【摘要】正在運(yùn)行的電站中有很多建設(shè)較早，當(dāng)時的消力池設(shè)計很短，由于泄洪及廠房發(fā)電對下游消力池的混凝土和下游巖石破壞比較嚴(yán)重，有些甚至已經(jīng)影響到電站的安全，怎樣在不影響電站廠房正常發(fā)電的情況下對已經(jīng)損壞的消力池進(jìn)行爆破重建，就成為了關(guān)鍵問題，本文通過紅石大壩泄洪消能工改造工程對電站廠房正常發(fā)電的情況下消力池的爆破施工進(jìn)行簡述，為今后正在運(yùn)行的水電站消能工改造中，爆破施工提供一種思路。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠房運(yùn)行 消力池 石方爆破

1 工程概況

紅石水電站位于松花江上游的吉林省樺甸市，上游距白山水電站39km，下游距豐滿水電站210km。水電站溢流壩布置在右岸主河床部位，消能工采用消力戽消能形式，下游混凝土縱向圍堰將消力戽分為左右兩個消能區(qū)。左側(cè)寬44.00m，右側(cè)寬76.00m?，F(xiàn)混凝土縱向圍堰靠近消力戽部位25.13m段，基礎(chǔ)及基礎(chǔ)以上的混凝土已破損，右側(cè)在壩軸線下60.00m部位基礎(chǔ)已被淘空50%以上，左側(cè)在壩軸線下58.00m部位基礎(chǔ)已被淘空33%。

消力戽挑坎混凝土從混凝土縱向圍堰向左3.00m～35.00m，高程從260.20m至253.00m范圍內(nèi)被破壞，破壞深度1.40m～2.10m。消力戽挑坎混凝土破壞處理的措施是加長消力池長度，消能方式由戽流消能改為底流消能方式。

2 對爆破振動及飛石的要求

消力池在溢流壩的下游與大壩相連，大壩與廠房相連，消力池距離開關(guān)站僅為200m，在對消力池進(jìn)行石方爆破時發(fā)電廠房正常運(yùn)行，所以對消力池爆破振動和飛石的控制尤為重要，根據(jù)爆破實(shí)驗(yàn)過程中對振動的監(jiān)控，東北勘探設(shè)計院科研院下發(fā)的文件規(guī)定如下表：

爆破振動允許值表

部位 吊車梁垂直 #1機(jī)保護(hù)屏垂直 #1機(jī)保護(hù)屏水平 壩頂垂直 壩頂水平 中墩垂直 壩基垂直 壩基水平

允許振速 5.0cm/s 1.0cm/s 1.0cm/s 5.0cm/s 5.0cm/s 5.0cm/s 2.5cm/s 2.5 cm/s

飛石不能到達(dá)廠房和開關(guān)站，巖石爆破單耗為0.3kg/m3，混凝土爆破單耗為1.1kg/m3，。

3 爆破參數(shù)

3.1最大單響藥量

基巖開挖的最大單響藥量，主要受控于周圍各已有建筑物距離爆心的遠(yuǎn)近及其安全振速標(biāo)準(zhǔn)，同時也受爆區(qū)的振動特點(diǎn)控制。由于消力池緊鄰大壩和廠房，而其開挖范圍又相對較大，不同的開挖位置，其爆心距往往變化較大；還有，各已有建筑物的安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。因此初步按以下方式提供最大單響藥量標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)行藥量計算時，選擇經(jīng)驗(yàn)公式：

（1）

式中：V--最大允許振速（cm/s）；Q--最大單響藥量（kg）；R--爆心距（m）；K--振動系數(shù)。

對（1）式進(jìn)行整理，即可得到：

（2）

式中字母意義不變。

根據(jù)公式（2）及各保護(hù)對象振速控制標(biāo)準(zhǔn)，初步確定消力池右岸基巖部分地段的最大單響藥量見下表：

消力池基坑右岸部分地段爆破最大單響藥量

與大壩距離（m） 最大單響藥量（kg） 與大壩距離（m） 最大單響藥量（kg）

10～20 0.75 30～40 13

20～30 5.0 40以上 30

3.2 下游縱向圍堰爆破拆除參數(shù)

根據(jù)圍堰特點(diǎn)，在進(jìn)行圍堰拆除設(shè)計時，將縱向混凝土圍堰分段處理，按其不同地段與大壩、廠房及開關(guān)站等已有建筑物的空間位置關(guān)系，分別選擇切割爆破、松動爆破和加強(qiáng)松動爆破等3種施工方案，將該圍堰從近壩段到遠(yuǎn)壩段分為3段：即在距鼻坎5m內(nèi)采用切割爆破，5m～20m段采用松動爆破，20m～105m段則用加強(qiáng)松動爆破。

