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        某引水工程取水口巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計研究與應(yīng)用

        2022-02-23 07:49:36許晗
        東北水利水電 2022年2期

        許晗

        (遼寧省水資源管理集團,遼寧沈陽110003)

        1 工程概況

        隨著我國水利工程事業(yè)的發(fā)展及水資源的區(qū)域平衡要求,引調(diào)水工程越來越多,引調(diào)水工程取水口形式普遍采用巖塞形式,因此巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計極為關(guān)鍵。某重點輸水工程,其取水口首部巖塞部位位于水源地水庫庫內(nèi)一“U”形河谷的右側(cè)山體中。設(shè)計巖塞開口中心點高程278.00m,水源地水庫死水位為281.48m。巖塞部位邊坡總體走向NE25°,高程288.00m以上為一陡崖,平均坡度約為55°,局部大于60°,其下為高約1.1m的倒坡,巖塞口及其下方從地形上看山坡變緩,坡度30°左右。庫水位318.00m以上山體植被發(fā)育,以松樹、楊樹及低矮灌木為主。

        由于取水首部巖塞爆破對于整個輸水工程的重要程度,因此必須保證巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)妥。

        2 巖塞工程地質(zhì)條件及穩(wěn)定性評價

        2.1 地質(zhì)條件

        巖塞體及周邊巖體巖性為侏羅系林子頭組酸性熔巖,強風化巖飽和抗壓強度28MPa,屬較軟巖,巖體一般較破碎,多呈碎裂結(jié)構(gòu);弱風化巖飽和抗壓強度55MPa,屬中硬巖,巖體一般完整性差,多呈鑲嵌結(jié)構(gòu)。

        高程288.00~318.00m范圍內(nèi)山坡坡面較陡,僅局部覆蓋少量崩坡積碎石,厚1.00m左右;高程288.00~269.00m范圍內(nèi)山坡坡度較緩,覆蓋層厚1.50~4.20m,呈上薄下厚狀,主要為坡積碎石土,但其組成物質(zhì)隨厚度的變化而變化,表現(xiàn)在黏土含量逐漸增多,同時碎石粒徑逐漸變小。

        前期勘察鉆孔和巖塞體導向孔揭露兩處構(gòu)造破碎帶,其中一條規(guī)模相對較大,寬3.00m左右,主要由構(gòu)造片巖及碎塊巖組成,于鎖口段揭露,走向75°~85°,傾向NW(局部可能傾向SE),角度變化較大,為30°~70°,總體上呈一上陡下緩的不規(guī)則彎曲面,該構(gòu)造總體上傾向坡外,但與邊坡走向夾角在50°以上,屬大角度相交,對自然邊坡的穩(wěn)定性影響較??;另一條構(gòu)造破碎帶寬0.5m左右,為規(guī)模相對較大構(gòu)造破碎帶的一個分支,延伸長度較小,對巖塞體穩(wěn)定影響不大。

        2.2 穩(wěn)定性評價

        1)邊坡穩(wěn)定評價

        288.00 m高程以上坡度50°~60°,屬峻坡,基巖直接出露,多弱風化狀。按照規(guī)范分別采用邊坡巖體質(zhì)量分級及赤平投影等方法,總體評價結(jié)論為自然邊坡基本穩(wěn)定,邊坡巖體質(zhì)量分級為Ⅲ級,無控制邊坡整體失穩(wěn)的不利因素,局部存在沿節(jié)理不利組合發(fā)生楔形體掉塊的可能。

        2)巖塞口上邊墻穩(wěn)定性

        采用赤平投影方法可得出,上邊墻巖體所發(fā)育節(jié)理組合多形成“X”型組合體,是形成楔形體的基本因素,易發(fā)生掉塊。對于巖塞周邊巖體,現(xiàn)已完成超前固結(jié)灌漿,對巖體的強度及完整性均有很大的提高,故巖塞爆破后,其上邊墻巖體的穩(wěn)定性是可以保證的,但爆破對局部楔形體的穩(wěn)定還是有影響的。

        3 水庫特征水位及巖塞爆破庫水位確定

        水源地水庫特性表見表1,多年平均運行水位統(tǒng)計成果表見表2。

        表1 水源地水庫特性表

        表22009 —2015年水源地水庫平均運行水位統(tǒng)計成果表 m

        根據(jù)水源地水庫汛期起調(diào)水位可知:2018年8月21—31日,水位在301.60~313.30m進行過渡;9月1—22日,控制運行水位在313.30m以下。根據(jù)施工進度安排,2018年9月30日進行爆破,按正常調(diào)度推斷庫水位為313.30~318.75m。

