中部引黄水源工程取水口岩坎围堰拆除方案设计

张明洁

（山西中部引黄水务开发有限公司，山西 太原 030000）

1 概况

1.1 工程概况

山西省中部引黄水源工程地处保德县境内，包括取水口、引水隧洞、沉沙池地下泵站、出水池等建筑物。取水口位于黄河干流天桥水电站左坝头上游380 m 处，进水塔引水方式为无压引水。进水流道底板高程826.0 m，最低取水位830.0 m，设计取水水位834.0 m。

1.2 围堰概况

取水口处因受地形、水情及外部条件等限制，采用预留岩坎形成围堰，堰顶高程为835.8 m。取水口岩坎围堰迎水面受库区水流冲蚀较多，形成倒悬，整体呈“”形，如图1 所示。

图1 取水口围堰结构图

本次拟对取水塔前13.2 m 宽的岩坎进行拆除。根据勘测情况，岩坎厚度最大处为5.59 m，最小处为1.77 m。岩坎围堰采用三排φ219 钢管桩，共计54 根，钢管壁厚10 mm，内注M25 砂浆进行加固；为保证围堰稳定，岩坎后设板梁内支撑系统，支撑横梁尺寸为40 cm×100 cm（宽×高）；混凝士强度等级为C20；配单层φ28@20 cm 玻璃纤维筋网。根据计算拟拆除岩坎围堰总体积约1 156 m3，其中爆破法拆除岩坎围堰1 150 m3，含岩石体1 066 m3，岩石后现浇板、横梁约84 m3；凿除破碎法拆除2 层共4 根“八”字形支撑梁，约6 m3。

2 围堰爆破拆除难点分析

2.1 围堰距永久性水工建筑物近，爆破安全控制要求高

取水口建筑物为进水塔，设置拦污栅一道，工作闸门两道，进水塔拦污栅闸墩与预留岩坎紧邻，爆破拆除时，爆破振动、水击波以及石渣对保护对象的不利影响，是本次爆破拆除的重大技术难点。

2.2 围堰采取密集钢管桩加固，整体性好，爆破拆除难度大

预留岩坎布置三排54 根φ219 钢管桩进行加固，1.2 m2/根的密集钢管桩增加了围堰的整体性，同时也大大增加了围堰爆破拆除施工难度。根据以往工程经验，钢管只能被炸裂失稳不能被炸断，而钢管桩内部的砂浆更是增加了钢管破坏失稳的难度甚至无法破坏钢管桩，因此克服钢管桩的影响，使得围堰顺利解体，钢管桩与岩石分离，是本次围堰爆破拆除的最大难点。

2.3 围堰距居民区较近，爆破质点振动速度要求较高

取水口围堰距离天桥水电站生活区较近，仅有约48 m，采取有效的爆破方式，将爆破质点振动控制在允许范围内，且保证爆破飞石控制在安全范围内，也是本次围堰爆破拆除的一大难点。

图1 炮孔布置平面图

2.4 外围施工条件差

在黄河干流中的施工围堰，工作面狭窄，限制了施工人员、机械设备、施工材料的投入，导致施工效率低，增加了围堰拆除的施工费用，拖延了工期。

2.5 起爆网路复杂、爆破器材抗水性能要求高

网路设计及施工精度是保证爆破效果和爆破安全的关键，不仅要求按设计起爆顺序、起爆时间全部准爆，而且不允许发生重段和串段现象。

3 围岩拆除方案

根据工程特点及施工条件围堰拆除拟采取一次性整体爆破拆除，用架立式潜孔钻机造φ108 爆破孔，爆破孔间距为0.8～1.5 m，排距为0.9～1.5 m；上下游各布置一排预裂孔和一排减震孔，预裂孔的间距为0.8 m，减震孔的间距为0.5 m，为保证基础的稳定，爆破孔不超深，在岩坎底部钻设一排倾斜的近水平光爆孔，水平倾角15°，间距0.9 m，钻孔深度5.1～7.5 m，为防止造孔联通库区造成涌水，在造孔前进行精确放样，保证孔底至库区尚有2 m 距离即可；另采用手风钻在进水塔前钻设一排减震孔，防止爆破对底板的影响，钻孔孔深2.0 m，孔间距0.5 m，采用φ32 药卷二、三节一捆连续装药，采用非电毫秒雷管网路爆破，起爆雷管使用激发针引爆。炮孔布置平面图见图2，各炮孔参数见表1。