3.3 消力戽挑坎爆破拆除參數(shù)

由于消力戽緊鄰大壩，為保證大壩安全和過程進(jìn)度，采用手風(fēng)鉆鉆孔和微振動控制爆破技術(shù)，并在孔底采取相應(yīng)的緩沖措施的爆破設(shè)計方案；開挖前，沿設(shè)計邊界線采用人工持手風(fēng)鉆進(jìn)行鑿除混凝土保護(hù)層并割斷連接鋼筋，其孔網(wǎng)參數(shù)如下：

a）鉆孔間距0.5m，排間距0.4m，孔深為0.5m；

b）線裝藥密度為0.3kg/m（藥卷尺寸為200mm×32mm，150g/卷）；

c）裝藥前，鉆孔底部首先回填5cm～10cm的柔性材料。

4 施工方法

4.1 巖石開挖

消力池石方開挖大體分為三個階段，第一階段為巖石整體開挖，開挖厚度為3m～5m，下部留1.5m～2m的保護(hù)層。第二階段為保護(hù)層石方開挖，開挖厚度為1.2m～1.7m，下部預(yù)留0.3m的撬挖保護(hù)層。第三階段為0.3m厚撬挖保護(hù)層石方開挖。

首先將整個巖石開挖進(jìn)行分區(qū)，共分37個區(qū)域進(jìn)行爆破，第一階段爆破采用梯段爆破，鉆孔機(jī)械主要采用潛孔鉆及手風(fēng)鉆。手風(fēng)鉆鉆孔孔徑4cm，間距1.5m，排距1.0m，梅花行布置，部分爆破孔采用間隔裝藥，單耗為0.3 kg/ m3，聯(lián)線方式為簇聯(lián)；潛孔鉆鉆孔孔徑6～9cm，間距2.5m，排距2.0m，梅花形布置，爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥，單耗為0.3 kg/ m3，聯(lián)線方式為簇聯(lián)；

第二階段保護(hù)層開挖厚度為1.5～2m，使用手風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔孔徑4cm，間距1m，排距0.8m，梅花行布置，裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥，單耗為0.3 kg/ m3，聯(lián)線方式為簇聯(lián)。

第三階段撬挖保護(hù)層石方開挖厚度0.3m，人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，巖臺較厚處采用孤石爆破方法對巖臺進(jìn)行爆破。

由于爆破區(qū)域距離大壩和廠房較近，爆破區(qū)域內(nèi)距離大壩最遠(yuǎn)處的最大單響藥量為30kg，距離大壩最近處的最大單響藥量僅為0.75kg，所以控制爆破振動和控制爆破飛石成為了本工程爆破的重點(diǎn)。

4.1.1 振動的控制及測試結(jié)果

距離大壩較近處在控制振動方面采用少裝藥，減小爆破孔的間距和排距，減小鉆孔深度，裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔裝藥，使用多段位導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破。為了減小啞炮率，所有爆破孔的聯(lián)線方式均采用簇聯(lián)。

消力池現(xiàn)場爆破振動測試自2007年11月2日第一次爆破，一直持續(xù)到2008年4月5日結(jié)束。現(xiàn)選擇部分較典型日期的測試結(jié)果列于下表：

基坑巖石開挖爆破振動測試結(jié)果 單位：cm/s

表中，各測點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振速值均較小，遠(yuǎn)小于安全允許標(biāo)準(zhǔn)。其中，在11 月25日以前（以后則轉(zhuǎn)移至上游處，其平面位置與#1機(jī)保護(hù)屏處的兩個測點(diǎn)接近），吊車梁測點(diǎn)的傳感器安裝在下游，該點(diǎn)距離爆心最近，在加上其自身結(jié)構(gòu)的放大因素，其振速測值明顯高于其余幾個測點(diǎn)。在12月份的兩次測試中，受瞬時起爆藥量較小制約，各測點(diǎn)的振速值均很小，一般不超過0.30 cm/s；而距離爆心較遠(yuǎn)的中控室和開關(guān)站兩個垂直測點(diǎn)，其振速值甚至在環(huán)境噪聲范圍以內(nèi)。