        4 巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計

        檢修豎井上游為進口段工程,主要建筑物包括進口巖塞爆破段、集渣坑、有壓隧洞、檢修豎井、封堵體、施工支洞等。進口段長4376.00m,檢修豎井高度為81.12m,檢修層長14.50m,寬13.78m;檢修豎井設(shè)有進口檢修閘門、出口事故閘門及其頂部的啟閉機電設(shè)備;1號施工支洞投影長度為714.00m。

        巖塞爆破段長176.76m,范圍為樁號0-176.76~0+000.00m,包括巖塞口、鎖口段、集渣坑段及其后的隧洞連接段。巖塞體設(shè)計厚度(中心線)為11.80m,進水口中心線高程為278.00m,巖塞開口斷面為爆破漏斗形(倒圓臺形),由上口內(nèi)徑14.02m漸變至下口內(nèi)徑7.55m,巖塞中心線傾角為55°。集渣坑斷面為城門洞形,設(shè)計石渣松散系數(shù)采用1.6,渣坑的有效利用系數(shù)采用0.65,爆破方量的不確定系數(shù)采用1.15,集渣坑底邊長44.00m,寬度為7.30m。巖塞爆破段包括鎖口段、集渣坑段及其后長116.42m的連接隧洞段,混凝土襯砌厚度為0.80m,混凝土的性能指標為Ca35W12DF60。

        集渣坑最大高度為19.60m,為圓拱直墻型,圓拱部分開挖半徑為4.60m,成洞半徑為3.65m,直墻部分成洞高度為15.035~15.910m,集渣坑容量約為3800m3,巖塞部位一次爆破方量為1163m3,巖塞爆破松方為1861m3(松散系數(shù)按1.6考慮),集渣坑容量完全滿足要求。

        1號支洞上游隧洞總長度為3.5km,進行隧洞開挖及巖塞體鉆孔時,隧洞內(nèi)空氣質(zhì)量差,為了解決巖塞爆破前隧洞空氣質(zhì)量問題,確保施工安全,在集渣坑部位樁號G0-123.334m設(shè)置通風豎井。圓形結(jié)構(gòu),直徑D=1.20m,地面高程為321.00m,底高程為267.85m,深度為53.10m。通風豎井四周共布設(shè)4個直徑56mm的灌漿孔,進口部位設(shè)置高度為2.50m鎖口擋墻,底部設(shè)置高度為3.00m鋼管鎖口。通風豎井剖面圖和平面布置圖見圖1。

        圖1 通風豎井剖面圖和平面布置圖

        檢修豎井布置在距離取水口4.3km的砬子溝內(nèi),山頂?shù)孛娓叱?42.00m,斷面為矩形。檢修豎井地下部分分為2層,下層為閘門井,底高程260.88m,上層為檢修層,底高程329.00m。啟閉機室底高程為342.00m。檢修豎井從上游至下游依次布置檢修閘門門槽和事故閘門門槽,總長12.78m,閘門井總寬11.60m。下游側(cè)布置5個φ500排氣孔。

        按照爆破期間庫水位為313.00m控制,根據(jù)水工模型試驗結(jié)果進行插值分析,檢修豎井涌浪水位高程為325.80m,并未超過檢修層底板高程。

        該項目巖塞爆破采用中心掏槽、圓周擴展、光面成型的全排孔爆破設(shè)計方案,具有單段裝藥量小、爆破成型好,對周邊建筑物爆破振動小、施工相對安全等優(yōu)點,爆破網(wǎng)路采用可靠的復式起爆網(wǎng)路。巖塞爆破前,鉆孔利用巖塞體進行擋水,爆破過程中,利用豎井內(nèi)的檢修閘門進行擋水,其中,通風豎井、1號支洞為巖塞爆破的調(diào)壓建筑物,起到爆破消能作用。

        5 結(jié)語

        巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計對巖塞爆破起到技術(shù)性支撐作用,采用通風豎井和長距離進口段作為巖塞爆破消能的結(jié)構(gòu)設(shè)計,起爆后水面未見明顯鼓包,實現(xiàn)了敏感水域無明顯反應(yīng)的爆破效果,有效地將爆破有害效應(yīng)控制在設(shè)計范圍內(nèi),為類似工程提供了較好的參考作用。

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