仙居抽水蓄能水電站特殊部位開挖爆破施工技術探討

王家鵬 付 紀

(中國水利水電建設工程咨詢北京公司 100024)

王軍輝

(武警水電第二總隊五支隊 常州 213031)

1 工程概況

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉境內，為日調節純抽水蓄能電站，安裝4臺375MW立軸單級混流可逆式水輪發電機組，總裝機容量為1500MW，年平均發電量為25.125億kW·h，年平均抽水電量32.63億kW·h。樞紐工程主要由上水庫、輸水系統、地下廠房、地面開關站及下水庫等建筑物組成。上水庫由一座主壩、一座副壩及庫周山嶺圍成，總庫容1294萬m3。主壩和副壩均為混凝土面板堆石壩，壩頂高程679.20m，主壩壩頂長263.66m，最大壩高86.7m;副壩壩頂長度222m，最大壩高59.7m。輸水系統采用一洞兩機的布置方式，上、下庫進/出水口高差456m，上、下庫進/出水口之間輸水管道總長度為2216.9m(3號機輸水系統，下同)，其中引水系統長1216.2m，尾水系統長1000.7m。地下廠房洞群包括主副廠房洞、主變洞、母線洞、尾閘洞、500kV出線洞等。下水庫利用已建下岸水庫，新增一條泄放洞，全長791m，隧洞內徑7.4m。

2 爆破區域特點及相應措施

泄放洞、交通洞、通風洞洞口距離民爆公司炸藥庫最近距離約70m，最遠距離約120m。根據《小型民用爆破物品存儲庫安全規范》(GA 838—2009)第7.5條的規定，“炸藥儲存庫距露天爆破作業點邊緣的距離最低不應小于300m”。且爆破點與溪下公路路面及路基干砌石擋墻相鄰，爆破施工如果控制不好，將對溪下公路路基造成擾動破壞及中斷交通的嚴重后果。經研究決定，在露天爆破期間炸藥庫內不得存儲炸藥及雷管，施工前由施工單位對洞口地質及路基干砌石擋墻進行調查，根據實際情況編制爆破試驗大綱，并取得路基擋墻的允許爆破質點振動速度參數，通過路基擋墻的允許爆破質點震動速度參數，制定工程施工爆破方案，以確保溪下公路路基安全。

3 工程地質條件

泄放洞設計進口高程180m，出口高程160m，采用城門洞形，斷面為5.0m×5.1m(寬×高)，長776m。進口段洞向為N0.5°W，出口段為N45.5°W，上覆巖體厚度為50～155m。

進口位于下水庫進/出水口公路橋的西側約130m小沖溝處，西側為一凸出山脊，走向約N20°E～N22°W，山坡坡角約30～32°。出口位于下水庫大壩下游右岸的凹岸處PD13探硐附近，岸坡走向為N23°E，坡度較大，坡角約35～40°，洞口位于公路下方。

沿線基巖為高塢組下段(J3g1)灰紫、灰白色晶屑熔結凝灰巖，地表呈弱風化，塊狀結構，基巖多裸露，出洞口圍巖類別以Ⅲ～Ⅱ類為主。

泄放洞出口地形陡峭，鉆爆裝藥難度極大，安全風險大。爆破作業環境復雜，施工控制難度大。

4 爆破設計

因受泄放洞出口上下游側溪下公路路基干砌石擋墻的影響，根據相關規范要求對泄放洞出口爆破進行設計，原則如下:

a.以小藥量進行出口段明挖爆破試驗，爆破時由監測單位對上下游側擋墻質點振動速度進行監測，爆破后檢查擋墻破壞情況。

b.若小藥量爆破后經監測數據顯示及實際查看后未對擋墻及路面造成破壞，則加大單響藥量進行后續爆破試驗，直至監測數據或擋墻有出現問題的趨勢后停止進行試驗。根據監測報告確定擋墻質點振動安全允許速度，根據此標準值確定爆破單響藥量等設計參數。

