逐孔孔內多段延期爆破拆除混凝土縱向圍堰

王 升，張漢才，易理輝 ，單志國，任才清

(1.湖南長工工程建設有限公司， 湖南 長沙 410003； 2.湖南金能爆破工程有限公司，湖南 長沙 410012； 3.國防科技大學 指揮軍官基礎教育學院， 湖南 長沙 410003)

1 工程概況

湘祁水電站樞紐工程位于湘江干流,電站1#機組已投產發電,2#～4#機組正在安裝，二期弧門在運行調試，其他配套建設進入收尾階段,需拆除一二期縱向圍堰。設計單位要求縱向砼圍堰上游段拆除至68.00 m高程，縱向砼圍堰下游段拆除至63.50 m高程，總拆除方量約6000 m3。要求確保電站正常發電，確保大壩結構安全，確保周圍建筑物安全及人員安全。爆破后爆渣粒徑滿足水下清碴要求，保證行洪及壩基安全。

1.1 工程結構

縱向砼圍堰上游段為鋼筋混凝土圍堰，長111.25 m，呈南北走向,與東西向電站溢洪壩在8#閘墩處垂直相接，按施工分倉線共分為7段。圍堰堰頂高程77.00 m,目前水位74.50 m。施工時已考慮后期爆破拆除需要，上游縱向圍堰與永久建筑物相接處設兩層共4 cm厚中壓閉孔泡沫板將臨時圍堰與永久建筑物隔離。

縱向砼圍堰下游段為素混凝土結構，長92.90 m，呈南北走向與東西向電站大壩在8#閘墩永久導墻處垂直相接，按施工分倉線共分為6段。堰頂高程76.25 ～72.00 m，目前水位為68.0 m。圍堰平面布置如圖1。

1.2 工程特點

爆破區域距離發電廠房115 m，廠房中控室、升壓站精密儀器開關對爆破振動要求高。上游縱向圍堰與8#閘墩緊密相接，縱向砼圍堰下游段與8#閘墩隔導墻距離13.53 m。圍堰結構復雜，形狀不規則，圍堰大部份在水下，最小抵抗線難以確定，水下鉆孔施工困難，安全要求高，工期緊張。

圖1 縱向圍堰平面布置

2 爆破方案選擇

根據周圍環境，結構特點和工程要求，采用中深孔水下減弱拋擲爆破方式分段進行控制爆破拆除，水下清碴方式清理爆渣。上游圍堰與溢洪壩閘墩相接處,下游圍堰與保留導墻相接處鉆減震空孔。為降低爆破振動，確保廠房及大壩安全，采用孔內分段裝藥結構，逐孔孔內多段延期微差起爆技術，有效控制單段起爆藥量。采取覆蓋、遮擋、開啟弧門等措施，防止爆破飛石，水擊波，涌浪對被保護目標造成破壞。

3 爆破參數設計

3.1 爆破參數

炮孔孔徑為110 mm，主要爆破技術參數見表1。

表1 爆破技術參數

3.2 裝藥結構

各孔采用分段不耦合裝藥結構。下游圍堰中間孔3段裝藥，邊孔2段裝藥；上游圍堰中間孔4段裝藥，邊孔3段裝藥，各段裝藥分別安裝起爆雷管。各段間用巖屑填塞。裝藥結構見圖2～圖3所示。

4 起爆網路設計

4.1 設計原則

起爆網路的單段藥量應滿足爆破振動的安全要求；在單段藥量嚴格控制的情況下，同一排相鄰段、前后排的相鄰孔不能出現重段和串段現象；整個傳爆信號絕大部分進孔以后第一段才能起爆。

圖2 下游縱向圍堰ⅢⅣⅤ段裝藥結構

4.2 起爆方案

為減低爆破振動、改善爆破效果，采用逐孔、孔內分段延期起爆的方式。起爆順序：上下游圍堰按施工分倉段爆破。單段圍堰按先外排孔后中間孔,孔內從上至下順序起爆。

4.3 雷管的選擇

本工程選用普通毫秒段非電導爆管雷管。為達到排間不重段，同一排相鄰的孔間不重段的目的，根據裝藥結構，孔內起爆雷管選用MS-9、10、11、12段，孔外傳爆接力雷管自東向西從第2孔選用MS-3、4、5段，依次向后連接各孔裝藥，形成起爆網路。

4.4 網路保護

為防止爆破飛石及雷管破片損傷起爆網路，孔外接力傳爆接雷管先用膠布包纏，用一定長度的廢舊膠管包裹保護，用廢舊紙箱板、草簾、竹架板覆蓋防護。

5 爆破安全設計

5.1 爆破飛石和水中沖擊波

(1) 一般水深大于6 m時，水下爆破飛石很難飛出水面，為保證爆破效果，炸藥單耗適當取大些；對于水深小于6 m的部分，炸藥單耗可根據現場情況適當減小。上游圍堰水深6.5 m。下游圍堰水深5.50 m。采用逐孔逐排分段微差控制爆破，大大減小了一次起爆藥量，且圍堰位于湘江中間，水下爆破飛石可以忽略。

