張明潔

（山西中部引黃水務(wù)開發(fā)有限公司，山西 太原 030000）

1 概況

1.1 工程概況

山西省中部引黃水源工程地處保德縣境內(nèi)，包括取水口、引水隧洞、沉沙池地下泵站、出水池等建筑物。取水口位于黃河干流天橋水電站左壩頭上游380 m 處，進水塔引水方式為無壓引水。進水流道底板高程826.0 m，最低取水位830.0 m，設(shè)計取水水位834.0 m。

1.2 圍堰概況

取水口處因受地形、水情及外部條件等限制，采用預(yù)留巖坎形成圍堰，堰頂高程為835.8 m。取水口巖坎圍堰迎水面受庫區(qū)水流沖蝕較多，形成倒懸，整體呈“”形，如圖1 所示。

圖1 取水口圍堰結(jié)構(gòu)圖

本次擬對取水塔前13.2 m 寬的巖坎進行拆除。根據(jù)勘測情況，巖坎厚度最大處為5.59 m，最小處為1.77 m。巖坎圍堰采用三排φ219 鋼管樁，共計54 根，鋼管壁厚10 mm，內(nèi)注M25 砂漿進行加固；為保證圍堰穩(wěn)定，巖坎后設(shè)板梁內(nèi)支撐系統(tǒng)，支撐橫梁尺寸為40 cm×100 cm（寬×高）；混凝士強度等級為C20；配單層φ28@20 cm 玻璃纖維筋網(wǎng)。根據(jù)計算擬拆除巖坎圍堰總體積約1 156 m3，其中爆破法拆除巖坎圍堰1 150 m3，含巖石體1 066 m3，巖石后現(xiàn)澆板、橫梁約84 m3；鑿除破碎法拆除2 層共4 根“八”字形支撐梁，約6 m3。

2 圍堰爆破拆除難點分析

2.1 圍堰距永久性水工建筑物近，爆破安全控制要求高

取水口建筑物為進水塔，設(shè)置攔污柵一道，工作閘門兩道，進水塔攔污柵閘墩與預(yù)留巖坎緊鄰，爆破拆除時，爆破振動、水擊波以及石渣對保護對象的不利影響，是本次爆破拆除的重大技術(shù)難點。

2.2 圍堰采取密集鋼管樁加固，整體性好，爆破拆除難度大

預(yù)留巖坎布置三排54 根φ219 鋼管樁進行加固，1.2 m2/根的密集鋼管樁增加了圍堰的整體性，同時也大大增加了圍堰爆破拆除施工難度。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，鋼管只能被炸裂失穩(wěn)不能被炸斷，而鋼管樁內(nèi)部的砂漿更是增加了鋼管破壞失穩(wěn)的難度甚至無法破壞鋼管樁，因此克服鋼管樁的影響，使得圍堰順利解體，鋼管樁與巖石分離，是本次圍堰爆破拆除的最大難點。

2.3 圍堰距居民區(qū)較近，爆破質(zhì)點振動速度要求較高

取水口圍堰距離天橋水電站生活區(qū)較近，僅有約48 m，采取有效的爆破方式，將爆破質(zhì)點振動控制在允許范圍內(nèi)，且保證爆破飛石控制在安全范圍內(nèi)，也是本次圍堰爆破拆除的一大難點。

圖1 炮孔布置平面圖

2.4 外圍施工條件差

在黃河干流中的施工圍堰，工作面狹窄，限制了施工人員、機械設(shè)備、施工材料的投入，導(dǎo)致施工效率低，增加了圍堰拆除的施工費用，拖延了工期。

2.5 起爆網(wǎng)路復(fù)雜、爆破器材抗水性能要求高

網(wǎng)路設(shè)計及施工精度是保證爆破效果和爆破安全的關(guān)鍵，不僅要求按設(shè)計起爆順序、起爆時間全部準(zhǔn)爆，而且不允許發(fā)生重段和串段現(xiàn)象。

3 圍巖拆除方案

根據(jù)工程特點及施工條件圍堰拆除擬采取一次性整體爆破拆除，用架立式潛孔鉆機造φ108 爆破孔，爆破孔間距為0.8～1.5 m，排距為0.9～1.5 m；上下游各布置一排預(yù)裂孔和一排減震孔，預(yù)裂孔的間距為0.8 m，減震孔的間距為0.5 m，為保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定，爆破孔不超深，在巖坎底部鉆設(shè)一排傾斜的近水平光爆孔，水平傾角15°，間距0.9 m，鉆孔深度5.1～7.5 m，為防止造孔聯(lián)通庫區(qū)造成涌水，在造孔前進行精確放樣，保證孔底至庫區(qū)尚有2 m 距離即可；另采用手風(fēng)鉆在進水塔前鉆設(shè)一排減震孔，防止爆破對底板的影響，鉆孔孔深2.0 m，孔間距0.5 m，采用φ32 藥卷二、三節(jié)一捆連續(xù)裝藥，采用非電毫秒雷管網(wǎng)路爆破，起爆雷管使用激發(fā)針引爆。炮孔布置平面圖見圖2，各炮孔參數(shù)見表1。

表1 各炮孔參數(shù)表

爆破后，爆破后首先在846 m 平臺采用28 m 長臂反鏟清理部分爆渣，取水塔閘墩間以及長臂反鏟無法清理的部位，采用潛水員配合吊車進行水下清理，然后通過20 t 自卸汽車將爆渣運至渣場。爆渣清理完成后，派潛水員將鋼管樁進行水下切割，然后將鋼管樁吊運至堆放場集中處理。