從記錄到的波形圖上可以看到，爆破振動作用在建筑物的持續(xù)時間一般在 0.5s～0.8s之間，但不超過1.0s，總體上持續(xù)時間較短。下圖是2007年11月5日壩頂水平向傳感器測得的振動波形，振動持續(xù)時間大約為0.7s，但施工中實(shí)際采用雷管的分段間隔長達(dá)0.5s，爆后余震時間僅0.2s左右。

壩頂水平向測點(diǎn)振動波形圖

4.1.2 爆破飛石的控制

在控制爆破飛石方面采用炮被覆蓋的方法對爆破飛石進(jìn)行控制，炮被材料盡量用韌性好、重量大、強(qiáng)度高的材料。炮被共分三層，第一層為粘土袋，第二層為樹枝，第三層為廢舊輪胎。當(dāng)部分爆破孔裝藥結(jié)束并且連線完成時開始進(jìn)行第一層炮被覆蓋，粘土袋內(nèi)的粘土要裝滿袋子最小容積的80%，粘土袋內(nèi)杜絕有小塊石等堅硬物體，當(dāng)冬季施工時，粘土結(jié)塊后需要將凍實(shí)的粘土碾碎，或者采用沙袋來代替粘土袋；袋口必須封嚴(yán)，使用封口后的粘土袋將所有爆破孔堵住，手風(fēng)鉆孔使用一個粘土袋即可，潛孔鉆孔需使用兩個粘土袋對孔口進(jìn)行封堵，兩個粘土袋上下垂直擺放。第二層覆蓋，樹枝選用新鮮枝條，新鮮樹枝重量大，韌性好，覆蓋前先將樹枝綁扎成捆，每捆樹枝的直徑為30～40cm，這樣既能提高炮被的防飛石效果又能提高樹枝的反復(fù)使用率，如果沒有樹枝可選用草簾子代替（草簾子的防護(hù)效果較樹枝差）；樹枝覆蓋時要緊密相連，兩捆樹枝間不能留有空隙，枝條稀薄部位要進(jìn)行雙層覆蓋，當(dāng)爆破區(qū)域距離廠房和大壩較近時也要采用雙層樹枝作為炮被進(jìn)行覆蓋。第三層覆蓋，廢舊輪胎盡量選用完整，重量較大的輪胎，完整的輪胎容易捆綁，重量較大的輪胎對飛石的防護(hù)效果較好，廢舊輪胎的體積不能過大，輪胎體積過大輪胎中間的中空面積就過大，很容易有飛石從輪胎中空部位飛出；輪胎要緊密擺放，盡量減小輪胎之間的縫隙，廢舊輪胎擺放完成后要使用鐵絲將所有輪胎捆綁連接成一體，這樣既能提高炮被的防飛石效果又能減小廢舊輪胎的損失，當(dāng)所有廢舊輪胎連成一體后，采用粘土袋將輪胎之間空隙較大和輪胎中空部位較大的地方填實(shí)。

對爆破區(qū)進(jìn)行炮被覆蓋時，施工人員要注意腳下的爆破聯(lián)線網(wǎng)絡(luò)，禁止踩踏導(dǎo)爆管，當(dāng)導(dǎo)爆管的下部有巖石的棱角或巖石面較鋒利時，需在導(dǎo)爆管下部墊上松軟物質(zhì)，如紙殼、草簾子等。

4.1.2.1石方爆破炮被覆蓋工程圖片

石方爆破施工炮被覆蓋

石方爆破施工炮被覆蓋破后的效果

4.2 原消力池挑坎混凝土拆除

原消力戽挑坎混凝土爆破施工首先進(jìn)行挑坎下游側(cè)混凝土平臺及殘碎墻體爆破，然后從爆破后的豁口向兩側(cè)分別進(jìn)行爆破施工，最后進(jìn)行消力戽挑坎結(jié)構(gòu)混凝土的爆破施工。消力戽挑坎結(jié)構(gòu)混凝土拆除分段進(jìn)行，分段按照原混凝土結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行分段，每段分四個階段拆除；

第一階段在挑坎的開挖邊線人工采用風(fēng)鎬將挑坎根部的混凝土保護(hù)層鑿除，然后將挑坎與混凝土底板的連接鋼筋割斷，使挑坎與結(jié)構(gòu)建筑物斷開，減小爆破對整個壩體的振動也減小鋼筋對挑坎混凝土的束縛。