(2) 控制爆破飛石防護措施。加強孔口封堵，保證一定的孔口填塞長度，并嚴格控制填塞質量。采用竹跳板、鋼絲網、安全網、彩條布等材料對出露水面的區域進行覆蓋遮擋。對近岸建筑、暫時無法轉移的設備、設施等，可在迎飛石方向采用鋼板、竹跳板等作立體遮護。緊鄰爆區的閘墩采用柔性墊層(廢舊輪胎等)和剛性墊層組合防護。每個防護層固定并緊貼在保護體上面。

(3) 爆破水中沖擊波防護。目前國內外進行水下工程爆破時。對于沖擊波通常采用庫爾公式計算沖擊波壓力峰值，并以此來判斷船舶、建筑物和人員、魚類的受傷程度。但水下爆破無論采用哪種爆破方式，由于爆破方式和邊界條件的不同，庫爾公式的假設條件、能量平衡關系已不存在，而且沖擊波的形成，經過多次折射和反射，具有極為復雜的關系，要從理論計算是很困難的。水下鉆孔爆破大多采用群藥包，其爆炸能量除用來破碎混凝土形成地震波和掀起很高的水花外，由于破碎巖石并不形成氣泡，沖擊波則是通過巖石和爆炸沖擊波沖出炮孔傳至水中，離爆源某點的沖擊波壓力是群藥包共同作用的結果。對于水中鉆孔爆破產生的沖擊波按爆破安全規程對人員船舶安全允許距離確定為500 m。根據縱向圍堰與大壩垂直相接的特點，爆破沖擊波的作用方向與大壩平行，爆破時經業主同意大壩泄孔閘弧門可以臨時開啟，可有效減小水中沖擊波對弧門的破壞影響。

圖3 上游縱向圍堰裝藥結構

5.2 爆破振動

根據國家標準《爆破安全規程》中各類建筑物和構筑物所允許的安全震動速度的規定，參照類似工程，本工程需保護建構筑物的安全震動速度確定如下：溢流壩：5 cm/s；水電站升壓站:0.5 cm/s；中控室:0.5 cm/s；發電設備廠房:0.5 cm/s；船閘: 5 cm/s；上下游左右護岸:5 cm/s；圍堰壩端：12 cm/s；民房:2 cm/s。

爆破振動速度校核通常都采用薩道夫斯基經驗公式,對于建構物拆除爆破,由于采用多個小藥量多藥包且采用微差起爆技術,藥包又布置在不同部位及高度,根據大量的實踐研究,在拆除爆破振動安全校核時需在經驗公式基礎上乘以修正系數能更準確地反映爆破振動質點速度。按最不利的廠房中控室校核爆破振動速度，廠房中控室距最近爆破點115 m,單段起爆藥量18 kg,k=150 ,k′=0.25。可以滿足爆破振動安全要求。

本工程嚴格控制爆破最大單段起爆藥量，采用逐孔孔內分段起爆，最大單孔藥量18 kg。嚴格按設計的孔外接力傳爆雷管連接起爆破網絡使起爆網路處于可控狀態。上游下縱向圍堰與閘墩、導墻相接處，隔0.5 m設置110 mm減震空孔。

圖4 起爆網路

6 爆破效果分析

自2012年4月7日開始下游爆破,爆破后爆堆較高。未完全沉入水中,出現部分大塊。經分析認為一是由于下游水位較低,而爆破拆除高度較大,二是排距稍大造成影響。隨后及時調整孔網參數減小排距到1.0 m,爆渣粒徑明顯減少，爆堆高度降低。上游圍堰根據調整后的參數施工，爆破后爆堆全部沉入水中。經最后水下清渣，清渣工程量遠遠小于應有工程量，大部分爆渣已隨水流沖入下游河床，經驗收符合建設單位要求。

除上游斜坡段爆破時出現向上的部分飛石外，其他各段基本未看到爆破飛石，各處遮擋防護未受到破壞影響，爆破飛石在可控范圍之內。在保證機組發電基本要求前提下，與建設單位協商在爆破時開啟閘墩弧門，按爆破規程及設計要求設置安全警戒范圍，爆破水中沖擊波未造成破壞。

施工前由業主安排第三方進行爆破振動監測。施工中進行了多次監測(見表2)，第三方監測報告結論認為：

(1) 湘祁水電站爆破振動速度監測，每次監測與每個測點的爆破震動速度都是符合國家安全標準的。

(2) 湘祁水電站混凝土圍堰爆破拆除，采取先水上后水下，由遠至近(相對重要構筑物)分區(以伸縮縫為界)施工，在爆破振動速度監測數據的基礎上，逐步調整爆破參數與裝藥結構，優化網路設計。既取得了好的爆破破碎效果，同時又控制了爆破震動符合國家安全標準。

表2 爆破振動監測結果

7 結 論

圍堰拆除爆破布孔時孔網參數不可過大，孔、排距控制在1.0～1.5 m為宜。在今后的爆破工程實踐中，在條件允許的情況下還是應當采用高精度數碼雷管，更加精確地控制微差時間，從而真正實現逐孔多段延期起爆，保證爆破振動安全。在保證爆破效果的前提下，采用不耦合裝藥，設置大孔徑減震空孔等多種綜合措施，可以較好地降低爆破振動危害。

參考文獻：

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