陳 昊，翟耀武，林曉強

(1.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，610072； 2.中國人民武裝警察部隊水電三總隊九支隊，成都，610036； 3.中國水電建設(shè)集團如東新能源公司，江蘇 南通，226400)

設(shè)計與施工

唐家山堰塞湖泄洪洞進水口巖埂拆除工程控制爆破方案淺析

陳 昊1，翟耀武2，林曉強3

(1.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，610072； 2.中國人民武裝警察部隊水電三總隊九支隊，成都，610036； 3.中國水電建設(shè)集團如東新能源公司，江蘇 南通，226400)

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進步，人類處置自然災(zāi)害的方法也日漸增多。唐家山堰塞湖是世人關(guān)注的重大災(zāi)后治理項目，是人類利用科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)勝自然災(zāi)害的成功典范。本文淺述了唐家山堰塞湖左岸泄洪洞圍堰爆破拆除工程的技術(shù)方案，對水下爆破進行了一定的分析研究，其研究成果對后期處置類似工程問題具有一定的借鑒意義。

唐家山堰塞湖 水下爆破 圍堰爆破拆除 裝藥量

1 工程概況

唐家山堰塞湖是汶川大地震113座堰塞湖中唯一一座極高危級的堰塞湖，位于北川縣城曲山鎮(zhèn)，涪江支流通口河上游湔江河河段上。

為確保堰塞湖上下游沿岸人民群眾的生命財產(chǎn)安全，在左岸布置可宣泄汛期平均流量(138m3/s)的泄洪洞。泄洪洞工程布置左岸山體內(nèi)，全長489.397m，進口底板高程為703.0m；進口后布置豎井，內(nèi)設(shè)檢修閘門及工作閘門各一道，閘門尺寸均3.5m×4.0m(寬×高)。洞身段城門洞型，斷面尺寸3.50m×4.00m(寬×高)，底坡比降i=0.018，全斷面鋼筋混凝土襯砌。出口底板高程為695.0m。

泄洪隧洞穿越地層為河段內(nèi)出露寒武系下統(tǒng)清平組上部(∈1c)灰黑色薄～中厚層狀長石云母粉砂巖、硅質(zhì)板巖為主，夾薄～極薄層泥灰?guī)r、泥巖，巖塊強度總體以堅硬為主，巖層總體產(chǎn)狀N60°～80°E/NW∠35°～45°。隧洞段位于青林口倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜的核部及附近，褶皺斷裂較多，地層比較零亂，上覆山體最大厚度205m。隧洞進口邊坡基巖多裸露，多弱風(fēng)化，地形坡度40°～55°，巖層傾向坡外，為順向坡，對洞臉邊坡穩(wěn)定不利，節(jié)理裂隙發(fā)育，易相互切割產(chǎn)生不穩(wěn)定塊體，圍巖類別為Ⅴ類。

由于當(dāng)時堰塞湖水位基本維持在712.30m左右，泄洪洞設(shè)計的進水口底板高程為703m，整個隧洞的施工高程均在712.30m以下。進口處采用半明半暗式閘室開挖，并利用部分原狀山體(巖體)經(jīng)帷幕灌漿后作為臨時圍堰擋水，隧洞完工后需要對圍堰爆破拆除。

2 圍堰(巖埂)爆破拆除難點

按照泄洪洞進口設(shè)計文件，唐家山堰塞湖泄洪洞土建工程完成后，需要對進水口的巖埂工程進行圍堰爆破拆除。即在完成泄洪洞工程的施工導(dǎo)流任務(wù)后，圍堰如果對永久性建筑物的運行有妨礙還需拆除。由土或石料填筑的圍堰，一般采用機械設(shè)備或人工挖掘或扒缺口沖渣拆除；而對于混凝土、巖石等有一定強度的圍堰，目前大多采用爆破法拆除〔1〕。但圍堰水下爆破難度較大，原因在于：

2.1 水下鉆爆，成孔困難

因巖埂頂面高程717.0m，湖水面高程712.0m以下巖埂位于唐家山堰塞湖水下，水下爆破深度達12m～15m，而巖埂巖性為灰黑色—中厚狀長石云母粉砂巖、硅質(zhì)板巖為主，加薄—極層泥灰?guī)r、泥巖巖塊強度總體以堅硬為主，鉆孔過程滲水嚴(yán)重，有的甚至產(chǎn)生塌孔等。爆破工作要在水位較低時段擇機施工。

2.2 水下爆破，塊度控制困難

施工前未對水下地形情況進行勘察，從施工現(xiàn)場揭示地質(zhì)表明，進水口地質(zhì)主要為V類巖體，邊坡巖體為強風(fēng)化、強卸荷巖層，閘室后坡有部分巖體為崩坡堆積體，施工過程中又在此大量棄渣，爆破塊度和爆堆形狀控制要求高，水下出渣難度大，裝藥量不好控制。

