扩机工程地下厂房开挖爆破减震与防护措施

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000)

扩机工程地下厂房开挖爆破减震与防护措施

景通

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000)

赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程地下厂房开挖中，通过采取有效的爆破减震与防护措施，成功完成了扩机工程地下厂房开挖施工，确保了现有机组正常运行。本文对此加以介绍。

开挖；爆破；减震；防护

1 工程概述

卡里巴北岸水电站位于南部非洲赞比亚和津巴布韦两国交界的赞比西河中游卡里巴峡谷内，已有的4台150MW机组运行正常，为解决赞比亚国内用电匮乏问题，决定对整个电站进行扩机施工，再增加2台180MW混流式水轮发电机组，因此需要对现有厂房进行扩挖施工，同时对电站的进、出水口，引、尾水系统等都进行了重新开挖。

新扩挖的厂房长51.9m、宽25.8m、高50m，右侧通过爆破减震槽、安装间与现有厂房相接，左侧通过1号交通洞与现有厂房进厂交通洞相接。爆破区边缘与已正常运行的4号机组中心距离不足40m，距大坝最小距离约200 m。

2 爆破过程中的减震与防护措施

现有地下厂房的扩挖施工与正常开挖的不同之处是，爆破过程中不仅要保证正在运行的机组、大坝原有构筑物及机电设备的安全，同时也不能影响现有厂房内工作人员的正常工作，还要保证已开挖完成的顶拱和边墙的围岩稳定及岩锚吊车梁的结构安全。因此，开挖过程中对爆破振动速度的控制和飞石、冲击波、灰尘及噪音的防护将是厂房开挖必须面临的问题，也是必须解决的问题。如果这几个问题解决得不好或不彻底，新开挖厂房将无法正常施工，从而影响到整个工程的发电目标。

2.1 爆破的减震措施

爆破振动速度是整个厂房爆破产生的最主要危害之一，是影响现有机组能否正常运行和爆破区周边构筑物安全的主要因素。在厂房开挖过程中，采用了以下措施来减小爆破振动速度。

a.控制爆破最大单响药量。由撒道夫斯基经验公式[1]得知，在爆源与测点距离不变的情况下，爆破最大单响药量的大小直接决定着振动速度的大小，而爆破振动速度则是被保护构筑物安全的主要影响因素，为使现有厂房内正在运行的机组和构筑物不受到任何不利影响，必须控制爆破最大单响药量。在爆破实施前，先利用萨道夫斯基经验公式和该工程地质报告提供的岩石级别，初步选取k、α经验值，根据合同要求的质点振动速度、爆源到被保护物的距离，初步计算出一个相对保守的单响药量；再根据选定的单响药量，进行爆破试验并监测实际爆破振动速度，利用回归分析，按照萨道夫斯基经验公式，修正k、α值，调整单响药量；经过多次的反复修正得到最终的单响药量，以此作为控制标准，限制爆破作业的最大单响药量。

合理的爆破网络能防止由于导爆管段别叠加而引起的爆破单响药量的突变，因此必须设计合理的爆破网络。考虑到当地塑料导爆管只有17个段别，段别间最小延时为100ms，最大延时为7000ms，而用于网络间延时继爆管的延时为40ms，因此通过限制继爆管的使用数量和爆破孔的孔数来避免段别叠加，实现单孔单响，进而控制实际起爆的最大单响药量。

随着厂房开挖高程逐渐下降，可以采用分层方式对厂房进行开挖，同时采用预裂爆破和梯段爆破相结合的方式进行爆破作业。通过对厂房周边的先行预裂爆破可以减小中心区域爆破振动对边墙和顶拱围岩的震动破坏；对中心区域采用梯段爆破，可以灵活地控制爆破孔数和爆破区域，达到控制单响药量的目的。

b.利用新开挖与现有厂房之间的爆破减震槽，有效削弱了爆破振动的影响。爆破减震槽是现有厂房施工时预留的，横穿整个厂房，宽度6m、总长度28m、总高差33.5m。经过爆破试验，减震槽的减震效果非常好。

c.尽量创造有效的临空面，达到减震目的。厂房顶拱开挖时，首先沿着厂房轴线方向采用“短进尺、小药量”的爆破方式开挖一条7m×7m的导洞，再利用导洞逐步向顶拱和边墙进行扩挖。采用这种施工方式，不仅可以利用导洞的爆破过程积累爆破经验并获取合理的爆破参数，还可以利用导洞作为顶拱扩挖的临空面，大大降低爆破对现有厂房正在运行的机组和新开挖厂房的围岩震动效应。在部分区域可以采用预留保护层的方式进行开挖，这样在保护层开挖时可以利用已形成的临空面，再辅以光面爆破的方式，使周边成型效果更好，同时也起到减震作用。

d.及时开挖厂房周围洞室，增加减震效果。由于厂房周围需要安装很多的机电配套设施，因此需要在厂房周围开挖地下洞室来安装这些设备。虽然这些洞室位于厂房减震槽可控范围之外，但是在前期进行辅助通道开挖时已经完成了导洞开挖，因此及时完成这些洞室的扩挖，就相当于在厂房周围形成一个有效的减震构造，有效减弱了引水洞、尾水洞等大断面开挖所产生的质点振动速度。

