白云水电站大坝导流洞临时堵塞爆破

蒋文斌， 赵自奇， 刘士兵， 傅建莉， 郑永泽

(1. 湖南南岭民爆工程有限公司， 长沙 410013； 2. 湖南水总水电建设集团有限公司， 长沙 410007)



白云水电站大坝导流洞临时堵塞爆破

蒋文斌1， 赵自奇2， 刘士兵1， 傅建莉1， 郑永泽1

(1. 湖南南岭民爆工程有限公司， 长沙 410013； 2. 湖南水总水电建设集团有限公司， 长沙 410007)

摘要：针对临时堵塞内部结构不明的复杂情况，为确保在36m深水压作用下的施工安全，采用了循环开挖导坑、分部实施爆破的方法，应用水平多级楔形与垂直楔形组合掏槽技术对临时堵塞进行了拆除，达到了预期的效果。导坑的开挖为临时堵塞的爆破增加了临空自由面，并提供了足够的补偿空间，为堵塞一次爆通成型创造了良好条件。工程实践证明，导坑开挖与楔形组合掏槽设计可为类似工程设计提供参考。

关键词：爆破； 楔形掏槽； 堵塞； 临时堵塞； 导流洞； 大坝

1工程概况

白云水电站大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程550m，最大坝高120m，坝顶宽8m，大坝上游设6.2m 高的L形防浪墙，墙顶高程551.2m，大坝上、下游坡比均为1∶1.4。白云水电站大坝蓄水运行后的前十年中渗漏观测值尚在正常值范围内，2012年9月渗漏达到1.24m3/s，鉴于大坝渗漏量持续增大，已威胁到工程安全，为了彻底消除大坝的安全隐患，必须全面治理并彻底根治水库渗漏。水库水放空总体方案为：在永久堵塞下游和三岔管堵塞下游之间靠山侧爆破开挖一条长150m、宽6m、高6.6m的旁通洞，绕过三岔管堵塞，然后依次爆破拆除永久堵塞与临时堵塞，将水库内剩余的36m深存水放空，为后续大坝渗漏治理工作创造条件，见图1。

图1　大坝导流洞平面布置Fig.1　The plane layout of dam′s diversion tunnel

临时堵头距水库闸门238m，其底平面标高为443m，临时堵塞闸门端水头36m。导流洞临时堵塞与水库闸门之间布设了垂直向下的水位监测孔，用于观察水位,临时堵塞爆破纵剖面如图2所示。

图2　临时堵塞爆破纵剖面Fig.2　Longitudinal profile of plugging blasting

待爆破拆除的临时堵塞断面宽6m、高6.6m，为C20钢筋混凝土结构。临时堵塞四周布有直径26mm、长约0.5m、间距1m的螺纹钢，堵塞轴向布有1m×1m方格网拉筋，拉筋直径为14mm。临时堵塞的迎水端面结构与永久堵塞端面结构相同，由一层厚5mm木模板、横竖交错的木方、钢管支架支撑组成，临时堵塞爆破拆除总方量约224m3。

2爆破方案的选择

2.1设计与施工难点

(1)临时堵塞须一次爆破成功，否则无法再进行水下补爆，其后遗症难于处理。

(2)爆通后的过水断面需满足水库放空速度要求，如断面过小放水速度慢，将会影响整个项目的施工工期。

(3)在深水压力下进行钻爆施工，安全问题十分突出，必须保证作业的绝对安全。

(4)临时堵塞的施工与设计图纸存在差异，临时堵塞的精确长度、内部钢筋与拉筋布置、迎水端面模板、混凝土施工质量等情况不明，增加了爆破设计与施工的难度。

2.2方案比较

临时堵塞爆破方案主要有3种(图3)，其爆破顺序与各自的优缺点见表1。

图3　爆破方案示意图Fig.3　Schematic diagram of blasting scheme

通过分析比较，选择先爆破掘进导坑，然后再采用水平多级与垂直方向楔形组合掏槽整体一次爆破的方案(方案c)。

表1　爆破方案对比

3爆破设计

3.1钻爆参数设计

(1)钻孔直径

临时堵塞采用手风钻钻孔，炮孔直径42mm。

(2)炮孔布置

临时堵塞导坑宽3.5m、高2.5m，采用水平多级楔形掏槽爆破掘进〔1-2〕，每次循环进尺2.2m。导坑掘进完成后，临时堵塞共布置114个炮孔，其中：临时堵塞四周共布置辅助孔与周边孔46个，临时堵塞导坑剩余部分共布置68个炮孔，由10个水平楔形掏槽孔、两侧28个辅助孔、底部20个下斜20°炮孔、10个下斜45°炮孔组成。

临时堵塞导坑的楔形掏槽孔孔底距0.2m、孔口距1.3m，其余孔距0.3m；临时堵塞四周辅助孔孔距0.5m～0.8m；周边孔孔距0.5m，临时堵塞炮孔布置如图4所示。

(3)孔深

临时堵塞迎水面端预留0.4m，导坑剩余部分水平楔形掏槽孔孔深1.3m、辅助孔孔深1.25m，下斜20°炮孔孔深1.4m、下斜45°炮孔孔深2.5m，其余辅助孔与周边孔孔深5.6m。

