黄登水电站1号导流洞进口全年围堰拆除爆破

2019-09-24李昌武赵兴旺

水力发电 2019年6期

李昌武，赵兴旺

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司黄登监理中心，云南兰坪 671406)

1 工程概况

黄登水电站位于云南省兰坪县境内的营盘镇上游，坝址控制流域面积9.19万km2，多年平均流量901 m3/s。水库正常蓄水位1 619 m，总库容15.00亿m3；电站总装机容量1 900 MW，拦河大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高203 m，导流洞工程位于右岸，采用单洞分流双洞度汛的方案。1号导流洞进口堰基及边坡地层为T3xd5变质玄武岩[1]，主要为弱风、弱卸荷岩体，透水性较强。全年围堰采用重力式混凝土围堰，围堰轴线长66.88 m，采用C20混凝土浇筑，上游坡面为铅直，下游坡面为台阶状，综合坡比为1∶0.65，台阶宽1.95 m。堰顶高程1 498.00 m，堰基高程1 480.00 m，导流洞进水塔底板高程1 473 m，其中1 473～1 480 m高程为预留岩埂。围堰拆除采取分段、分层的方式进行，首先进行为1 489～1 498 m高程围堰揭顶及堰脚补强加固混凝土拆除，最后一次爆破拆除1 473～1 489 m高程范围过流断面内的全年围堰，总拆除方量为6 200 m3。

2 围堰拆除爆破施工难点

围堰拆除爆破的施工难点有以下几点：

(1)进口全年围堰为重力式围堰，围堰整体分别由上部混凝土重力围堰和下部预留岩埂两部分组成，围堰施工阶段受江水雍高影响，未开挖进水塔底板高程就进行全年围堰施工，在围堰拆除时江水仍位于1 491.5 m高程，高出进水塔底板达18.5 m，主体围堰拆除属于半水下爆破施工，增加了围堰拆除爆破施工难度。

(2)围堰距离进水塔和闸门槽最近处为50 cm，最远处为4 m，因此不仅要采取必要的防护、保护措施，同时还应控制爆破振动速度及安全飞石，减少对进水塔造成危害，这是爆破拆除的最大难点。

(3)爆破块度和爆堆形状控制标准高，水下出渣难度大，只能依靠水流冲渣，对爆破块度和爆堆形状提出了很高的要求。

(4)起爆网路复杂、爆破器材抗水性能要求高。

(5)装药难。受炮孔装药长度深、炮孔内渗水、漏水等恶劣施工环境的制约，保证装药和堵塞质量成为本次爆破的难点。

3 爆破方案选择

3.1 爆破布孔方式的选择

根据围堰拆除的一般经验[2]，拆除爆破设计可分为垂直孔方案和水平孔方案，两方案优缺点比较见表1。

表1 垂直孔方案和水平孔方案优缺点比较

结合本拆除工程的特点、难点，通过对水平孔、垂直孔方案的优缺点的多次专题会比选，围堰爆破拆除要确保优先保证保护对象的安全，其次再考虑施工难度、进度等因素，最终确定主体围堰爆破采取水平孔。同时对下游边墩影响区域采取发散孔的布孔方案，单孔单响的高精度非电毫秒微差顺序起爆网路，预裂隔振、缓冲孔减振加主动和被动覆盖的综合防护方案。

3.2 钻孔及爆破参数选择

为尽量减少围堰最后一次爆破方量以降低总起爆药量，全年围堰采取分期、分区拆除的方式，本文重点针对最后一次主体围堰拆除进行论述。

3.2.1破钻孔参数

预裂孔爆破参数设计，上下游侧预裂孔，水平布置，向下倾斜5°，间距0.8 m，孔底距离临空面0.5 m，线装药密度为500 g/m，孔口堵塞长度1.0 m，采用导爆索将Φ32 mm药卷竹片绑扎成串状的装药结构。底板预裂孔，水平布置，向下倾斜5°，间距1.0 m，孔口开口位置沿底板高程抬高0.5 m，线装药密度为600 g/m，孔口堵塞长度为0.6 m，采用导爆索将Φ32 mm药卷竹片绑扎成串状的装药结构。

主爆孔爆破参数设计如下：

(1)炮孔直径。为满足Φ70 mm药卷的要求，主爆孔采用110 mm孔径，预裂孔采用90 mm孔径。考虑到孔内会出现大量渗水，炮孔内分别布置Φ90 mm及Φ70 mmPVC套管。

(2)炸药单耗。为确保爆渣块度控制在40 cm以下，同时考虑到水压条件和抛掷的需要，平均单耗控制在1.5～2.0 kg/m3之间单耗随高程下降而增加。

(3)孔网参数。混凝土围堰拆除炸药单耗为1.5 kg/m3，岩埂部分爆破单耗控制在2.0 kg/m3左右。炮孔负担的面积混凝土部位为2.8 m2，对应的孔间距为1.80 m，排距为1.5 m；岩埂部位2.75 m2，对应的孔间距1.80 m，排距1.5 m。考虑到塌孔、预埋PVC管脱节等不确定因素较多，为了保证后期的装药质量和炸药单耗，间排距按照偏密布置，混凝土区域孔网参数按1.50 m×1.50 m布置，岩埂区域底板预裂孔上部第1、2排间排距取1.25 m和1.0 m；底板预裂孔以上3、4、5排间排距取1.5 m和1.25 m，在局部需要增加单耗的部位，适当加密。为进一步减少爆破振动对进水塔、闸门门槽的影响，在围堰与进水塔间布置两排减振孔，减振孔孔径为120 mm，孔净距0.3 m，孔间距0.4 m，孔深12 m，梅花形布置。

