江山市峽口水庫發電輸水隧洞進水口閘門豎井開挖爆破安全控制及評價

鄭積花，唐素娟

（1.江山市峽口水庫管理局，浙江江山324116；2.江山市碗窯水庫管理局，浙江江山324100）

1 工程概況

江山市峽口水庫位于浙江省江山市境內江山港上游峽口鎮峽東村，水庫集雨面積399.3 km2，總庫容6198萬m3，是一座以灌溉、防洪為主，結合發電、供水及養殖等綜合利用的中型水庫，水庫大壩為混凝土重力壩，最大壩高68.66 m。峽口水庫建于1966年，1971年大壩主體工程完工。2007年被鑒定為三類壩，2009年6月開始實施除險加固工程。

峽口水庫原發電隧洞進水閘門為工作閘門，根據現行規范要求，除險加固初步設計時，將工作閘門改為事故閘門，后來考慮到該方案在施工中存在較大的安全隱患，施工難度較大，且原攔污柵、閘門孔口尺寸及通氣孔尺寸均偏小等因素，經論證后，進行了設計變更，將原斜拉式改造方案變更為豎井式方案。

變更后，發電輸水隧洞閘門豎井位于水庫大壩左側電站輸水隧洞上方的山坡坡面上，爆破開挖豎井高26 m，主體部分為長方形，其斷面尺寸為7.5 m×4 m，一側中間為一突出的梯形，斷面面積為34.5 m2，其斷面形狀和尺寸見圖1。

由于豎井與引水隧洞垂直，底部與引水隧洞相通，豎井上部爆破開挖處位于水庫大壩壩頂約10 m以下的傾斜山腳坡面上，坡面角約為45°，表層為強風化層覆蓋，基巖為沉積巖，普氏硬度系數f＝8～10，節理、裂隙較發育。豎井爆破區距離大壩僅有18 m，豎井井口距發電輸水隧洞洞頂26 m，豎井東面300 m外為水庫電站，南面為待修建的小型停車場擋墻，東側5 m為即將廢棄的原引水隧洞放水閘門，因此，爆破施工中需加強對爆破安全的控制，并加強監測，以免對這些建筑物造成破壞。

2 安全控制指標

按照我國爆破安全規程，并結合本工程實際情況，為從嚴控制爆破安全允許振速指標，確定本工程控制指標為：

（1）水電站及發電廠中心控制設備的安全允許振動速度為0.5 cm/s；

（2）發電輸水隧洞的安全允許振動值取《爆破安全規程》中規定的水工隧道安全允許振動速度的下限，即7.0 cm/s；

（3）大壩安全允許振動值取齡期7～28 d新澆大體積混凝土安全允許振動速度的下限值，即7 cm/s。

圖1 進水口及豎井縱剖面圖Fig.1 Longitudinal profile of the intake and shaft

3 爆破過程控制

3.1 施工過程

本工程施工分三步進行實施：

第一步，豎井上部平臺部分開挖通過露天淺孔爆破完成；

第二步，豎井中心掏槽爆破，形成一個底部出碴導井。

首先在豎井中心點自上而下分層掏槽爆破，開挖導井，該導井貫通到豎井底部，與底部發電輸水隧洞相通，通過底部發電輸水隧洞出碴，既是擴挖爆破的臨空面，又是從下部出碴的通道。

第三步，導井擴挖，采用全斷面開挖爆破。

導井開挖完成后，豎井擴挖爆破面采用光面爆破技術，采用底部人工或小型裝載機出碴，在每一次爆破后將留存在爆破作業平臺上的部分巖碴采用人工翻臺至中間導井，落入到底部發電輸水隧洞，然后裝運到洞口出碴。

3.2 炮孔布置

3.2.1 導井開挖

（1）炮孔布置和孔深

導井直徑為1.4 m，設計10個炮孔，加中空眼一個，共計11個。炮孔孔徑為?40 mm。全部炮孔都為垂直孔，嚴格保證孔眼的垂直度。

中空眼：布置在豎井圓心處，孔深1.8 m；

掏槽眼：4個，其中2個1號孔布置在距中空眼0.15 m處，2個2號孔布置在距離中空眼0.2 m位置，孔深1.6 m；

周邊眼：布置在距中空眼0.7 m處的圓周上，等分布置6個鉆孔，孔間距0.73 m，與掏槽眼之間的距離分別為0.55 m和0.50 m，孔深1.4 m。

單個掘進循環掘進米數為16.6 m，總掘進米數為360 m。

（2）單孔裝藥量

掏槽眼：每孔裝藥量0.75 kg（5支藥卷），4孔計3.0 kg。

周邊眼：每孔裝藥量0.45 kg（3支藥卷），6孔計2.7 kg。

（3）裝藥高度：掏槽眼：0.85 m；周邊眼：0.51 m。

（4）填塞高度：掏槽眼：0.75 m；周邊眼：0.89 m。

（5）炸藥單耗：平均單耗為：5.7 kg/2.15 m3＝2.65 kg/m3。

（6）導井爆破開挖總需用爆破器材量為：炸藥：106 kg；非電半秒雷管：220發，其中1段44發，2段44發，3段44發，4段88發。

（7）起爆網路：采用孔內延時起爆，每孔孔內裝1發半秒雷管，地表用四通連接成復合回路，采用起爆器起爆。

（8）出碴：從上面人工出碴，爆破后必須進行通風、浮石處理和臨時支護，然后才能進行出碴作業。

3.2.2 豎井擴挖爆破

（1）炮眼布置

炮眼基本按中心小井圓周布置，第一排孔距離小井邊緣約0.6 m，周邊孔布置在豎井輪廓線內10 cm處，孔底落在輪廓線上，中間主爆孔盡量均勻布置，其排、孔距在0.75～0.9 m之間，邊孔孔距在0.75 m左右。其中周邊孔31個，主爆孔26個，一個掘進循環的總炮孔數為57個。

