蔣文斌， 趙自奇， 劉士兵， 傅建莉， 鄭永澤

(1. 湖南南嶺民爆工程有限公司， 長(zhǎng)沙 410013； 2. 湖南水總水電建設(shè)集團(tuán)有限公司， 長(zhǎng)沙 410007)

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白云水電站大壩導(dǎo)流洞臨時(shí)堵塞爆破

蔣文斌1， 趙自奇2， 劉士兵1， 傅建莉1， 鄭永澤1

(1. 湖南南嶺民爆工程有限公司， 長(zhǎng)沙 410013； 2. 湖南水總水電建設(shè)集團(tuán)有限公司， 長(zhǎng)沙 410007)

摘要：針對(duì)臨時(shí)堵塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)不明的復(fù)雜情況，為確保在36m深水壓作用下的施工安全，采用了循環(huán)開(kāi)挖導(dǎo)坑、分部實(shí)施爆破的方法，應(yīng)用水平多級(jí)楔形與垂直楔形組合掏槽技術(shù)對(duì)臨時(shí)堵塞進(jìn)行了拆除，達(dá)到了預(yù)期的效果。導(dǎo)坑的開(kāi)挖為臨時(shí)堵塞的爆破增加了臨空自由面，并提供了足夠的補(bǔ)償空間，為堵塞一次爆通成型創(chuàng)造了良好條件。工程實(shí)踐證明，導(dǎo)坑開(kāi)挖與楔形組合掏槽設(shè)計(jì)可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：爆破； 楔形掏槽； 堵塞； 臨時(shí)堵塞； 導(dǎo)流洞； 大壩

1工程概況

白云水電站大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程550m，最大壩高120m，壩頂寬8m，大壩上游設(shè)6.2m 高的L形防浪墻，墻頂高程551.2m，大壩上、下游坡比均為1∶1.4。白云水電站大壩蓄水運(yùn)行后的前十年中滲漏觀測(cè)值尚在正常值范圍內(nèi)，2012年9月滲漏達(dá)到1.24m3/s，鑒于大壩滲漏量持續(xù)增大，已威脅到工程安全，為了徹底消除大壩的安全隱患，必須全面治理并徹底根治水庫(kù)滲漏。水庫(kù)水放空總體方案為：在永久堵塞下游和三岔管堵塞下游之間靠山側(cè)爆破開(kāi)挖一條長(zhǎng)150m、寬6m、高6.6m的旁通洞，繞過(guò)三岔管堵塞，然后依次爆破拆除永久堵塞與臨時(shí)堵塞，將水庫(kù)內(nèi)剩余的36m深存水放空，為后續(xù)大壩滲漏治理工作創(chuàng)造條件，見(jiàn)圖1。

圖1　大壩導(dǎo)流洞平面布置Fig.1　The plane layout of dam′s diversion tunnel

臨時(shí)堵頭距水庫(kù)閘門238m，其底平面標(biāo)高為443m，臨時(shí)堵塞閘門端水頭36m。導(dǎo)流洞臨時(shí)堵塞與水庫(kù)閘門之間布設(shè)了垂直向下的水位監(jiān)測(cè)孔，用于觀察水位,臨時(shí)堵塞爆破縱剖面如圖2所示。

圖2　臨時(shí)堵塞爆破縱剖面Fig.2　Longitudinal profile of plugging blasting

待爆破拆除的臨時(shí)堵塞斷面寬6m、高6.6m，為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。臨時(shí)堵塞四周布有直徑26mm、長(zhǎng)約0.5m、間距1m的螺紋鋼，堵塞軸向布有1m×1m方格網(wǎng)拉筋，拉筋直徑為14mm。臨時(shí)堵塞的迎水端面結(jié)構(gòu)與永久堵塞端面結(jié)構(gòu)相同，由一層厚5mm木模板、橫豎交錯(cuò)的木方、鋼管支架支撐組成，臨時(shí)堵塞爆破拆除總方量約224m3。

2爆破方案的選擇

2.1設(shè)計(jì)與施工難點(diǎn)

(1)臨時(shí)堵塞須一次爆破成功，否則無(wú)法再進(jìn)行水下補(bǔ)爆，其后遺癥難于處理。

(2)爆通后的過(guò)水?dāng)嗝嫘铦M足水庫(kù)放空速度要求，如斷面過(guò)小放水速度慢，將會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的施工工期。

