仙居抽水蓄能水电站特殊部位开挖爆破施工技术探讨

王家鹏 付 纪

(中国水利水电建设工程咨询北京公司 100024)

王军辉

(武警水电第二总队五支队 常州 213031)

1 工程概况

浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，为日调节纯抽水蓄能电站，安装4台375MW立轴单级混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW，年平均发电量为25.125亿kW·h，年平均抽水电量32.63亿kW·h。枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。上水库由一座主坝、一座副坝及库周山岭围成，总库容1294万m3。主坝和副坝均为混凝土面板堆石坝，坝顶高程679.20m，主坝坝顶长263.66m，最大坝高86.7m;副坝坝顶长度222m，最大坝高59.7m。输水系统采用一洞两机的布置方式，上、下库进/出水口高差456m，上、下库进/出水口之间输水管道总长度为2216.9m(3号机输水系统，下同)，其中引水系统长1216.2m，尾水系统长1000.7m。地下厂房洞群包括主副厂房洞、主变洞、母线洞、尾闸洞、500kV出线洞等。下水库利用已建下岸水库，新增一条泄放洞，全长791m，隧洞内径7.4m。

2 爆破区域特点及相应措施

泄放洞、交通洞、通风洞洞口距离民爆公司炸药库最近距离约70m，最远距离约120m。根据《小型民用爆破物品存储库安全规范》(GA 838—2009)第7.5条的规定，“炸药储存库距露天爆破作业点边缘的距离最低不应小于300m”。且爆破点与溪下公路路面及路基干砌石挡墙相邻，爆破施工如果控制不好，将对溪下公路路基造成扰动破坏及中断交通的严重后果。经研究决定，在露天爆破期间炸药库内不得存储炸药及雷管，施工前由施工单位对洞口地质及路基干砌石挡墙进行调查，根据实际情况编制爆破试验大纲，并取得路基挡墙的允许爆破质点振动速度参数，通过路基挡墙的允许爆破质点震动速度参数，制定工程施工爆破方案，以确保溪下公路路基安全。

3 工程地质条件

泄放洞设计进口高程180m，出口高程160m，采用城门洞形，断面为5.0m×5.1m(宽×高)，长776m。进口段洞向为N0.5°W，出口段为N45.5°W，上覆岩体厚度为50～155m。

进口位于下水库进/出水口公路桥的西侧约130m小冲沟处，西侧为一凸出山脊，走向约N20°E～N22°W，山坡坡角约30～32°。出口位于下水库大坝下游右岸的凹岸处PD13探硐附近，岸坡走向为N23°E，坡度较大，坡角约35～40°，洞口位于公路下方。

沿线基岩为高坞组下段(J3g1)灰紫、灰白色晶屑熔结凝灰岩，地表呈弱风化，块状结构，基岩多裸露，出洞口围岩类别以Ⅲ～Ⅱ类为主。

泄放洞出口地形陡峭，钻爆装药难度极大，安全风险大。爆破作业环境复杂，施工控制难度大。

4 爆破设计

因受泄放洞出口上下游侧溪下公路路基干砌石挡墙的影响，根据相关规范要求对泄放洞出口爆破进行设计，原则如下:

a.以小药量进行出口段明挖爆破试验，爆破时由监测单位对上下游侧挡墙质点振动速度进行监测，爆破后检查挡墙破坏情况。

b.若小药量爆破后经监测数据显示及实际查看后未对挡墙及路面造成破坏，则加大单响药量进行后续爆破试验，直至监测数据或挡墙有出现问题的趋势后停止进行试验。根据监测报告确定挡墙质点振动安全允许速度，根据此标准值确定爆破单响药量等设计参数。

4.1 爆破试验程序

选定首次爆破最小单响药量→编制首次爆破设计→爆破监测成果→选定第二次爆破试验单响药量→编制二次爆破试验单响药量→爆破监测成果→选定第三次爆破试验单响药量……确定临界点最大单响药量。

4.2 首次爆破试验设计

4.2.1 首次爆破最小单向药量计算

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2003)的规定，爆破振动安全允许距离R可按下式进行计算:

式中 R——爆破振动安全允许距离，m;

Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg;

V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s;

K——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关;

α——衰减指数。

由上式可知:

依据现场情况和规范，其中K取150，α取1.6，安全允许距离取值40m，安全允许振动速度V首先将路基浆砌石挡墙按照“土窑洞、土坯房、毛石房屋”的标准取值1.3cm/s，可计算得知首次爆破试验单响药量Q为8.7kg。

4.2.2 首次爆破试验设计

首次爆破试验部位泄放洞出口(高程EL175.7～EL174.2)，主要爆破试验参数如表1。

表1 首次爆破试验主要参数

4.2.3 爆破监测成果分析

若第一次爆破试验对路基挡墙无影响，则由监测数据计算K、α值，并根据规范对V值重新增大取值，进行后续爆破试验。

4.3 后续爆破试验规划

后续爆破试验方法与首次相同，根据实际施工进展情况及爆破监测成果确定单响药量，以控制最大单响药量为原则来进行爆破设计，直至得出临界点最大药量后试验结束。收集技术资料、影像资料，编制试验成果，确认挡墙基础质点振动安全允许速度，并根据最终的结果计算最大单响药量，确定施工爆破参数。

5 爆破施工

土石方边坡开挖遵循先土方后石方，自上而下的程序进行施工。泄放洞出口石方明挖方量约2000m3，开挖范围为EL175.7～EL159，断面基本上为梯形，开挖边坡坡比为1∶0.3。采用手风钻造孔、小药量毫秒延时爆破、人工出渣的方法进行施工。按照实测开口线，采用YT—28手风钻造孔，光面孔间距0.4～0.5m，抵抗线0.6～0.8m，光面孔线装药密度300g/m，单位耗药量0.3kg/m3，单响药量以爆破试验监测成果确定。每茬炮爆破前，严格按爆破程序组织实施。应按环境要求限制单段最大爆破药量。

在开挖至底板部位时，至基面预留约1.5m厚保护层，采用手风钻浅孔少药量爆破开挖。

根据现场原始地形及洞口边坡最大高度进行分层，分层情况如表2所示。

表2 泄放洞出口明挖分层

6 质点振动速度监测

根据施工现场实际情况，布置监测点。监测点布置如下图所示:

监测点布置图

6.1 爆破试验参数

根据仙居电站施工地质条件及实际施工情况，选择炸药类型，根据计算结果初步确定最大单响药量，根据第一次爆破试验结果确定第二次爆破试验的最大单响药量。两次爆破参数见表3。

表3 爆破试验参数

6.2 振动监测点布置

振动监测点布置见表4。

表4 监测点位置坐标

6.3 振动点监测数据

振动点监测数据见表5。

表5 振动点监测数据

6.4 质点振动监测成果及评价

质点振动监测成果及评价见表6。

表6 质点振动速度及评价

根据质点振动速度监测数据及现场实地检查，最大单响药量控制在13.68kg，质点振动速度未超过允许限值，未对公路挡墙及路面造成破坏。

7 结语

a.在需保护的特殊部位进行爆破施工，爆破前应对爆区周围环境、地面和地下建(构)筑物及各种设备、设施分布情况等进行详细的调查研究，经详细计算和论证进行爆破方案设计。

b.通过计算确定第一次爆破单段最大药量，通过质点振动速度监测，逐步增大到允许药量，并按允许药量控制一次爆破规模，保证需保护的建筑物不被破坏，防止爆破有害效应的产生。