遼寧大伙房輸水工程泵站取水口圍堰防滲與爆破拆除設(shè)計(jì)淺析

常勝

遼寧大伙房輸水工程泵站取水口圍堰防滲與爆破拆除設(shè)計(jì)淺析

常勝

（遼寧省水資源管理集團(tuán)，遼寧沈陽(yáng)110000）

在總結(jié)相關(guān)案例基礎(chǔ)上，對(duì)遼寧省大伙房泵站取水口圍堰進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)，優(yōu)選高噴+粘土芯墻土石圍堰作為圍堰防滲方案，進(jìn)行圍堰爆破拆除施工組織設(shè)計(jì)，明確開(kāi)挖區(qū)與相應(yīng)的開(kāi)挖方式，同時(shí)明確爆破材料的選用與爆破監(jiān)測(cè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)與具體的監(jiān)測(cè)方法，最后提出圍堰拆除防護(hù)工程的施工要點(diǎn)。

圍堰；爆破拆除；施工組織；進(jìn)水口

1 工程概況及水文地質(zhì)

遼寧省大伙房輸水工程為區(qū)域調(diào)水工程，由水源工程和輸水工程兩部分組成，輸水線路全長(zhǎng)596.61 km，隧洞長(zhǎng)286.78 km，PCCP管線長(zhǎng)309.83 km。取水頭部位于桓仁水庫(kù)右岸馬面石附近，大東溝東側(cè)的一條小沖溝溝內(nèi)。該沖溝長(zhǎng)約1 km，溝口寬約100 m，取水口部位溝寬約40 m。溝底地面高程294 m。該沖溝走向大體為S-N向，在距溝口270 m左右分為東西兩支溝，西支溝較窄短，走向NNW，延伸長(zhǎng)度約400 m，溝口寬度約20 m，溝口地面高程325 m。東支溝較寬，延伸長(zhǎng)度約800 m，溝口寬約50 m，溝口地面高程315 m。坡度約為60°左右，山頂坡積物較薄，植被發(fā)育，為各種林木。

2 圍堰防滲設(shè)計(jì)方案

本區(qū)分布的地層巖性主要為元古界（Pt1Q）二長(zhǎng)花崗巖，呈灰白～灰褐色、肉紅色，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石、云母等，巖石強(qiáng)度較高，為硬質(zhì)巖。溝底表層分布薄層沖洪積砂卵礫石層，含塊石、孤石，礫徑不均，松散～稍密，厚度一般在5 m左右。同時(shí)結(jié)合水庫(kù)水文氣象條件和當(dāng)?shù)氐牟牧锨闆r，圍堰采用為全年土石圍堰。

2.1 圍堰結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)方案

上游土石圍堰頂寬10.0 m，頂高程384 m，最大堰高15 m，堰體采用導(dǎo)流明渠開(kāi)挖的棄碴填筑，迎水坡1∶1.5，背水坡1∶1.5。靠近縱向圍堰部分上游圍堰迎水坡采用厚度為1 m的鋼筋石籠保護(hù)，鋼筋石籠間采用φ12的鋼筋縱橫連接在一起，以加強(qiáng)整體抗沖能力。上游圍堰為全年圍堰，為了滿足10年一遇洪水要求，采用粘土編織袋子堰加高至386 m高程。下游全年圍堰頂寬10.0 m，頂高程384 m，最大堰高14 m，堰體采用導(dǎo)流明渠開(kāi)挖的棄碴填筑，迎水坡1∶1.5，背水坡1∶1.5。靠近縱向圍堰部分上游圍堰迎水坡采用厚度為1 m的鋼筋石籠保護(hù)，鋼筋石籠間采用φ12的鋼筋縱橫連接在一起，以加強(qiáng)整體抗沖能力。上游圍堰為全年圍堰，為了滿足10年一遇洪水要求，采用粘土編織袋子堰加高至386 m高程。

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)圖

表1 圍堰防滲方案比選表

2.2圍堰防滲方案比選

根據(jù)防滲形式的不同，圍堰可以采用的形式有：高噴防滲土石圍堰、高噴+粘土心墻土石圍堰和斜墻鋪蓋防滲土。本文計(jì)算三種形式下圍堰工程量，并從安全度汛與經(jīng)濟(jì)效益角度對(duì)三種圍堰方案進(jìn)行了比較。