2.3 周邊環(huán)境復(fù)雜，安全性要求高

巖埂距閘墩最近水平直線距離不到12m，距閘墩最近，爆破時沖擊波對閘室混凝土主體結(jié)構(gòu)、金屬閘門結(jié)構(gòu)、電機設(shè)備勢必會造成不同程度的損傷，需要對閘墩及閘門進行防護。附近還有災(zāi)后恢復(fù)重建的居民房屋，爆破時對其也會造成一定影響。

2.4 爆破控制的項目較多，風(fēng)險控制難度加大

控制的項目有爆破振動、水擊波及動水壓力、涌浪、飛石、噪聲等，特別是飛石和涌浪，在警戒范圍確定不合理時，可能對人員產(chǎn)生危害〔2〕。

3 爆破參數(shù)的確定

裝藥量一般由炸藥單耗確定，單耗取決于爆破后爆渣塊度、堆積方式、拋擲效果等要求而確定。本項目參考烏江構(gòu)皮灘水電站、金沙江溪洛渡水電站、雅礱江錦屏二級水電站等工程的導(dǎo)流洞圍堰爆破拆除的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合本工程地質(zhì)特性和地形條件，經(jīng)過綜合計算分析確定，平均炸藥單耗按1.5kg/m3的高單耗設(shè)計。

3.1 炸藥單耗

對于迎水面巖埂(圍堰)水下爆破單耗，一般為常規(guī)爆破的2.33～4.08倍，即使無水條件下單耗也較常規(guī)爆破增加50%～100%。一般20m水深部位采用常規(guī)乳化炸藥，單耗應(yīng)達2.0kg/m3～2.5kg/m3。單耗取值較高的原因，是保證在1孔未正常起爆的條件下,其它周邊孔爆破可將該孔應(yīng)爆破的巖體破碎。

3.2 孔間排距

預(yù)留巖埂采取鉆爆法拆除，鉆孔梅花形布置，炮孔孔徑90mm。由于巖埂不規(guī)則，堰頂共鉆設(shè)6排主爆孔，布孔時炮孔頂部排拒0.7m～0.8m，底部排拒為1.30m～1.70m，斷面上呈扇形分部。

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

盡量采用連續(xù)裝藥，一般在孔口段可適當(dāng)采用小藥卷，控制飛石。一般水深超6m時，飛石難以逸出水面，因此在水深小于6m范圍裝小藥卷。

3.4 預(yù)裂爆破

預(yù)裂與光面爆破參數(shù)與陸地爆破基本相同，僅線裝藥密度適當(dāng)增加20%～50%。在巖埂兩端以1∶0.5的坡比分別布置1排預(yù)裂孔，各9孔，孔距為650mm。

4 爆破拆除方案設(shè)計

4.1 巖埂基本幾何參數(shù)

巖埂的汛期頂高程717m，枯期頂高程713m，基槽底高程702m。明渠段開挖后，巖埂頂部寬度約3m～5m，底部寬度約15m(枯期1∶1坡比估算)，巖埂長度約18m。汛期水位高程714.5m，枯期水位高程712.5m。

4.2 設(shè)計思路

實施爆破作業(yè)前，需先進行物探、超聲波及其他各種有效手段，查清水下地形地貌，土石分界線等基本情況。通過現(xiàn)場爆破試驗獲取相關(guān)爆破參數(shù)，對邊坡進行錨桿錨索及灌漿加固處理?；坶_挖邊界采用預(yù)裂爆破技術(shù)，阻斷拆除爆破震動對保留巖體的破壞，盡量減小對后期邊坡的危害。

原則上采用松動與弱松動爆破及水壓爆破相結(jié)合的方式，加大鉆孔密度，力求藥量均勻分布，以避免出現(xiàn)巖渣大塊率。加大前后區(qū)塊起爆段差，以使巖渣盡量多進入堰塞湖內(nèi)。由于巖埂離閘室距離太近，除嚴(yán)格控制好藥量外，防護是爆破非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，使用適宜材料防護，避免爆破飛石對閘室的直接破壞。

4.3 設(shè)計方案

鑒于工程的特殊性，宜在枯期實施爆破拆除作業(yè)。由于堰塞湖庫容較大，原則上采用一次性爆破拆除。在一次性爆破前，利用小藥量爆破，將巖埂頂高程降至水面高程以上0.5m，同時盡可能削減巖埂厚度。依據(jù)邊坡地形作放射狀鉆孔，將設(shè)計開口線向上游偏移拆除，靠近閘室部分適度加大布孔密度，適度減小單位耗藥量。采用較大不耦合裝藥，利用水壓進行爆破，既能減少飛石危害，又能獲得滿意的破碎效果。

4.4 鉆孔機械選擇

潛孔鉆孔徑80mm～100mm；孔深12m～16m；孔距50cm～80cm；排距40cm～60cm。最后確定選用YQ-100B型鉆機。

泄洪洞進口平面見圖1所示。

圖1 泄洪洞進口平面示意

4.5 安全藥量計算

最大安全藥量按下式計算

Q=R3﹙V/K﹚3/a

式中：Q—最大單段起爆藥量(kg)；R—爆破震動安全距離(m)；V—建筑物允許的振動速度(cm/s)；K、a—爆破點至被保護對象間地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，a=1.5～1.8，K=50～350。

