大頂子山航電樞紐工程上游縱向混凝土圍堰拆除爆破施工方案

張 薇，付 強，張偉堯

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.綏芬河中環水務有限公司，黑龍江 綏芬河 157300;3.佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

1 工程概況

大頂子山航電樞紐是一座以航運、發電和改善哈爾濱市水環境為主，同時具有交通、水產養殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。樞紐建筑物有船閘、泄洪閘及混凝土過渡壩段、河床式水電站、土壩、閘(壩)上公路(橋)等。水庫正常蓄水位116.00 m，總庫容19.97億m3，裝機容量66 MW，最大下泄流量22 704 m3/s。樞紐總平面布置從右至左為:船閘、10孔泄洪閘、河床式水電站、28孔泄洪閘、混凝土過渡壩段、土壩及壩上公路(橋)等，壩線全長3 249.78 m。

2 爆破拆除要求

1)爆破設計與施工要執行《爆破安全規程》(GB6722-2003)、《水電水利工程爆破施工技術規范》(DL/TS1235-2001)。

2)為確保電站運行安全，設備保護要求控制爆破振動速度 ＜1 cm/s。

3)爆破碎渣須往左側28孔泄洪閘拋擲。

4)爆破后塊體大小控制在70～80 cm。

5)控制飛石不得損壞廠區建筑物及設備。

6)控制單響藥量不但要考慮地震波，還要考慮水的沖擊波的危害。

3 爆破設計

3.1 圍堰1-4段爆破設計

該段圍堰長60 m，頂面寬度1 m，標高▽117.75 m，拆除到▽108 m，高程差▽9.75 m，底部寬度▽5.87 m，根據該段圍堰結構情況，采用一次爆破拆除，炮孔布置如圖1。

圖1 圍堰1-4段炮孔布置示意圖

鉆爆參數包括:

1)孔徑:Φ =90 mm;2)孔距:a=1.3 m;3)排距(b):孔口距=0.1～0.3 m，孔底距 =1.47 m;4)單位耗藥量:q=1 kg/m3;5)單孔藥量(Q)按公式Q=q·S·H計算(式中S為單孔負擔面積，H為拆除高度);6)起爆網絡與延時，起爆網絡采用毫秒微差延時起爆技術，孔內安放毫秒10段雷管(t=380 ms)，孔間小組延時用Ms2段(t=25 ms)。

3.2 圍堰5-12段爆破設計

在靠近廠房左側邊墻處采用鉆減震孔、預裂孔和開設分離槽等措施，而后再逐段爆破。

3.2.1 減震孔鉆孔參數

在距廠房左側邊墻50 cm處鉆一排減震孔，如圖2、圖3所示。

1)孔徑:Φ=40 mm;2)孔距:a=0.1～0.3 m;3)孔深:L=3.6 m;4)孔數:N=9個;5)減震孔按單耗q=0.4 kg/m3標準裝藥(隔孔裝藥)，在分離槽開成后施爆，破碎該部分混凝土。

圖2 圍堰5-12段減震孔、預裂孔布置截面示意圖

圖3 矩孔布置平面示意圖

3.2.2 第一層預裂孔鉆爆參數在距減震孔50 cm處布置一排預裂孔，如圖2、圖3所示。先起爆預裂孔，產生一條約0.5～1 cm寬的裂縫，鉆爆參數如下:

1)孔徑:Φ =40 mm;2)孔距:a=30 cm;3)孔深:L=3.6 m;4)線裝藥密度:q線 =150 g/m;5)單孔藥量:Q=540 g;6)孔數:N=9個;7)總藥量:Q總=4.86 kg;8)填塞長度:填塞長度不小于孔距，以下各設計中都相同。

3.2.3 分離槽第一、第二層鉆孔參數

預裂縫形成后，在距預裂縫50 cm處沿縱向開設一條分離槽。布設5排炮孔，每排5個孔，炮孔布置如圖4所示。

圖4 圍堰5-12段炮孔布置斷面示意圖

第一層鉆爆參數如下:

1)孔徑:Φ=40 mm;2)孔距:a1=0.4m;3)排距:孔口距b1=0.1～0.3 m，孔底距b2=0.38 m;4)孔深:L=3.6 m;5)單位耗藥量:q=400 g。

第二層鉆爆參數如下:

1)孔徑:Φ =40 mm;2)孔距:a=0.6 m;3)排距:b=0.37 m，4)孔深:L=5 m;5)單耗:q=1 kg/m3。

3.2.4 主爆炮孔鉆爆參數

分離槽開出來后，圍堰其他部分的爆破，其起爆藥量可按鉆孔位置與被保護物的實際距離逐漸加大，以加快施工進度。鉆爆參數設計為:

1)孔徑:Φ=90 mm;2)孔距:a=1.3 m;3)排距:孔口距b1=0.1～0.3 m，孔底距b2=1.33 m;4)單耗:q=1 kg/m3;5)起爆網絡與延時，起爆網路延時設計，孔內使用Ms10段非電雷管(t=380 ms)，孔外使用Ms2段雷管，排間延時25 ms。起爆網路見圖5。

4 爆破效果

混凝土圍堰破碎后的塊度能滿足70～80 cm的要求。馮叔喻院士在研究水下爆破巖石時得出如下結論:對于5級巖石(抗壓強度 400～1 000kg/cm2)水下爆破，當單耗為0.5 kg/m3時，巖石的破碎粒徑一般為52 cm(占95%以上);當單耗為0.7 kg/m3時，巖石的破碎粒徑一般為38 cm(占95%以上)。待拆圍堰混凝土為C20F200，抗壓強度小于5級巖石，因此，可以推論，本設計水下爆破采用的單耗為1 kg/m3左右時，基本能達到業主的要求。

圖5 起爆網絡示意圖

[1] 馮叔瑜，等.爆破工程﹙上冊﹚[R].北京:中國鐵道出版社，1980.

[2] 劉清榮.控制爆破[R].武漢:華中工學院出版社，1986.

[3] 汪旭光，于亞倫.拆除爆破理論與工程實例[M].北京:人民交通出版社，2008.

[4] 林學圣.土石爆破[M].南京:南京工程兵工程學院出版社，1985.

[5] 張正宇，等.現代水利水電工程爆破[M].北京:中國水利水電出版社，2003.