柘溪扩机工程进水口预留岩坎拆除爆破

蒋清球，刘佳良

(中南勘测设计研究院， 湖南 长沙 410014)

柘溪水电站坝址位于湖南省安化县城上游12 km处，距益阳市147 km，工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益的水电站。

柘溪水电站扩机工程装机容量2×250 MW，工程主要建筑物由进水口、闸门室、引水隧洞、地面厂房、主变场、尾水建筑物、GIS开关站、出线平台和副厂房等组成，进水口施工采用预留岩坎加时段围堰的挡水方式。

1 破设计条件和特点

扩机工程进水口岩坎围堰位于右坝头上游60～120 m处，原电站拦污栅内。岩坎外侧边坡走向近南北，地形坡度30°～45°。出露地层为Ptbn2w2-18～Ptbn2w2-25-1，主要岩性：带状砂质板岩、细砂岩与长石石英砂岩，坚硬致密。岩层产状：70°～80°/NW∠50°～60°。

进水口围堰距离大坝55 m，距离大坝灌浆帷幕50 m，距离进水口框架结构25 m，距离进水口闸门90 m，距离导流洞堵头36 m。 围堰爆破开挖过程中产生的震动(冲击)、飞石将对基岩、建筑物及设备等造成不同程度的影响和危害，因此进水口岩坎围堰的爆破拆除必须进行爆破震动和飞石控制，进行合理可行符合本工程实际情况的爆破设计。

进水口围堰自开工以来，通过方案的不断调整，最后一炮预留岩坎形成中部狭窄，两边宽的复杂不规则体型。该岩坎堰顶上游最宽处44.7 m，下游最宽处17.28 m，中部(2#冲沟处)最窄部位2.57 m，一次爆破总方量约2万 m3。

最后预留岩坎爆破为A级爆破，采取一次性水下爆破拆除的方案，爆破总装药量16.0 t。

本次爆破主要特点及难点是：

(1) 周围环境复杂，距离最近的进水口框架结构仅25 m，爆破安全要求高。

(2) 岩坎围堰体型变化大，不规则，施工爆破精度难控制。

(3) 次爆破方量达2万m3，规模大，要求在汛期来临前完成爆破与出渣，工期紧。

(4) 本次爆破起爆网络复杂，大部分在水下爆破，器材抗水性能要求高。

2 围堰爆破技术设计

2.1 爆破参数

2.1.1 钻孔直径

采用液压钻钻孔(潜孔钻辅助钻孔)，钻孔孔径为Φ91 mm，药卷直径为Φ70 mm，不偶合系数0.8。

2.1.2 钻孔布置形式

为了保证更好的爆破效果，爆破孔呈梅花形布置。岩坎迎水面与背水面第一排均为坡度1∶0.1～0.5的斜孔，其它孔为垂直孔，靠近设计周边光爆孔坡度1∶0.2(0.4)，爆破孔孔深11.2～12.4 m(设计底板坡度为1∶10，钻孔时进行精确定位并确定高程和角度，每孔超深1.5 m。

2.1.3 炸药单耗

根据计算，爆破孔底部2/3范围内单耗取值1.5 kg/m3，上部1/3范围内单耗取值1.0 kg/ m3，靠拦污栅侧的最后一排梯段孔，采用弱松动爆破，单耗取值为0.8 kg/m3。

2.1.4 孔网参数

孔内使用Φ70 mm的乳化炸药(单条重量2.0 kg)。迎水面第一排孔抵抗线W为1.5 m，孔间距1.5 m；中部炮孔孔间排距a=b=2.0 m；靠拦污栅的最后一排梯段孔孔间距1.5 m，排距1.2 m；光爆孔间距0.9 m。

2.1.5 装药结构

(1) 主爆孔。爆孔均使用Φ70 mm药卷连续装药，但靠拦污栅的最后一排靠近底部3 m范围用Φ70 mm药卷连续装药，其余采用Φ32 mm药卷连续装药，堵塞长度2.5 m，堵塞段设置1 kg(1/2Φ70)解小药包。