2.2 爆破飞石的防护措施

爆破飞石[2]是指被爆介质中那些脱离爆体而飞得较远的碎石。爆破飞石虽属个别，但由于其飞行方向的不确定性和飞石距离难于准确计算，会给爆区附近的人员、建筑物和设备造成严重的安全威胁。因此在厂房开挖时必须防止爆破飞石对现有厂房中机组及附属设施的破坏，结合厂房施工现场，通过采用控制爆破飞石的技术措施和设置复合防护墙的方式防止飞石危害。

a.施工过程中控制爆破飞石的技术措施有：ⓐ根据厂房开挖区岩石的物理性质，精心进行爆破设计；ⓑ控制施工质量，严格按照爆破设计的参数进行施工；ⓒ在能够满足爆破目的的前提下，尽量降低单耗，控制爆破的总装药量，同时选用低爆速、低猛度的炸药；ⓓ选用摩擦系数大、密度高的黏土堵塞炮孔。

b.通过设置复合防护墙阻挡飞石。飞石防护墙(见下页图1)共设置三层：第一层是SNS柔性ROCCO®环形网。环形网采用强度不低于1770MPa、直径3mm的TECCO®钢丝盘结数圈成环并相互套接而成，环的孔直径为300mm，通过锚杆固定在已开挖的顶拱岩壁上，布置在紧靠爆破区的位置，将粒径大于300mm的石头阻挡在爆破区内。第二层防护墙布置在现有厂房安装间内，距离开挖区边缘8m左右，将I20工字钢和100mm槽钢作为支撑体锚固在安装间的岩壁上，然后将孔径为65mm的钢防护网固定在支撑体上，防护网安装在支撑体靠近爆破区域的一侧，用于阻挡粒径在300～65mm的石头飞往现有厂房。为了防止飞石嵌入防护网孔眼内，防护墙顶部向爆破区域倾斜。第三层防护墙也布置在现有厂房安装间内，距离第二层防护墙约3m，将I20工字钢和100mm槽钢作为支撑体锚固在安装间的岩壁上，然后将孔径为8mm的钢网片固定在支撑体上，网片安装在支撑体靠近爆破区的一侧，用于阻止粒径在65～8mm的石头飞往现有厂房。对于粒径小于8mm的飞石，由冲击波防护墙进行阻挡。

图1 复合飞石防护墙结构

2.3 冲击波、灰尘及噪音的防护措施

为了使现有厂房中的设备及工作人员在新厂房开挖过程中不受冲击波、灰尘及噪音的伤害，也采用设置防护墙的方式阻止冲击波、灰尘及噪音进入现有厂房。

冲击波、灰尘及噪音防护墙(见图2)从结构上也分为三层：第一层为铁皮瓦，第二层为岩棉，第三层为铅丝网和钢筋网格。防护墙设置在距离第三层飞石防护墙3m的位置。将I20工字钢和100mm槽钢锚固在现有厂房安装间的岩壁上作为支撑体，然后在靠近爆破区的一侧固定孔径为8mm的钢网片，同时在钢网片上水平挂设带波纹的铁皮瓦，单片高度80cm、长度200cm。在钢网片的另一侧安装加设铅丝网套的岩棉[导热系数不大于0.44W/(M·K)(测试平均温度70℃±5℃)；热负荷收缩温度(最高使用温度)650℃]，岩棉厚9cm。再用铅丝网和直径16mm的圆钢焊接成400mm×400mm的钢筋网格对岩棉层进行保护和固定。铁皮瓦之间搭接宽度在10cm左右，为了能保证铁皮瓦具有一定的刚度和活动性，铁皮瓦顶部固定，下部自由活动，这样既可以将粒径小于8mm的飞石完全阻挡，又能阻挡和消减一部分空气冲击波和灰尘。由于岩棉具有阻燃性、可压缩性和透气不透尘性，对于不能消减的冲击波、灰尘和噪音可以由岩棉完全阻挡。

图2 冲击波防护墙(现有厂房侧)结构

3 结 语

赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程的地下厂房开挖，自2009年1月开始，到2011年9月结束，总施工时间为32个月，总方量70000多m3，总爆破次数1000多次，无论爆破减震还是飞石、冲击波、灰尘及噪音的防护，所采用措施的效果都非常明显，保证了现有厂房4台机组的正常运行，圆满完成了地下厂房的扩挖施工，为今后类似工程的施工提供了经验。

[1]郭进平，聂兴信. 新编工程爆破实用技术大全[M].北京：光明日报出版社，2002：1846.

[2]邵必林，惠鸿斌. 拆除爆破飞石产生的原因与防护措施[J].西安矿产学院学报，1998,18(3):280-282.

ExcavationBlastingShockAbsorptionandProtectionMeasuresofUndergroundPowerhouseinExtensionProject

JING Tong

(SinohydroBureau11Co.,Ltd.,Zhengzhou450000,China)

Effective blasting shock absorption and protective measures are adopted in underground powerhouse excavation of Zambia Kariba North Shore hydropower station extension project. Underground powerhouse excavation construction of the expansion project is successfully finished, thereby ensuring normal operation of existing units. The condition is introduced in the paper.

excavation; blasting; shock absorption; protection

TV731.6

B

1673-8241(2014)07-0008-03