浅谈水电站厂房围堰爆破拆除方案与安全技术措施

2022-06-29周宝文

城市建设理论研究(电子版) 2022年18期

周宝文

中国葛洲坝集团易普力股份有限公司重庆 401121

1 工程概况

巴基斯坦卡洛特水电站厂房围堰[1]是尾水渠开挖区的一部分，厂房尾水渠底宽111.4m，尾水管出口以1∶3的反坡连接至高程385.8m平底段，并与主河床相接。围堰堰顶高程为404.0m，堰顶浇筑2m高混凝土挡水墙至高程406.0m，堰顶宽≥15m，堰顶长度160m，最大堰高约27.5m。由于引水发电建筑物布置在吉拉姆河右岸河湾地块内，采用引水式地面厂房，故厂房施工需在围堰保护下进行，机电安装工作结束后拟对围堰进行爆破拆除。

2 围堰开挖方案

2.1 围堰开挖顺序

厂房围堰爆破施工对右侧河湾地块内主厂房机电安装区有很大影响。此次开挖方案以控制爆破飞石及降低爆破振动为重点，尽可能降低爆破对相邻建筑物和机电安装区影响，靠近主厂房方向预留约5-6m岩梗，以现有临空面为基础，爆破方向避开主厂房，沿着现有施工道理布置开挖顺序。岩梗区域采用小台阶、小孔径的浅孔爆破方式，降低爆破规模。爆破产生的大块采用破碎锤进行二次处理。

2.2 施工分层

根据厂房围堰和尾水渠边坡结构特点，将厂房围堰开挖共分为8层，分层高度为3-11m，分层具体情况见下图。

图1 厂房围堰开挖分层示意图

3 拆除爆破参数设计

围堰预留岩埂呈台阶形，台阶走向与尾水渠底板走向平行，下基坑道路与尾水渠走向斜交，导致钻爆施工梯段分层高度变化较大，主要涉及深孔台阶梯段爆破、浅孔爆破，临近永久边坡需采用预裂爆破。

3.1 梯段爆破参数设计[2-3]

现阶段厂房围堰最高堰高为EL406m，垂直开挖高度3-19m，在预留岩梗的前提下，岩梗左侧采用中深孔梯段爆破，因岩梗岩层由粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层组成，岩性较差。爆破参数的合理选择是决定爆破质量和进行控制爆破安全的关键，具体参数设计如下：

（1）台阶高度（H）与炮孔直径（D）

根据开挖布置，深孔梯段爆破台阶高度为6-10m。结合主厂房前期爆破参数，以及类似复杂环境下爆破有害效应控制经验，炮孔孔径拟选取Φ90mm，利于控制单孔药量和爆破规模。

（2）钻孔超深（h）的确定

超深可降低装药中心位置，克服台阶底板的岩石夹制作用，使爆破后不残留根坎，开挖后形成平整的底部平面[4]。根据实践经验，超深可按下式确定：

h=（8-12）D

式中：H——台阶高度；

D——钻孔直径，取D＝90mm

根据以上计算方法，结合围堰岩性和台阶高度，选取为h=0.5-1m。

（3）底盘抵抗线（W1）的确定

底盘抵抗线是深孔爆破的最重要参数之一，底盘抵抗线的大小同炸药威力、岩石爆破性、岩石破碎要求以及钻孔直径、台阶高度和坡面角等因素有关，因此必须合理科学选取。通常情况下按炮孔孔径倍数确定底盘抵抗线，计算公式如下：

W1=（20-30）D

式中：D——钻孔直径，取90mm。

根据以上计算方法，结合主厂房爆破经验值和围堰周围施工环境，W1取1.8-2.7m。

（4）堵塞长度（L2）的确定

合理的堵塞长度和良好的堵塞质量对改善爆破效果、确保爆破安全、提高炸药能量利用率具有重要作用。堵塞长度主要与炮孔孔径、最小抵抗线有关：

L2=(0.75-1.0)W1或L2=(20-40)D

式中：D——钻孔直径，取D＝90mm；

W1——底盘抵抗线，取W1=1.8-3.0m。

根据以上计算方法，结合围堰岩性及施工环境，取较大值2.5-3.5m。

（5）单耗（q）的确定

根据岩性、炸药种类、自由面条件、起爆方式和块度要求等条件，结合主厂房前期爆破单耗经验值和厂房周围复杂的施工环境，选取较低的单耗，q=0.35-0.4 kg/m³。

（6）孔距（a）和排距（b）的确定

合理的孔排距是改善爆破效果，降低爆破成本的关键。布孔形式一般有梅花型和矩形等。孔距按下公式计算：

a=m*W1

式中：m——炮孔密集系数，本工程取1.3-1.5。

当孔径为90mm时，一般取孔距a=3.0-3.5m，排距b=2.5-3.0m，具体根据现场实际情况予以调整。

根据以上计算方法，针对围堰复杂的施工环境和开挖有关安全技术要求，深孔梯段爆破设计参数见表1。

表1 深孔梯段爆破参数设计表

3.2 岩梗（浅孔）爆破参数设计

为控制爆破对主厂房机电安装区域的影响，临近建基面的台阶高度不足5m时使用浅孔爆破。炮孔深度H＜5m，孔径D=90mm；浅孔爆破单孔爆破方量使用爆破漏斗法计算，排距一般取1-2m，孔距一般取1.5-3m；与深孔台阶爆破单位炸药消耗量相比，浅孔爆破的炸药消耗量应大一些，一般取0.40-0.45kg/m3。