主爆孔孔内由两股导爆索与两发高段位(MS15)雷管起爆，孔外四发低段位雷管(MS3)延期，单孔单响，最大单孔药量40 kg。

(2) 光爆孔。全孔使用Φ32 mm炸药(单条0.2 kg)间隔装药(间隔5 cm)，孔底2 kg底药，线装药密度0.8 kg/m。

光爆孔孔内两股导爆索+2发高段位(MS15)雷管起爆，孔外每三孔一响，4发低段位雷管(MS2)延期。

2.2 爆破网络设计

为保证爆破网络可靠性，本区爆破采用复式网络，拟从围堰冲沟最外侧一排孔开始，逐渐向上、下游和拦污栅方向顺序、毫秒微差起爆，每排孔孔外四发低段位延期雷管(MS3)串联，并隔5孔设置2发搭接雷管(MS5)，排与排之间利用4发MS5段进行延期，上游与下游的孔整体利用四发MS2段与MS3段延期(最后两排利用MS4段进行延期)，上游与下游的光爆孔整体利用4发MS3段延期。爆破网络见图1。

图1 爆破网络

3 爆破安全措施

3.1 爆破振动控制

根据GB6722-2003《爆破安全规程》和DL/T5135-2001《水电水利工程爆破施工技术规范》的规定，并通过现场试验，拟定柘溪扩机工程主要建筑物和设备爆破振动安全控制标准的允许最大质点振动速度为0.5～10 cm/s。

主体工程开挖过程中，在进水口、大坝、导流洞、老厂房、原开关站、尾水出口共布置了10个测点对爆破施工进行了全程监测，并根据监测结果及时调整爆破参数，确保电站建筑物的安全。

3.2 围堰爆破安全距离

爆破飞石距离按以下经验公式估算：

Rf=20n2WKf

式中：Rf—飞石对人的安全距离，m；

n—爆破作用系数，取1.25；

Kf—安全系数，取1.5；

W—最大药包的最小抵抗线，取2 m；

计算结果：Rf=93 m，取300 m。

根据围堰爆破飞石安全距离不小于300 m 的要求，把300 m定为设备危险区，500 m定为人员安全区。高程方向为堰顶上方20 m。爆破时，将人员和可移动的设备撤至警戒区以外，危险区内不能移动的设备则采取必要的保护措施。

库区的防护，安全距离为1 km，所有在水中作业的船只和人员均撤离到1 km以外的区域。

3.3 水击波防护

由于最后一炮爆破前，事故闸门已经下闸，同时基坑内至闸门段已经充水，为减少岩坎最后一次爆破水击波对进水口闸门产生破坏，一方面通过控制药量来减少水击波产生的破坏力；另一方面，采用气泡帷幕的方式，在拦污栅后纵向敷设两根直径48 mm的钢管作为喷气管，在管上钻两排直径2.0 mm、间距为25 mm的喷气孔，两排喷气孔间夹角为90°，使各排喷气孔喷出的气泡碰撞，即搅动水流，又增加帷幕厚度。为尽量提高单位时间内气泡在水中的密度，采用的压缩气体压力必须大于该处的水压力，为满足以上要求，采用大容量的空压机(80 m3)，以加大供气量和供气压力，延长气泡在水中的停留时间。

3.4 二次刚性防护设计与安装

由于刚性防护在第二区爆破前已经拆除，而考虑到该次爆破规模较大，靠拦污栅一侧爆破时爆碴有可能随水流进入到拦污栅内，在拦污栅外侧再设计安装一套刚性防护屏(防护网片外敷设安全网)，防护至高程144.00 m，待围堰充水完成后，用小船进行双层彩条布防护至高程153.00 m，防护屏采用Φ48 mm架管，网片采用φ6.5 mm圆钢，吊钩采用Φ28 mm螺纹钢，现场拼装，爆破后利用缆机或反铲勾出。

4 爆破实施

进水口预留岩坎爆破效果见图2，施工现场实测最大质点振动速度分别为大坝2.18 cm/s，灌浆帷幕1.49 cm/s，电站中心控制室0.09 cm/s，最大为4.62 cm/s(钢筋混凝土框架结构)，根据各防护点采集的数据显示，施工现场各个测点实测最大质点振动速度均未超过各防护点控制标准，施工爆破震动和飞石得到了有效的控制，进水口闸门等建筑物均完好无损，实现了安全爆破。

图2 进水口预留岩坎爆破效果

参考文献：

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