(3)在深水壓力下進(jìn)行鉆爆施工，安全問(wèn)題十分突出，必須保證作業(yè)的絕對(duì)安全。

(4)臨時(shí)堵塞的施工與設(shè)計(jì)圖紙存在差異，臨時(shí)堵塞的精確長(zhǎng)度、內(nèi)部鋼筋與拉筋布置、迎水端面模板、混凝土施工質(zhì)量等情況不明，增加了爆破設(shè)計(jì)與施工的難度。

2.2方案比較

臨時(shí)堵塞爆破方案主要有3種(圖3)，其爆破順序與各自的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

圖3　爆破方案示意圖Fig.3　Schematic diagram of blasting scheme

通過(guò)分析比較，選擇先爆破掘進(jìn)導(dǎo)坑，然后再采用水平多級(jí)與垂直方向楔形組合掏槽整體一次爆破的方案(方案c)。

表1　爆破方案對(duì)比

3爆破設(shè)計(jì)

3.1鉆爆參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)鉆孔直徑

臨時(shí)堵塞采用手風(fēng)鉆鉆孔，炮孔直徑42mm。

(2)炮孔布置

臨時(shí)堵塞導(dǎo)坑寬3.5m、高2.5m，采用水平多級(jí)楔形掏槽爆破掘進(jìn)〔1-2〕，每次循環(huán)進(jìn)尺2.2m。導(dǎo)坑掘進(jìn)完成后，臨時(shí)堵塞共布置114個(gè)炮孔，其中：臨時(shí)堵塞四周共布置輔助孔與周邊孔46個(gè)，臨時(shí)堵塞導(dǎo)坑剩余部分共布置68個(gè)炮孔，由10個(gè)水平楔形掏槽孔、兩側(cè)28個(gè)輔助孔、底部20個(gè)下斜20°炮孔、10個(gè)下斜45°炮孔組成。

臨時(shí)堵塞導(dǎo)坑的楔形掏槽孔孔底距0.2m、孔口距1.3m，其余孔距0.3m；臨時(shí)堵塞四周輔助孔孔距0.5m～0.8m；周邊孔孔距0.5m，臨時(shí)堵塞炮孔布置如圖4所示。

(3)孔深

臨時(shí)堵塞迎水面端預(yù)留0.4m，導(dǎo)坑剩余部分水平楔形掏槽孔孔深1.3m、輔助孔孔深1.25m，下斜20°炮孔孔深1.4m、下斜45°炮孔孔深2.5m，其余輔助孔與周邊孔孔深5.6m。

(4)炸藥單耗

圖4　炮孔布置圖Fig.4　The layout of blasting holes

臨時(shí)堵塞混凝土強(qiáng)度和硬度相當(dāng)于中硬巖石，考慮長(zhǎng)度、水深、爆破后的塊度控制在20cm內(nèi)(能被水流沖走)等因素〔3〕，炸藥平均單耗取2.1kg/m3。

(5)裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)混凝土介質(zhì)、炮孔直徑大小等，并參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，采用不耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)〔4-5〕，臨時(shí)堵塞導(dǎo)坑及堵塞剩余1.65m爆破的炮孔線裝藥密度為1kg/m。臨時(shí)堵塞斷面輔助孔與周邊孔線裝藥密度分別為1.0kg/m、0.5kg/m。

3.2起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

采用雙復(fù)式非電導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)延時(shí)起爆網(wǎng)路，在每個(gè)炮孔孔深的1/3、2/3處各布置一發(fā)MS1～MS10毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，孔外導(dǎo)爆管簇聯(lián)，簇聯(lián)節(jié)點(diǎn)處采用兩發(fā)MS1段導(dǎo)爆管雷管傳爆，各分支再進(jìn)行簇聯(lián)，采用兩發(fā)MS1段導(dǎo)爆管雷管傳爆，組成復(fù)式回路后采用兩發(fā)串聯(lián)的瞬發(fā)電雷管激發(fā)傳爆的導(dǎo)爆管雷管，通過(guò)500m傳爆導(dǎo)線延伸至導(dǎo)流洞出口外的安全起爆點(diǎn)起爆。

3.3爆破安全設(shè)計(jì)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)〔6〕對(duì)各類建(構(gòu))筑物所允許的安全振動(dòng)速度的規(guī)定，參照類似工程，本工程需保護(hù)對(duì)象的安全振動(dòng)速度確定如下：導(dǎo)流洞15cm/s、泄洪隧洞與三岔管堵塞10cm/s、大壩混凝土面板5cm/s、開(kāi)關(guān)站2cm/s、大壩基礎(chǔ)帷幕與泄洪洞進(jìn)口堰頂基礎(chǔ)帷幕灌漿1.5cm/s、電站廠房0.9cm/s。