（1）安全度汛方面

高噴防滲土石圍堰和高噴+粘土芯墻土石圍堰均可以滿足安全度汛的要求。

斜墻鋪蓋防滲土石圍堰的安全度汛分析：由于圍堰大部分順?biāo)鞑贾茫伾w將減少河流的過(guò)水?dāng)嗝妫瑢?duì)河道的行洪將產(chǎn)生一定的影響，從而對(duì)圍堰的安全運(yùn)行產(chǎn)生一定的安全隱患；斜墻和鋪蓋容易受到水流沖刷，將降低圍堰防滲能力，增大圍堰滲水，從而導(dǎo)致經(jīng)常性排水量增大，甚至可能會(huì)淹沒(méi)基坑。從防滲對(duì)圍堰安全度汛方面分析，高噴防滲土石圍堰和高噴+粘土芯墻土石圍堰較為可行。

（2）工程量和經(jīng)濟(jì)效益方面?

高噴防滲土石圍堰的高噴工程量較高噴+粘土芯墻土石圍堰多了11881 m2，

粘土少了27062 m3（上游約1 km處即有粘土料場(chǎng)），綜合經(jīng)濟(jì)效益比較，高噴+粘土芯墻土石圍堰經(jīng)濟(jì)效益更好。高噴+粘土芯墻土石圍堰和斜墻鋪蓋防滲土石圍堰綜合經(jīng)濟(jì)效益比較，高噴+粘土芯墻土石圍堰經(jīng)濟(jì)效益更好。高噴+粘土芯墻土石圍堰較為經(jīng)濟(jì)。

通過(guò)安全度汛、工程量和經(jīng)濟(jì)效益方面的綜合分析高噴+粘土芯墻土石圍堰

較為可行的，因此選擇高噴+粘土芯墻土石圍堰作為圍堰的設(shè)計(jì)方案。

3 圍堰爆破拆除方案

進(jìn)水口圍堰水面以上拆除最低處已開(kāi)挖至EL297 m左右，由于圍堰下游滲水部位結(jié)冰嚴(yán)重，搭設(shè)腳手架進(jìn)行水平造孔困難且難以保證下部作業(yè)人員的安全，因此根據(jù)圍堰現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將圍堰水面以上瘦身調(diào)整為：將圍堰出渣施工通道移至圍堰上游側(cè)，并在圍堰下游側(cè)（防滲墻下游側(cè)）修筑出渣施工通道，滿足0-38.5 m～0-58.5 m石渣清理，最終形成20 m寬的施工平臺(tái)，然后再采用手風(fēng)鉆拉槽爆破進(jìn)行瘦身。

本次補(bǔ)充方案為圍堰水面以上下游側(cè)石渣開(kāi)挖，在圍堰下游側(cè)修筑設(shè)備通行施工通道以滿足0-38.5 m～0-58.5 m石渣開(kāi)挖任務(wù)，并將0-38.5 m～0-58.5 m在EL281 m左右形成開(kāi)挖平臺(tái)，然后采用手風(fēng)鉆進(jìn)行垂直鉆孔、爆破，反鏟甩渣。

3.1 開(kāi)挖方式及分區(qū)

圍堰下游側(cè)0-38.5 m～0-58.5 m大面降至EL281 m左右后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形情況進(jìn)行分區(qū)分塊爆破，其分區(qū)分塊原則如下：整個(gè)大面分為4區(qū)，圍堰軸線左、右及0-38.5 m～0-48.5 m、0-48.5 m～0-58.5 m，梯段爆破控制在3 m，爆破臨空面嚴(yán)禁面向進(jìn)水塔.