(4)堵塞长度。堵塞的目的可防止产生过多的爆破飞石，保证爆破效果，当间排距为1.25 m和1.0 m时，取1 m；当间排距为1.5 m和1.25 m以及1.50 m和1.50 m时取1.2 m。堵塞使用袋装砂。

3.2.2爆破器材的选择

导流洞进口围堰及岩埂爆破拆除为半水下爆破，孔内渗水、透水严重，选择好爆破材料是爆破成功与否的关键所在。为确保爆破作业安全、可靠的进行，经过多次试验[3]，确定了所用火工材料的质量控制标准，即炸药密度大于1 100 kg/m3，炸药爆速在4 500 m/s，作功能力大于320 mL/mol，猛度大于16 mm，殉爆距离大于2倍的药径。药卷采用乳化炸药[4]。乳化炸药具有抗水(3 d)、抗压(3 kg/cm2)性能，起爆(起爆8号雷管感度)传爆(连续传爆25 m)性能好。

3.2.3爆破装药

导流洞进口围堰拆除爆破控制的重点是振动控制。本次爆破需保护的建筑物有闸门进水塔、闸门门槽等，参照相关规程[5]中未明确规定闸门及其相关系统的爆破安全振动标准。根据小湾等类似工程的经验，导流洞及引水洞设计地震设防烈度为Ⅷ度，通过工程类比确定闸门的抗震设计标准为20 cm/s，校核标准为30 cm/s，其他钢筋混凝土结构物的抗震设计标准为15 cm/s，校核标准为20 cm/s。结合2011年汛前在全年围堰堰前进行的枯期围堰爆破拆除的爆破振动效应试验[6]以及前两次爆破成果分析认为，进口现有地质条件下，与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数K和衰减指数α分别取值为：水平径向K=64.9，α=1.57；垂直向K=18.6，α=0.75；水平切向K=19.7，α=0.89较为合适，依照选定的上述参数，取第一保护物闸门槽进行振动校核，在闸门槽距离最后一次爆破的围堰体边缘距离为10 m，炮孔深度大约12 m时，取炮孔中间作为计算点，则保护物距离爆破点的距离为16 m，爆破振动的传播符合萨道夫斯基公式，采用爆破安全规程推荐的K、α值，并结合进水塔混凝土龄期已达到4个月的条件，计算得出最大单响药量控制在45 kg以下。

3.2.4爆破网络设计[7]

起爆网路是爆破成败的关键，由于主体围堰拆除难度大，网路准爆性要求高，因此，进口围堰主体爆破网路选择威海Orica公司生产的高精度非电导爆管雷管。

为达到排间相邻孔不串段、不重段，同一排相邻的孔间尽可能不重段的目的，排间雷管选择42 ms，孔内延时雷管选择1 000 ms段。同时为保证网路安全需要在主起爆线路左侧增加2条副起爆线路，以提高网络可靠度，为保证爆后水流能直接冲渣，必须使渣堆形成一边高一边低的形态，开口后的各排炮孔的抛掷方向大体形成45°抛掷角向缺口部位抛掷，同时为降低爆破振动、改善爆破效果，现场采用在临空面中间开口，爆渣向开口部位抛掷，爆破后方便水流冲渣。

3.3 爆破防护

为确实了解水平孔方案造孔难度和成孔情况，在进行大规模造孔前对水头最高的部位(下部最下一排主爆破孔)随机选择一个爆破孔进行造孔试验，造孔过程中，在距离设计孔深1.5 m处孔内出现射流并携带大量泥砂，据此判断全年围堰堰前原设计的帷幕已可能被破坏，将不能按原设计正常的造孔施工，需采取相应的防渗措施。通过现场多次试验，在整个岩埂区域按照一定比例，按照设计孔深减2 m为标准，采取预固结灌浆堵漏，通过该措施的实施避免了造孔过程中出现射流或大量渗漏等问题，同时提高了岩埂的整体性，最终顺利完成全部水平造孔施工。

由于全年围堰距离进水塔、门槽较近，除了从爆破设计源头上采取两排孔径Φ120 mm减振孔，0.3 m孔净距控制质点振速，也要避免爆破飞石对永久建筑物造成损坏。对于进水塔塔体保护主要采取挂帘和整个进水塔迎爆破面竹排满铺的防护措施；对进水塔、渐变段底板、进水塔门槽底坎保护主要采取被动满铺砂的保护措施；对门槽采取码放一定高度的砂袋防护。

4 爆破效果评价

进口主体围堰最后一次爆破总方量超过6 200 m3，实际总装药量10 224 kg，预裂孔70孔，分9段，预裂孔总装药381.5 kg，单响药量42 kg(底板预裂孔)，线装药密度为0.5 kg/m；主爆孔共330孔，单孔单响，主爆孔装药量9 842.5 kg，最大单响药量45 kg，总单耗1.65 kg/m3，堰体造孔、装药前最后一次炮孔复验完成后，于11月16日夜班启动装药工作，总历时近40 h，在11月18日下午17∶00进行爆破分流，起爆后2号导流洞进口水位从1 491 m直降至1 483 m，水位降幅达8 m，坝区主河道即近断流，1号进口水流平顺、无明显岩埂存在，爆破效果达到预期，对相邻构筑物未造成任何破坏。导流洞进口围堰的爆破振动监测由第三方负责，由爆破质点振速监测资料反映，所有监测点质点振动速度均未超出保护对象的安全质点振动速度。1号导流洞进口围堰主体拆除爆破质点振动监测成果见表2。