（2）單循環掘進深度：設計循環掘進深度為2.5 m，超深0.3 m，孔深2.8 m。

（3）單循環爆破量：（34.5-1.54）×2.5＝82.40 m3。

（4）鉆孔米數：一個掘進循環的鉆米數為160 m，總鉆米數1664 m。

（5）平均炸藥單耗：1.03 kg/m3。

（6）單孔裝藥量：平均裝藥量為1.5 kg（10個藥卷），其中周邊孔單孔裝藥量為1.35 kg，主爆孔為1.65 kg。最大一段裝藥量為22.5 kg。

（7）需用爆破器材：炸藥量：單個循環1.5×57＝85.5 kg，總需用炸藥量889.2 kg；雷管數：單個循環需用的9段雷管為57發，5段雷管為14發，總共需用9段雷管為600發，5段雷管為150發。

（8）單孔裝藥高度和填塞高度。裝藥高度：周邊孔1.53 m，主爆孔1.87 m；填塞高度：周邊孔1.27 m，主爆孔0.93 m。

（9）起爆網路：采用孔內和地表相結合的延時起爆網路，即在每一個炮孔中裝1發9段毫秒微差雷管，地表用雙發5段毫秒雷管進行排間連接引爆，對于同一段起爆的炮孔，采用四通連接。為了能正確地實現微差起爆，在鉆孔、網路連接時必須按事先設計好的布孔位置和每一個炮孔的雷管段別進行連線。

（10）出碴：每一次爆破后，預留在爆破平臺上的巖碴采用人工翻臺到底部引水隧洞從洞口出碴。

3.3 爆破施工安全技術措施

（1）穿孔作業：嚴格按設計要求的角度、深度和孔位進行鉆孔施工，確保鉆孔質量。對每一個炮孔的最小抵抗線進行嚴格控制，淺孔爆破最小抵抗線不得小于1.0 m，嚴格防止飛石。

（2）裝藥：裝藥前對炮孔進行逐個復核、驗收，并做好和保存驗收記錄。裝藥量按設計要求進行，不隨意增減炮孔藥量。裝藥時防止堵孔，孔內炸藥要用炮棍壓實，并認真確認炮孔雷管段別，防止裝錯。待全部炮孔都完成裝藥后，進行全面檢查，確認無誤后方進行炮孔填塞和網路連接。

（3）起爆網絡嚴格按設計要求連接，孔間用雙發雷管連接，用膠布帶將雷管和起爆導爆管纏緊，地表起爆雷管要盡量遠離導爆管，用石塊壓好并進行雷管碎片防護，避免錯聯和漏聯。

（4）網絡連線指派有經驗的爆破員進行。起爆網絡連接完成后進行全面檢查，確認可靠無誤后通知進行起爆準備。主網絡在第二次起爆信號發出后方進行連接。

（5）加強施工現場管理，嚴格遵守《爆破安全規程》的有關規定和各項安全生產制度。

4 爆破振動監測

4.1 測點布置

豎井爆破施工中，為保證大壩、發電輸水隧洞以及水電站控制設備的安全，業主委托浙江大學水工結構與水環境研究所對爆破振動過程進行監測，對監測數據進行分析并及時反饋給參建單位，有利于施工單位對爆破參數進行優化。

根據現場實際條件，振動測點主要布置在壩體上游面和擋墻附近，以距離爆源最近、壩體與岸坡交接面處為控制振動測點。

4.2 監測實施方法

采用爆破振動測振儀測試。測試步驟如下：（1）儀器采集參數設置，包含對采樣信號的設置以及對傳感器參數等一系列參數的設置；（2）儀器與傳感器連接，傳感器安裝；（3）啟動儀器，等待爆破觸發采集；（4）數據讀取、存儲、分析。

采取以下兩個階段性工作來完成爆破振動監測：

（1）試驗爆破及監測：在豎井上部平臺開挖和豎井中心掏糟爆破開挖期間，進行一定次數的爆破試驗和振動監測，主要是獲得符合當地條件的振動衰減規律。

（2）豎井擴幫爆破監測：豎井擴幫爆破期間爆破藥量相對較大，對關鍵循環進行振動監測，將監測結果反饋給施工單位，實現信息化施工。

4.3 監測成果分析

2009年11月24日～12月26日，對閘門豎井爆破施工進行振動監測。除11月24日振動測點布置在上游壩面附近地表巖石上外，其他測點均布置在上游壩面混凝土上。由于大壩屬于大體積混凝土，質量剛度大，故同等爆破藥量情況下壩體表面測得的振動速度比壩體附近巖石上的振動速度要小一些。

閘門豎井爆破于2009年12月26日圓滿完成，從監測結果看，上游壩面控制測點的振動速度小于爆破振動安全允許標準，達到了預期控制爆破的目的。

5 結語

爆破振動監測結果表明，在閘門豎井爆破開挖過程中，大壩上游面控制測點位置的振動速度小于7 cm/s，符合設計和相關規范要求，控制爆破效果明顯，達到了對大壩、發電輸水隧洞等鄰近結構有效保護的目的。■