每層開(kāi)挖時(shí)首先在中線部位進(jìn)行拉槽爆破施工，為后續(xù)爆破創(chuàng)造臨空面。拉槽爆破采用“V”型掏槽方式，兩側(cè)爆破采用光爆爆破，手風(fēng)鉆造孔深度3.5 m（比設(shè)計(jì)梯段超深50 cm），炮孔間距控制在100 cm，排距控制在75 cm左右，爆破鉆孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

為減少圍堰瘦身過(guò)程中爆破震動(dòng)對(duì)圍堰防滲帷幕的影響，需對(duì)爆破單響藥量進(jìn)行計(jì)算控制，根據(jù)爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算單響藥量應(yīng)控制在26 kg以內(nèi)。

3.2 爆破用材與監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

3.2.1 爆破安全監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)儀器采用TC-4850型數(shù)據(jù)采集儀，4850型地震傳感器，NM-3C型非金屬超聲檢測(cè)分析儀，閘門變形監(jiān)測(cè)采用電子應(yīng)變片[1-2]。對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出對(duì)爆破具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)、結(jié)論，從而進(jìn)一步調(diào)整爆破參數(shù)，指導(dǎo)施工，確保建筑物的安全。在施工過(guò)程中要對(duì)本工程的重點(diǎn)部位，特別是閘門、閘墩等部位要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，每次爆破即對(duì)重要部位進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格按照爆破安全規(guī)程規(guī)定的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[3]。

3.2.2 爆破安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

圖2 圍堰爆破鉆孔立面圖

表2 爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

3.3 圍堰拆除防護(hù)施工

因圍堰拆除爆破施工臨近主體建筑物，需要進(jìn)行控制爆破。爆破產(chǎn)生的危害主要是飛石、爆破震動(dòng)及水中沖擊波對(duì)建筑物的破壞影響，其防護(hù)目標(biāo)為取水口建筑物[4]。

（1）采取分區(qū)爆破，控制最大單響藥量

對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行分割，分區(qū)進(jìn)行爆破，減小孔網(wǎng)參數(shù)，在保證爆破效果和安全值條件下，降低單孔炸藥使用量，采用逐孔起爆減小爆破頻數(shù)，有效的減小爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響。

（2）圍堰瘦身拆除爆破時(shí)采用編織袋裝砂進(jìn)行壓孔防護(hù)，并對(duì)炮區(qū)塊石進(jìn)行清理，防止爆破飛石破壞進(jìn)水塔砼表面。

4 結(jié)語(yǔ)

高噴+粘土芯墻土石圍堰設(shè)計(jì)方案既滿足安全度汛要求，又經(jīng)濟(jì)環(huán)保，是值得推廣借鑒的圍堰防滲型式。本文根據(jù)圍堰現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將圍堰出渣施工通道移至圍堰上游側(cè)，并在圍堰下游側(cè)（防滲墻下游側(cè)）修筑出渣施工通道，滿足0-38.5 m～0-58.5 m石渣清理，最終形成20 m寬的施工平臺(tái)，然后再采用手風(fēng)鉆拉槽爆破進(jìn)行瘦身拆除。本文對(duì)本次圍堰拆除做了施工組織設(shè)計(jì)，為國(guó)內(nèi)同類工程施工提供了很好的參考資料，有較壩基巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值詳見(jiàn)表1。

5 結(jié)論

壩軸線所處位置為中低山區(qū)，河谷為“U”型谷，壩址區(qū)的地層較單一，主要為華力西期片麻狀花崗巖，巖石完整性較好，除局部巖體崩塌松動(dòng)體外，未發(fā)現(xiàn)大的滑坡、崩塌等物理地質(zhì)現(xiàn)象，岸坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。壩基巖體片麻狀花崗巖的工程地質(zhì)類別分為：碎裂結(jié)構(gòu)：強(qiáng)風(fēng)化巖石屬Ⅳ～Ⅴ類；弱風(fēng)化巖石為Ⅲ類中的BⅢ2類；微風(fēng)化巖石為Ⅲ類中的BⅢ1類。壩基片麻狀花崗巖承載力為：強(qiáng)風(fēng)化500kPa，弱風(fēng)化2000kPa，微風(fēng)化2500kPa。兩壩肩壩基局部巖石破碎及表部裂隙發(fā)育，互相切割，并且多數(shù)裂隙無(wú)充填，形成滲透通道，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。建議對(duì)壩基巖石透水率大于5.0Lu的部位進(jìn)行帷幕灌漿處理。

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TV85

C

1673-9000（2017）02-0062-02

2016-12-20

常勝（1990-）男，吉林四平人，助理工程師，主要從事水利工程管理工作。