(4)炸药单耗

图4　炮孔布置图Fig.4　The layout of blasting holes

临时堵塞混凝土强度和硬度相当于中硬岩石，考虑长度、水深、爆破后的块度控制在20cm内(能被水流冲走)等因素〔3〕，炸药平均单耗取2.1kg/m3。

(5)装药结构

根据混凝土介质、炮孔直径大小等，并参考类似工程经验，采用不耦合连续装药结构〔4-5〕，临时堵塞导坑及堵塞剩余1.65m爆破的炮孔线装药密度为1kg/m。临时堵塞断面辅助孔与周边孔线装药密度分别为1.0kg/m、0.5kg/m。

3.2起爆网路设计

采用双复式非电导爆管雷管孔内延时起爆网路，在每个炮孔孔深的1/3、2/3处各布置一发MS1～MS10毫秒延时导爆管雷管，孔外导爆管簇联，簇联节点处采用两发MS1段导爆管雷管传爆，各分支再进行簇联，采用两发MS1段导爆管雷管传爆，组成复式回路后采用两发串联的瞬发电雷管激发传爆的导爆管雷管，通过500m传爆导线延伸至导流洞出口外的安全起爆点起爆。

3.3爆破安全设计

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)〔6〕对各类建(构)筑物所允许的安全振动速度的规定，参照类似工程，本工程需保护对象的安全振动速度确定如下：导流洞15cm/s、泄洪隧洞与三岔管堵塞10cm/s、大坝混凝土面板5cm/s、开关站2cm/s、大坝基础帷幕与泄洪洞进口堰顶基础帷幕灌浆1.5cm/s、电站厂房0.9cm/s。

振动速度校核采用萨道夫斯基经验公式 ：

式中： k是与岩石、爆破方法等因素有关的系数，k=50～250；Q是最大一次起爆药量，kg； R是爆破点到测点的距离，m；α是与地质条件相关的地震波衰减指数，一般α=1.0～3.0。

按保护要求最高的电站厂房校核爆破振动速度，电站厂房距最近爆破点200m，最大一段起爆药量Q=76.2kg，取K=200，α=1.6代入公式计算得v=0.38cm/s。爆破时的振动速度小于电站厂房允许的最大安全振动速度，可以满足爆破振动安全要求。

4爆破效果

起爆后，导流洞内的临时堵塞一次爆通，约5s后水库内的水顺利流进导流洞、经导流洞出口的控泄口喷涌而出，过水断面满足水库放空速度要求，高压水流挟裹碎渣冲出导流洞外，爆破取得圆满成功。

本次爆破采用TC-4850高精度爆破测振仪，分别在电站厂房、大坝坝顶及坝底位置布设了振动监测点，各点的监测结果显示均符合国家的安全标准。其中电站厂房点的振动监测值为0.29cm/s，远小于其允许的最大安全振动速度0.9cm/s，爆破振动未对电站周围建(构)筑物产生结构性破坏。

5结 论

(1)临时堵塞开挖导坑增加了临空自由面的面积，提供了足够的补偿空间，楔形掏槽夹制力小，为爆破创造了良好的条件。

(2)合理设计临时堵塞导坑开挖的总进尺、堵塞迎水端的预留厚度、炮孔孔深是确保堵塞不被水压破坏、不产生滑移的关键，可为爆破安全作业提供可靠保障。

(3)采用水平多级楔形与垂直楔形组合掏槽技术，可沿堵塞轴线两个相反的自由面方向相互作用，

垂直楔形掏槽沿炮孔轴线20°与45°方向产生楔入作用, 加剧了临时堵塞迎水面支撑模板与钢筋混凝土堵塞的破坏。

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LIANG Chao-jun. Rock plug blasting of diversion tunnel in canal head of Wangkuai reservoir[J]. Engineering Blasting, 2013, 19(1-2)：57-59.

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LIU Mei-shan, LI Yong-chi, ZHANG Zheng-yu, et al. Blasting demolition of rock-dyke at inlet of No.2 water-diversion tunnel in Hongjiadu hydropower station[J]. Engineering Blasting, 2004, 10(1)：22-25.

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YANG Guo-qian, WU Zheng-jiang. Design& construction of blasting for rock plug underwater of spillway tunnel of huaxi reservoir extension project[J]. Guizhou Water Power, 2007, 21(4)：64-66.

〔6〕 GB 6722—2014 爆破安全规程[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

GB 6722—2014 Safety regulations for blasting[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

Blasting of temporary plugging in Baiyun power station dam′s diversion tunnel

JIANG Wen-bin1， ZHAO Zi-qi2， LIU Shi-bing1， FU Jian-li1， ZHENG Yong-ze1

(1. Hunan Nanling Explosive Engineering Co.,Ltd., Changsha 410013， China；2. Hunan Water Conservancy and Hydropower Construction Group Co., Ltd., Changsha 410007， China)

ABSTRACT：For unknown complicated situation in temporary internal plugging structure, in order to ensure the construction safety under 36m deep water pressure, the method of cycle excavation blasting in pilot tunnel and division implementation blasting was applied.The level multistage wedge combined with vertical wedge cutting technique was used in temporary plugging removal and it achieved the desired effect. Pilot tunnel excavation blasting increased free surface for temporary plugging and provided enough space for favorable conditions of blasting once completely. Engineering practice proved that the pilot tunnel excavation combined with wedge cut design could provide a reference for similar engineering designs.

KEY WORDS:Blasting； Wedge slotting; Plugging; Temporary plugging; Diversion tunnel; Dam

中图分类号：TD235； TV542+.4

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.013

作者简介：蒋文斌(1983-)，男，硕士、工程师，主要从事矿山爆破一体化与工程爆破的设计与施工。 E-mail：524368583@qq.com

收稿日期：2015-05-20

文章编号：1006-7051(2016)01-0061-03