第二階段對挑坎頂部距離垂直面40cm處的混凝土保護(hù)層鑿除，然后將此處的鋼筋網(wǎng)割斷，使挑坎混凝土爆破時的束縛減小。

第三階段在挑坎頂部距離垂直面25cm處打一排孔，間距40cm，孔深3.6m，然后對此處進(jìn)行爆破，爆破單耗為1.1kg/m3，裝藥結(jié)構(gòu)為間隔裝藥，聯(lián)線方式為簇聯(lián)；爆破后將此處的鋼筋網(wǎng)全部割除，為消力戽挑坎爆破施工提供臨空面。

第四階段對挑坎上部高程為260.2m～258.2m的混凝土進(jìn)行爆破拆除，然后對高程為258.2m～256.6m的挑坎混凝土進(jìn)行爆破拆除，爆破單耗為1.1kg/m3，裝藥結(jié)構(gòu)為間隔裝藥，爆破孔間距0.5m，排距0.4m，聯(lián)線方式為簇聯(lián)，爆破后底部預(yù)留0.1m保護(hù)層，最后人工采用風(fēng)鎬將挑坎底部0.1m保護(hù)層鑿除。

消力戽挑坎爆破施工需要進(jìn)行炮被覆蓋，炮被覆蓋方法與消力池石方爆破的炮被覆蓋方法相同。

4.2.1消力池爆破振動測試結(jié)果

基于挑坎混凝土本身屬于大壩的一部分，為防止爆破對保留混凝土造成破壞，其拆除過程中在采取微振動技術(shù)外，還嚴(yán)格限制藥量（最大單響起爆藥量為0.9kg），因此挑坎混凝土拆除振動測試的施工藥量均為0.9kg。挑坎混凝土拆除振動測試的典型測值見下表：

消力戽挑坎混凝土拆除爆破振動測試結(jié)果 單位：cm/s

測試日期 12月5日 12月6日 12月9日 12月13日 12月27日 安全允許振速

瞬時起爆藥量（kg） 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

吊車梁垂直 0.39 0.20 0.06 0.10 0.14 5.0

#1機(jī)保護(hù)屏垂直 0.33 0.15 0.03 0.11 0.11 1.0

#1機(jī)保護(hù)屏水平 0.21 0.13 0.03 0.05 0.07 1.0

壩頂垂直 0.19 0.20 0.45 0.16 0.98 5.0

壩頂水平 0.28 0.19 0.22 0.15 0.49 5.0

中墩垂直 0.14 0.16 0.33 0.17 0.62 5.0

壩基垂直 0.09 0.10 0.53 0.09 0.56 2.5

壩基水平 0.08 0.12 0.85 0.11 0.77 2.5

挑坎混凝土拆除爆破所測得的各質(zhì)點(diǎn)振速都比較小，吊車梁和#1機(jī)保護(hù)屏前的3個測點(diǎn)的振速值都不超過0.5cm/s，而距離爆心較遠(yuǎn)的中控室和開關(guān)站2個測點(diǎn)則未見到爆破振動波形，始終處于環(huán)境噪聲范圍以內(nèi)，因此表中沒有列出這兩個點(diǎn)的數(shù)據(jù)。安裝在#15～#16壩段的5個測點(diǎn)，其大多數(shù)情況亦不超過0.5cm/s；僅當(dāng)爆心處在測點(diǎn)附近壩段時，其振速值可大于0.5cm/s，但仍不超過1.0cm/s。這說明消力戽挑坎拆除爆破對大壩、廠房等已有建筑物是安全的，其振速測值較小與施工藥量較小相一致。

類似地觀察振動波形，儀器記錄完整，各段位起爆的振動波形清晰完整，基本未見疊加現(xiàn)象，如圖所示的壩基垂向測點(diǎn)在12月27日波形圖。爆破振動持續(xù)時間與雷管段位間隔一致，一般在1.0s以內(nèi)；爆后余振則較短，一般在0.1s～0.2s之間。

壩基垂直向測點(diǎn)振動波形圖

4.3 縱向混凝土圍堰拆除

縱向混凝土圍堰爆破拆除工作主要采用爆破技術(shù)兩側(cè)鉆孔爆破使其偏心失穩(wěn)將其分段，分段按照混凝土原結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行，然后對孤體進(jìn)行二次爆破；每段混凝土分四個階段。