具體K、a值需在實施爆破作業(yè)前，通過現(xiàn)場實地爆破實驗進行測試。

表1 巖石乳化炸藥性能

表2 確定石方明挖鉆爆參數(shù)表

經(jīng)設(shè)計計算，爆破方量約950m3，預(yù)計耗用炸藥1.5t。

5 爆破中安全防護措施

圍堰拆除爆破爆區(qū)周圍有大量需保護物，應(yīng)合理確定各類需保護的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)過嚴(yán)，將影響爆破方案實施；爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)過松，將不能保證爆破安全。一般《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)中有規(guī)定的按規(guī)范執(zhí)行，此外還可針對工程特點及類似工程經(jīng)驗分析比較確定。本工程采取的防護措施如下：

5.1 預(yù)裂減震縫

預(yù)裂減震縫布置在巖埂底部及左右兩側(cè)端頭。預(yù)裂孔深18m，孔距0.5m，孔徑90mm，藥卷直徑32mm，按照線裝藥量180g/m～250g/m，采用不耦合間隔裝藥單孔起爆。巖埂拆除施工首先施工預(yù)裂孔，預(yù)裂減震效應(yīng)按照40%～60%估算。

5.2 氣泡帷幕

為了防止爆破產(chǎn)生的水中沖擊波對附近設(shè)施造成危害，并可在一定程度上改善爆破效果，采用高密度氣泡帷幕進行防護。本工程擬布置4、5組密集氣泡帷幕，布置爆破點和重要設(shè)施之間的位置，氣泡帷幕長度50m，每組帷幕由100～120根氣泡帷幕發(fā)射管組成，間隔40cm布置。氣泡帷幕濾波系數(shù)按照40%～60%計算。

5.3 其他防護

爆破飛石是控制爆破工作的主要有害效應(yīng)之一。為防止爆破飛石對建筑設(shè)施的直接破壞，分別對巖埂、閘門、閘墩及附近相關(guān)設(shè)施采用堆放沙袋、懸掛竹跳板等防護措施，沙袋厚度不得小于30cm。

5.4 合理孔網(wǎng)參數(shù)及最大藥量控制

綜合考慮閘門、閘墩等因素，安全允許振速取值為5cm/s，按此標(biāo)準(zhǔn)計算出各層爆破最大允許起爆藥量后，通過科學(xué)合理的搭配雷管段數(shù)，調(diào)整鉆爆網(wǎng)絡(luò)，孔內(nèi)微差與孔外延相結(jié)合等方式，嚴(yán)格有效控制最大藥量，確保建筑物的安全。所有傳爆節(jié)點，均要求保持50cm的安全距離，檢查完爆破網(wǎng)絡(luò)后，在孔外所有傳爆節(jié)點上壓沙袋防護。

5.5 爆破安全監(jiān)測

爆破時，實施爆破震動檢測、閘門變形監(jiān)測采用電子應(yīng)變片對爆破振動監(jiān)測和水中沖擊波壓力峰值監(jiān)測。

6 結(jié)語

經(jīng)過4個小時緊張的前期工作準(zhǔn)備，完成了1.6t炸藥的布設(shè)任務(wù)。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，在確認(rèn)完成達到設(shè)計要求后同意實施爆破。進水口巖埂拆除爆破后，共清除了1000m3左右的巖埂，在泄洪洞進水口形成了一條上部寬18m、下部寬8m、深度約達10m的泄流通道。設(shè)計采用開口線向上游偏移拆除、進行一次性爆破施工方案，技術(shù)可靠，經(jīng)濟可行，安全可靠。在隧洞斷面較小，不滿足水力沖渣的情況下，對巖埂“降低高度削薄預(yù)拆除，關(guān)閉檢修閘門圍堰后沖水平壓后一次爆破拆除”的方案是可行的，較好地解決了爆渣擁堵閘室的問題。

〔1〕汪旭光等.工程爆破名詞解釋.北京：中國冶金出版社(第一版)，2003.5.

〔2〕李文成，許志勇等.黃金坪水電站導(dǎo)流洞進口圍堰拆除爆破〔J〕,四川水利發(fā)電，2012,31(2)：149～151.

〔3〕吳新霞，張文煊，劉美山.三峽三期RCC圍堰拆除深水爆破藥量計算研究J.工程爆破，2006，12(4)：1～3.

陳 昊(1977-)，男，湖南省醴陵人，高級工程師，主要從事水利水電設(shè)計與建設(shè)管理工作；

翟耀武(1978-)，男，河南省駐馬店人，高級工程師，主要從事水利水電施工建設(shè)管理工作；

林曉強(1976-)，男，四川省資中人，高級工程師，負責(zé)項目建設(shè)管理工作。

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