3.3 预裂爆破参数设计

边坡预裂爆破采用一次性钻爆作业的方式，先在主爆孔爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓[5]。

（1）预裂孔孔径D

为保证预裂爆破质量，取孔径D=Φ90mm，过程中利用坡度尺控制钻孔角度使其与设计坡度一致。

（2）预裂孔孔距a

采用经验公式a=（8-12）D, 考虑边坡多属永久性边坡，根据现场实际情况暂取0.8m。

（3）孔深L

为保证底板不被破坏，预裂孔不设置超深，钻孔深度根据边坡高度和坡度计算。

（4）不耦合系数Dd

现场使用Φ32 乳化药卷装填预裂孔，不耦合系数为Dd=2.8

（5）线装药密度Qx

线装药系数是指炮孔装药量对不包括填塞部分的炮孔长度之比，单位是kg/m。采用合适的线装药系数可以控制爆炸能对岩体的破坏。该值可先通过下列经验公式确定，具体作业过程中根据试验结果进行调整和优化。

Qx=0.188aδ0.5

式中：a——孔距，m。

δ——岩石极限抗压强度，MPa，本工程δ=21.3MPa；

根据计算和以往施工经验，结合本工程岩性情况，正常装药段取250-350g/m；为克服底部岩石夹制作用，孔底强装药段为设计药量的10倍，位于孔底1.5m内；为防止顶部受应力波反射拉裂，上部采用减弱装药，线装药密度150-200g/m。

（6）堵塞长度

由于预裂爆破顶部有自由面存在，药包爆破后爆炸应力波会在顶部自由处发生反射拉伸作用，致使孔口岩石完整性遭到破坏，现场一般取1.8m。

3.4 最大单响药量

Q=R3（V/K）(3/a)

式中：R—爆源中心至建筑物的距离；

V—允许爆破振动速度，电站机电设备允许爆破质点振动速度为0.9cm/s；

K、a—场地系数，查表得K=150，a=2。

实践中K、a受地形、岩性变化影响很大，最大单响药量将根据现场爆破监测数据进行调整。

4 施工方法与工艺

4.1 施工方法

4.1.1 大面开挖

大面开挖采用自上而下分层进行梯段爆破开挖，挖梯段高度为6-10m，临近边坡20m范围内分层出渣，每层出渣5m，待支护完成后继续向下开挖。钻孔采用JK590高风压钻机造孔，爆破炸药主要采用人工进行装药，大面爆破采用微差爆破技术，对于边坡顶部和局部边角部位大型钻机无法施工的部位，可采用100B型潜孔钻机钻孔，并辅以YT-28手风钻钻孔爆破开挖。

4.1.2 边坡结构面开挖

预裂爆破施工流程为：测量放线→布孔→钻机就位（角度校正）→钻孔→检查→装药、连网爆破→进入下一个循环。

在边坡开挖施工中采用预裂爆破技术。预裂孔主要采用JK590高风压钻机造孔，钻孔深度按马道高程控制。钻孔根据不同高程的台阶，按照设计高程进行放样，并将每个孔位用油漆标明，计算出预裂孔深和角度。钻机就位，采用样架或水平尺对钻孔角度定位校正，开孔后加强中间过程的深度和角度校核，以便及时纠正偏差，钻孔完成后检查孔深，超钻应回填，若孔深不足，应补钻至设计深度，确保建基面开挖质量。

4.1.3 建基面开挖

建基面通过预留保护层的方式开挖。保护层厚度一般预留1.5-2.0m，视现场作业条件和建基面控制要求通过浅孔控制爆破方式开挖。

采用采用JK590高风压钻机造孔，小药量、小规模控制爆破，边缘及棱角部位适当预留1m-1.5m保护距离，采用破碎锤机械凿除找平，以防止爆破拉伤被保护体。建基面岩性较差部位应在孔底设10cm-15cm柔性垫层，或预留10cm-15cm保护距离，爆破清渣后进行超欠挖检查，欠挖部分采用破碎锤机械凿除，最大程度保证建基面开挖满足设计要求。

4.2 施工工艺

4.2.1 测量放线

场面平整后，测量人员根据爆破设计对爆破区工作面进行高程测量，并做记录。测量技术人员根据爆破设计对炮孔开口孔位放线，并用红油漆对每个孔位进行标识，同时提供各相应孔位的地面高程，形成记录。

4.2.2 钻孔

钻机进入工作面后进行就位、调整，开钻前调整钻孔方向、角度。开钻时，钻机开孔孔位与设计孔位误差不能超过一个钻头直径。由于地质原因不宜钻进、卡钻或不易成孔时，及时通知施工技术人员，提出修改或替代方案，并形成记录。施工技术人员根据钻机钻进过程中难易程度和岩粉性状，提出可能存在的地质情况沿孔深变化的初步评价并形成记录，以利于爆破参数的调整和爆破效果的分析。

4.2.3 装药结构

主爆孔采用连续耦合装药结构，使用φ90乳化、散装铵油炸药装药，非电雷管进行起爆，如遇岩性改变，进行耦合不连续装药，间隔段错开夹层位置，避免能量外泄。预裂孔采用间隔不耦合装药结构，使用φ32乳化炸药装药，导爆索进行串联，对于不同岩性的岩石，装药密度适当增减。