4.1 爆破試驗程序

選定首次爆破最小單響藥量→編制首次爆破設計→爆破監測成果→選定第二次爆破試驗單響藥量→編制二次爆破試驗單響藥量→爆破監測成果→選定第三次爆破試驗單響藥量……確定臨界點最大單響藥量。

4.2 首次爆破試驗設計

4.2.1 首次爆破最小單向藥量計算

根據《爆破安全規程》(GB 6722—2003)的規定，爆破振動安全允許距離R可按下式進行計算:

式中 R——爆破振動安全允許距離，m;

Q——炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg;

V——保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s;

K——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關;

α——衰減指數。

由上式可知:

依據現場情況和規范，其中K取150，α取1.6，安全允許距離取值40m，安全允許振動速度V首先將路基漿砌石擋墻按照“土窯洞、土坯房、毛石房屋”的標準取值1.3cm/s，可計算得知首次爆破試驗單響藥量Q為8.7kg。

4.2.2 首次爆破試驗設計

首次爆破試驗部位泄放洞出口(高程EL175.7～EL174.2)，主要爆破試驗參數如表1。

表1 首次爆破試驗主要參數

4.2.3 爆破監測成果分析

若第一次爆破試驗對路基擋墻無影響，則由監測數據計算K、α值，并根據規范對V值重新增大取值，進行后續爆破試驗。

4.3 后續爆破試驗規劃

后續爆破試驗方法與首次相同，根據實際施工進展情況及爆破監測成果確定單響藥量，以控制最大單響藥量為原則來進行爆破設計，直至得出臨界點最大藥量后試驗結束。收集技術資料、影像資料，編制試驗成果，確認擋墻基礎質點振動安全允許速度，并根據最終的結果計算最大單響藥量，確定施工爆破參數。

5 爆破施工

土石方邊坡開挖遵循先土方后石方，自上而下的程序進行施工。泄放洞出口石方明挖方量約2000m3，開挖范圍為EL175.7～EL159，斷面基本上為梯形，開挖邊坡坡比為1∶0.3。采用手風鉆造孔、小藥量毫秒延時爆破、人工出渣的方法進行施工。按照實測開口線，采用YT—28手風鉆造孔，光面孔間距0.4～0.5m，抵抗線0.6～0.8m，光面孔線裝藥密度300g/m，單位耗藥量0.3kg/m3，單響藥量以爆破試驗監測成果確定。每茬炮爆破前，嚴格按爆破程序組織實施。應按環境要求限制單段最大爆破藥量。

在開挖至底板部位時，至基面預留約1.5m厚保護層，采用手風鉆淺孔少藥量爆破開挖。

根據現場原始地形及洞口邊坡最大高度進行分層，分層情況如表2所示。

表2 泄放洞出口明挖分層

6 質點振動速度監測

根據施工現場實際情況，布置監測點。監測點布置如下圖所示:

監測點布置圖

6.1 爆破試驗參數

根據仙居電站施工地質條件及實際施工情況，選擇炸藥類型，根據計算結果初步確定最大單響藥量，根據第一次爆破試驗結果確定第二次爆破試驗的最大單響藥量。兩次爆破參數見表3。

表3 爆破試驗參數

6.2 振動監測點布置

振動監測點布置見表4。

表4 監測點位置坐標

6.3 振動點監測數據

振動點監測數據見表5。

表5 振動點監測數據

6.4 質點振動監測成果及評價

質點振動監測成果及評價見表6。

表6 質點振動速度及評價

根據質點振動速度監測數據及現場實地檢查，最大單響藥量控制在13.68kg，質點振動速度未超過允許限值，未對公路擋墻及路面造成破壞。

7 結語

a.在需保護的特殊部位進行爆破施工，爆破前應對爆區周圍環境、地面和地下建(構)筑物及各種設備、設施分布情況等進行詳細的調查研究，經詳細計算和論證進行爆破方案設計。

b.通過計算確定第一次爆破單段最大藥量，通過質點振動速度監測，逐步增大到允許藥量，并按允許藥量控制一次爆破規模，保證需保護的建筑物不被破壞，防止爆破有害效應的產生。