第一階段在縱向混凝土圍堰兩側(cè)1.2m平臺上分別打兩排孔，第一排孔距離縱向混凝土圍堰平臺垂直面1.2m，即平臺與縱向混凝土圍堰的交界處，第一排孔分兩序孔，一序孔間距0.6m，鉆孔角度為84度，孔深3.9m，二序孔布置在兩個相鄰的一序孔中間，間距0.6m，鉆孔角度為73度，孔深4.1m，縱向圍堰廠房側(cè)只有一序孔，背向廠房側(cè)有二序孔；第二排孔距離縱向混凝土圍堰平臺垂直面0.6m，間距0.6m，鉆孔角度為87度，孔深3.9m，與一序孔成梅花形布置，鉆孔完成后對背向廠房側(cè)的兩排爆破孔進(jìn)行裝藥、聯(lián)線爆破。本次爆破是對縱向混凝土圍堰進(jìn)行瘦身，為第三階段的鉆孔工作提供工作面。

第二階段對第一階段爆破后剩余的根部混凝土和下部巖石進(jìn)行爆破，為第三階段的鉆孔提供工作面。

第三階段如附圖第三步所示進(jìn)行鉆孔，詳見附圖。

鉆孔完成后對所有剩余爆破孔進(jìn)行裝藥爆破，爆破時中間兩個孔內(nèi)的導(dǎo)爆管雷管選用延遲較小的導(dǎo)爆管雷管先進(jìn)行掏槽，然后使本段縱向混凝土圍堰偏心失穩(wěn)倒地。

第四階段對倒地后的縱向混凝土圍堰進(jìn)行爆破解體。整個爆破階段的單耗均為1.1kg/m3。

由于縱向圍堰距離廠房和開關(guān)站較近，所以縱向圍堰的爆破必須進(jìn)行炮被覆蓋，平臺上的爆破孔采用三層覆蓋，第一層為粘土袋，第二層為樹枝，第三層為廢舊輪胎，形式與石方爆破炮被覆蓋相同；縱向圍堰的立面炮被覆蓋采用樹枝進(jìn)行覆蓋，先將綁扎成捆的樹枝采用鐵絲連接起來，連接長度略長于混凝土縱向圍堰的高度，然后將上部固定在平臺上，下部自然垂下，沒有樹枝也可用草簾子代替。詳見工程圖片。

縱向混凝土圍堰的拆除

混凝土縱向圍堰爆破施工炮被覆蓋

4.3.1 縱向混凝土圍堰爆破振動測試結(jié)果

縱向圍堰拆除振動測試的典型測值見下表：

縱向混凝土圍堰拆除爆破振動測試結(jié)果 單位：cm/s

測試日期 12月8日 12月19日 12月26日 12月29日 12月31日 安全允許振速

瞬時起爆藥量（kg） 40 22 25 17 14

吊車梁垂直 0.10 0.16 0.33 0.14 0.30 5.0

#1機(jī)保護(hù)屏垂直 0.09 0.14 0.20 0.13 0.19 1.0

#1機(jī)保護(hù)屏水平 0.13 0.22 0.32 0.11 0.19 1.0

中控室垂直 0.08 — — — — 1.0

開關(guān)站垂直 0.08 0.12 0.09 0.06 0.07 2.0

壩頂垂直 0.57 0.74 1.04 0.58 1.66 5.0

壩頂水平 0.24 0.35 0.81 0.36 0.99 5.0

中墩垂直 0.45 0.62 0.66 0.36 1.00 5.0

壩基垂直 0.09 0.24 0.36 0.18 0.50 2.5

壩基水平 0.13 0.24 0.53 0.25 0.41 2.5

圍堰拆除爆破對大壩、廠房等周圍已有建筑物的振動影響較小，其中廠房和開關(guān)站內(nèi)的5個測點(diǎn)的振速值均在0.5cm/s以內(nèi)，大壩5個測點(diǎn)的測值亦不超過2.0cm/s，都在各自的安全允許標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

在爆破振動持續(xù)時間方面，波形顯示值為0.3s～0.5s，總體上持續(xù)時間更短。這主要是因?yàn)閲卟鸪┕ぶ欣坠芊侄伍g隔較短，如圖所示的2007年12月 19日壩頂垂直向傳感器的記錄波形，振動持續(xù)時間僅0.3s，而施工中采用的雷管間隔只有0.1s。

壩頂垂直向測點(diǎn)振動波形圖

5 總結(jié)

本工程自爆破開始至結(jié)束共進(jìn)行496炮爆破施工，采用多段位，少藥量，減小孔深，減小間距排距爆破和采用粘土袋、樹枝、廢舊輪胎進(jìn)行炮被覆蓋未發(fā)生一次振動超標(biāo)和飛石事件。

作者簡介：姜勇（1971- ）男，遼寧丹東人 中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司 工程師