4 爆破安全防護設(shè)計

因施工區(qū)域狹小且距離取水口建筑物、居民區(qū)較近，在采取爆破作業(yè)時需增加安全防護措施。安全防護采取以下方法：

4.1 被動防護

對需保護建筑物和設(shè)施的重要部位進行專門防護，即在重要部位鋪設(shè)輪胎及竹條板進行安全防護，尤其是取水塔混凝土、閘門迎水面。

4.2 主動防護

主動防護的對象是爆區(qū)，主要是為了控制震動、飛石對周邊建筑、設(shè)施的影響。主動防護的方法有以下幾點：一是加強孔口的堵塞，嚴禁不堵塞或堵塞不牢的爆破。必須嚴格控制裝藥量和堵塞長度及質(zhì)量。二是設(shè)置合理的最大單段藥量，通過對保護物爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)的分析，提出合理的最大單段藥量，通過控制單段藥量達到控制爆破有害效應(yīng)的目的。三是起爆網(wǎng)路的防護是爆破成敗的一個很重要環(huán)節(jié)，首先嚴格聯(lián)網(wǎng)制度，由專人聯(lián)網(wǎng)，接力雷管的保護用廢風(fēng)管將接力雷管包裹起來，固定在圍堰上面。四是對爆區(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，首先掛層橡膠皮帶，皮帶前面加一層竹條板。每個防護層都必須固定并緊貼在被保護體的上面。此外，爆破時，應(yīng)將人員和可移動設(shè)備撤至安全地帶。

如圍堰爆破時，由于爆破體和閘門及門槽之間距離極近，需在閘墩、門槽、攔污柵槽、上部排架等建筑物上掛設(shè)2 層橡膠輪胎及滿鋪竹跳板防止飛石破壞，并在取水塔底板鋪滿沙袋或柔性防護，避免爆破石塊砸傷閘門前的混凝土結(jié)構(gòu)面。為降低爆破質(zhì)點振動，減少爆破飛石，在爆破表面設(shè)置雙層主動防護網(wǎng)+竹條板+砂袋覆蓋，這樣既能達到控制爆破飛石的目的，同時能夠降低爆破質(zhì)點振動速度。考慮起爆后存在庫水?dāng)y渣倒灌的問題，起爆前在取水塔閘門前巖坎間鋪滿柔性材料（如秸稈類）以起到緩沖作用，對取水塔836.6 m 板以下的結(jié)構(gòu)進行防護。柔性材料采用10#鋼絲繩按1 m3/個打包綁扎牢固，考慮浸水后運出基坑，按3 個串聯(lián)成整體并將鋼絲繩引至基坑外編號并分序排列，以便爆后利用吊車逐串從攔污柵孔吊運出取水塔前基坑。對于取水塔836.6 m 以上排架混凝土，因攔污柵處離巖坎較近，考慮在排架外側(cè)按20 cm 間距+滿鋪方木防護至846 m。同時在巖坎上下游及兩側(cè)、進水塔底板前各布置一排減震孔，削減爆破地震波。

5 爆破安全監(jiān)測

5.1 監(jiān)測目的

取水口周邊建（構(gòu)）筑物較多，施工環(huán)境復(fù)雜，除了進水塔混凝土結(jié)構(gòu)及附屬金屬結(jié)構(gòu)，天橋電廠生活區(qū)的居民樓、景觀涼亭等建筑物，還有天橋電廠的發(fā)電廠房、中控室等保護物，且距離爆區(qū)均較近，保護物自身結(jié)構(gòu)不同，爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)也不同。距離爆區(qū)的距離不同，爆破振動傳播到保護物后的速度值也不同。因此為評估巖坎拆除爆破對進水塔混凝上結(jié)構(gòu)及附屬金屬結(jié)構(gòu)，天橋電生活區(qū)的居民樓、景觀涼亭，天橋電廠的發(fā)電廠房、中控室等保護物的影響，需要進行爆破振動監(jiān)測。爆破的時候，在這些重要部位上布置爆破振動監(jiān)測測點。

5.2 測試系統(tǒng)

所選用的監(jiān)測設(shè)備均需通過省級計量單位標(biāo)定，宜選用Blast-UM 型號測振儀。

5.3 爆破振動監(jiān)測布置

由于保護物比較多，所以選擇重點部位進行監(jiān)測，取水塔可選取攔污柵墩、工作閘門槽作為監(jiān)測點，天橋電廠生活區(qū)可選景觀涼亭、生活區(qū)圍墻以及生活區(qū)代表性磚混結(jié)構(gòu)建筑物作為監(jiān)測點，另外在天橋電廠中控室布置一個振動監(jiān)測點。測點均布置在保護物基礎(chǔ)部位，監(jiān)測水平徑向、水平切向和垂直向的質(zhì)點振動速度。

6 結(jié)語

中部引黃水源工程取水口施工圍堰位于黃河干流，存在爆破安全控制要求高、圍堰爆破拆除難度大、距居民區(qū)近、外圍施工條件差等特點，合理地選擇爆破方案尤為重要。本方案設(shè)計為具體施工組織計劃的編寫及實施奠定了理論基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。該施工圍堰已于2018 年10 月成功拆除，充分驗證了圍堰爆破拆除難點分析的全面性及所選方案的合理性，可為類似工程提供借鑒。