí)

        空氣帷幕的設(shè)置方法:在進(jìn)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(zhǎng)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(dòng)水流,又增加帷幕厚度。所采用的風(fēng)壓為2 MPa、大于100 m3/min的空壓機(jī)供給壓縮空氣,經(jīng)試驗(yàn)可行后在爆前15 min啟動(dòng)。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(dòng),還需采取加重措施。

        5結(jié)語(yǔ)

        2014年5月7日,白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流洞最后一個(gè)圍堰成功爆破。通過爆破控制及安全防護(hù)措施,進(jìn)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(xiàn):

        [1]曾壘,徐元亭,李四金,劉美山.瑞麗江水電站導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰拆除爆破設(shè)計(jì)[J].云南水力發(fā)電,2007,23(4):65-68.

        [2]劉美山,李丹,彭翠玲,張松.大型水電站導(dǎo)流洞圍堰拆除爆破關(guān)鍵問題分析[J].爆破,2006,23(2):80-84.

        [3]李泉.幾種水下鉆孔爆破炸藥單耗計(jì)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(xué)士,從事水電工程施工技術(shù)及管理工作.

        (責(zé)任編輯:李燕輝)

        收稿日期:2015-10-23

        文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0061-04

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        中圖分類號(hào):TV7;TV52;TV551

        作者簡(jiǎn)介:

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