表1 各炮孔参数表

爆破后，爆破后首先在846 m 平台采用28 m 长臂反铲清理部分爆渣，取水塔闸墩间以及长臂反铲无法清理的部位，采用潜水员配合吊车进行水下清理，然后通过20 t 自卸汽车将爆渣运至渣场。爆渣清理完成后，派潜水员将钢管桩进行水下切割，然后将钢管桩吊运至堆放场集中处理。

4 爆破安全防护设计

因施工区域狭小且距离取水口建筑物、居民区较近，在采取爆破作业时需增加安全防护措施。安全防护采取以下方法：

4.1 被动防护

对需保护建筑物和设施的重要部位进行专门防护，即在重要部位铺设轮胎及竹条板进行安全防护，尤其是取水塔混凝土、闸门迎水面。

4.2 主动防护

主动防护的对象是爆区，主要是为了控制震动、飞石对周边建筑、设施的影响。主动防护的方法有以下几点：一是加强孔口的堵塞，严禁不堵塞或堵塞不牢的爆破。必须严格控制装药量和堵塞长度及质量。二是设置合理的最大单段药量，通过对保护物爆破安全控制标准的分析，提出合理的最大单段药量，通过控制单段药量达到控制爆破有害效应的目的。三是起爆网路的防护是爆破成败的一个很重要环节，首先严格联网制度，由专人联网，接力雷管的保护用废风管将接力雷管包裹起来，固定在围堰上面。四是对爆区表面进行覆盖。在爆区表面，采用一层柔性垫层和刚性垫层组合防护，首先挂层橡胶皮带，皮带前面加一层竹条板。每个防护层都必须固定并紧贴在被保护体的上面。此外，爆破时，应将人员和可移动设备撤至安全地带。

如围堰爆破时，由于爆破体和闸门及门槽之间距离极近，需在闸墩、门槽、拦污栅槽、上部排架等建筑物上挂设2 层橡胶轮胎及满铺竹跳板防止飞石破坏，并在取水塔底板铺满沙袋或柔性防护，避免爆破石块砸伤闸门前的混凝土结构面。为降低爆破质点振动，减少爆破飞石，在爆破表面设置双层主动防护网+竹条板+砂袋覆盖，这样既能达到控制爆破飞石的目的，同时能够降低爆破质点振动速度。考虑起爆后存在库水携渣倒灌的问题，起爆前在取水塔闸门前岩坎间铺满柔性材料（如秸秆类）以起到缓冲作用，对取水塔836.6 m 板以下的结构进行防护。柔性材料采用10#钢丝绳按1 m3/个打包绑扎牢固，考虑浸水后运出基坑，按3 个串联成整体并将钢丝绳引至基坑外编号并分序排列，以便爆后利用吊车逐串从拦污栅孔吊运出取水塔前基坑。对于取水塔836.6 m 以上排架混凝土，因拦污栅处离岩坎较近，考虑在排架外侧按20 cm 间距+满铺方木防护至846 m。同时在岩坎上下游及两侧、进水塔底板前各布置一排减震孔，削减爆破地震波。

5 爆破安全监测

5.1 监测目的

取水口周边建（构）筑物较多，施工环境复杂，除了进水塔混凝土结构及附属金属结构，天桥电厂生活区的居民楼、景观凉亭等建筑物，还有天桥电厂的发电厂房、中控室等保护物，且距离爆区均较近，保护物自身结构不同，爆破安全控制标准也不同。距离爆区的距离不同，爆破振动传播到保护物后的速度值也不同。因此为评估岩坎拆除爆破对进水塔混凝上结构及附属金属结构，天桥电生活区的居民楼、景观凉亭，天桥电厂的发电厂房、中控室等保护物的影响，需要进行爆破振动监测。爆破的时候，在这些重要部位上布置爆破振动监测测点。

5.2 测试系统

所选用的监测设备均需通过省级计量单位标定，宜选用Blast-UM 型号测振仪。

5.3 爆破振动监测布置

由于保护物比较多，所以选择重点部位进行监测，取水塔可选取拦污栅墩、工作闸门槽作为监测点，天桥电厂生活区可选景观凉亭、生活区围墙以及生活区代表性砖混结构建筑物作为监测点，另外在天桥电厂中控室布置一个振动监测点。测点均布置在保护物基础部位，监测水平径向、水平切向和垂直向的质点振动速度。

6 结语

中部引黄水源工程取水口施工围堰位于黄河干流，存在爆破安全控制要求高、围堰爆破拆除难度大、距居民区近、外围施工条件差等特点，合理地选择爆破方案尤为重要。本方案设计为具体施工组织计划的编写及实施奠定了理论基础，具有十分重要的意义。该施工围堰已于2018 年10 月成功拆除，充分验证了围堰爆破拆除难点分析的全面性及所选方案的合理性，可为类似工程提供借鉴。