振動(dòng)速度校核采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式 ：

式中： k是與巖石、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)，k=50～250；Q是最大一次起爆藥量，kg； R是爆破點(diǎn)到測(cè)點(diǎn)的距離，m；α是與地質(zhì)條件相關(guān)的地震波衰減指數(shù)，一般α=1.0～3.0。

按保護(hù)要求最高的電站廠房校核爆破振動(dòng)速度，電站廠房距最近爆破點(diǎn)200m，最大一段起爆藥量Q=76.2kg，取K=200，α=1.6代入公式計(jì)算得v=0.38cm/s。爆破時(shí)的振動(dòng)速度小于電站廠房允許的最大安全振動(dòng)速度，可以滿足爆破振動(dòng)安全要求。

4爆破效果

起爆后，導(dǎo)流洞內(nèi)的臨時(shí)堵塞一次爆通，約5s后水庫(kù)內(nèi)的水順利流進(jìn)導(dǎo)流洞、經(jīng)導(dǎo)流洞出口的控泄口噴涌而出，過(guò)水?dāng)嗝鏉M足水庫(kù)放空速度要求，高壓水流挾裹碎渣沖出導(dǎo)流洞外，爆破取得圓滿成功。

本次爆破采用TC-4850高精度爆破測(cè)振儀，分別在電站廠房、大壩壩頂及壩底位置布設(shè)了振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示均符合國(guó)家的安全標(biāo)準(zhǔn)。其中電站廠房點(diǎn)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)值為0.29cm/s，遠(yuǎn)小于其允許的最大安全振動(dòng)速度0.9cm/s，爆破振動(dòng)未對(duì)電站周圍建(構(gòu))筑物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。

5結(jié) 論

(1)臨時(shí)堵塞開(kāi)挖導(dǎo)坑增加了臨空自由面的面積，提供了足夠的補(bǔ)償空間，楔形掏槽夾制力小，為爆破創(chuàng)造了良好的條件。

(2)合理設(shè)計(jì)臨時(shí)堵塞導(dǎo)坑開(kāi)挖的總進(jìn)尺、堵塞迎水端的預(yù)留厚度、炮孔孔深是確保堵塞不被水壓破壞、不產(chǎn)生滑移的關(guān)鍵，可為爆破安全作業(yè)提供可靠保障。

(3)采用水平多級(jí)楔形與垂直楔形組合掏槽技術(shù)，可沿堵塞軸線兩個(gè)相反的自由面方向相互作用，

垂直楔形掏槽沿炮孔軸線20°與45°方向產(chǎn)生楔入作用, 加劇了臨時(shí)堵塞迎水面支撐模板與鋼筋混凝土堵塞的破壞。

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GB 6722—2014 Safety regulations for blasting[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

Blasting of temporary plugging in Baiyun power station dam′s diversion tunnel

JIANG Wen-bin1， ZHAO Zi-qi2， LIU Shi-bing1， FU Jian-li1， ZHENG Yong-ze1

(1. Hunan Nanling Explosive Engineering Co.,Ltd., Changsha 410013， China；2. Hunan Water Conservancy and Hydropower Construction Group Co., Ltd., Changsha 410007， China)

ABSTRACT：For unknown complicated situation in temporary internal plugging structure, in order to ensure the construction safety under 36m deep water pressure, the method of cycle excavation blasting in pilot tunnel and division implementation blasting was applied.The level multistage wedge combined with vertical wedge cutting technique was used in temporary plugging removal and it achieved the desired effect. Pilot tunnel excavation blasting increased free surface for temporary plugging and provided enough space for favorable conditions of blasting once completely. Engineering practice proved that the pilot tunnel excavation combined with wedge cut design could provide a reference for similar engineering designs.

KEY WORDS:Blasting； Wedge slotting; Plugging; Temporary plugging; Diversion tunnel; Dam

中圖分類號(hào)：TD235； TV542+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.013

作者簡(jiǎn)介：蔣文斌(1983-)，男，碩士、工程師，主要從事礦山爆破一體化與工程爆破的設(shè)計(jì)與施工。 E-mail：524368583@qq.com

收稿日期：2015-05-20

文章編號(hào)：1006-7051(2016)01-0061-03