黃登水電站1號導流洞進口全年圍堰拆除爆破

李昌武，趙興旺

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司黃登監理中心，云南 蘭坪 671406)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內的營盤鎮上游，壩址控制流域面積9.19萬km2，多年平均流量901 m3/s。水庫正常蓄水位1 619 m，總庫容15.00億m3；電站總裝機容量1 900 MW，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m，導流洞工程位于右岸，采用單洞分流雙洞度汛的方案。1號導流洞進口堰基及邊坡地層為T3xd5變質玄武巖[1]，主要為弱風、弱卸荷巖體，透水性較強。全年圍堰采用重力式混凝土圍堰，圍堰軸線長66.88 m，采用C20混凝土澆筑，上游坡面為鉛直，下游坡面為臺階狀，綜合坡比為1∶0.65，臺階寬1.95 m。堰頂高程1 498.00 m，堰基高程1 480.00 m，導流洞進水塔底板高程1 473 m，其中1 473～1 480 m高程為預留巖埂。圍堰拆除采取分段、分層的方式進行，首先進行為1 489～1 498 m高程圍堰揭頂及堰腳補強加固混凝土拆除，最后一次爆破拆除1 473～1 489 m高程范圍過流斷面內的全年圍堰，總拆除方量為6 200 m3。

2 圍堰拆除爆破施工難點

圍堰拆除爆破的施工難點有以下幾點：

(1)進口全年圍堰為重力式圍堰，圍堰整體分別由上部混凝土重力圍堰和下部預留巖埂兩部分組成，圍堰施工階段受江水雍高影響，未開挖進水塔底板高程就進行全年圍堰施工，在圍堰拆除時江水仍位于1 491.5 m高程，高出進水塔底板達18.5 m，主體圍堰拆除屬于半水下爆破施工，增加了圍堰拆除爆破施工難度。

(2)圍堰距離進水塔和閘門槽最近處為50 cm，最遠處為4 m，因此不僅要采取必要的防護、保護措施，同時還應控制爆破振動速度及安全飛石，減少對進水塔造成危害，這是爆破拆除的最大難點。

(3)爆破塊度和爆堆形狀控制標準高，水下出渣難度大，只能依靠水流沖渣，對爆破塊度和爆堆形狀提出了很高的要求。

(4)起爆網路復雜、爆破器材抗水性能要求高。

(5)裝藥難。受炮孔裝藥長度深、炮孔內滲水、漏水等惡劣施工環境的制約，保證裝藥和堵塞質量成為本次爆破的難點。

3 爆破方案選擇

3.1 爆破布孔方式的選擇

根據圍堰拆除的一般經驗[2]，拆除爆破設計可分為垂直孔方案和水平孔方案，兩方案優缺點比較見表1。

表1 垂直孔方案和水平孔方案優缺點比較

結合本拆除工程的特點、難點，通過對水平孔、垂直孔方案的優缺點的多次專題會比選，圍堰爆破拆除要確保優先保證保護對象的安全，其次再考慮施工難度、進度等因素，最終確定主體圍堰爆破采取水平孔。同時對下游邊墩影響區域采取發散孔的布孔方案，單孔單響的高精度非電毫秒微差順序起爆網路，預裂隔振、緩沖孔減振加主動和被動覆蓋的綜合防護方案。

3.2 鉆孔及爆破參數選擇

為盡量減少圍堰最后一次爆破方量以降低總起爆藥量，全年圍堰采取分期、分區拆除的方式，本文重點針對最后一次主體圍堰拆除進行論述。

3.2.1破鉆孔參數

預裂孔爆破參數設計，上下游側預裂孔，水平布置，向下傾斜5°，間距0.8 m，孔底距離臨空面0.5 m，線裝藥密度為500 g/m，孔口堵塞長度1.0 m，采用導爆索將Φ32 mm藥卷竹片綁扎成串狀的裝藥結構。底板預裂孔，水平布置，向下傾斜5°，間距1.0 m，孔口開口位置沿底板高程抬高0.5 m，線裝藥密度為600 g/m，孔口堵塞長度為0.6 m，采用導爆索將Φ32 mm藥卷竹片綁扎成串狀的裝藥結構。

主爆孔爆破參數設計如下：

(1)炮孔直徑。為滿足Φ70 mm藥卷的要求，主爆孔采用110 mm孔徑，預裂孔采用90 mm孔徑。考慮到孔內會出現大量滲水，炮孔內分別布置Φ90 mm及Φ70 mmPVC套管。

(2)炸藥單耗。為確保爆渣塊度控制在40 cm以下，同時考慮到水壓條件和拋擲的需要，平均單耗控制在1.5～2.0 kg/m3之間單耗隨高程下降而增加。

(3)孔網參數。混凝土圍堰拆除炸藥單耗為1.5 kg/m3，巖埂部分爆破單耗控制在2.0 kg/m3左右。炮孔負擔的面積混凝土部位為2.8 m2，對應的孔間距為1.80 m，排距為1.5 m；巖埂部位2.75 m2，對應的孔間距1.80 m，排距1.5 m。考慮到塌孔、預埋PVC管脫節等不確定因素較多，為了保證后期的裝藥質量和炸藥單耗，間排距按照偏密布置，混凝土區域孔網參數按1.50 m×1.50 m布置，巖埂區域底板預裂孔上部第1、2排間排距取1.25 m和1.0 m；底板預裂孔以上3、4、5排間排距取1.5 m和1.25 m，在局部需要增加單耗的部位，適當加密。為進一步減少爆破振動對進水塔、閘門門槽的影響，在圍堰與進水塔間布置兩排減振孔，減振孔孔徑為120 mm，孔凈距0.3 m，孔間距0.4 m，孔深12 m，梅花形布置。

(4)堵塞長度。堵塞的目的可防止產生過多的爆破飛石，保證爆破效果，當間排距為1.25 m和1.0 m時，取1 m；當間排距為1.5 m和1.25 m以及1.50 m和1.50 m時取1.2 m。堵塞使用袋裝砂。

3.2.2爆破器材的選擇

導流洞進口圍堰及巖埂爆破拆除為半水下爆破，孔內滲水、透水嚴重，選擇好爆破材料是爆破成功與否的關鍵所在。為確保爆破作業安全、可靠的進行，經過多次試驗[3]，確定了所用火工材料的質量控制標準，即炸藥密度大于1 100 kg/m3，炸藥爆速在4 500 m/s，作功能力大于320 mL/mol，猛度大于16 mm，殉爆距離大于2倍的藥徑。藥卷采用乳化炸藥[4]。乳化炸藥具有抗水(3 d)、抗壓(3 kg/cm2)性能，起爆(起爆8號雷管感度)傳爆(連續傳爆25 m)性能好。

3.2.3爆破裝藥

導流洞進口圍堰拆除爆破控制的重點是振動控制。本次爆破需保護的建筑物有閘門進水塔、閘門門槽等，參照相關規程[5]中未明確規定閘門及其相關系統的爆破安全振動標準。根據小灣等類似工程的經驗，導流洞及引水洞設計地震設防烈度為Ⅷ度，通過工程類比確定閘門的抗震設計標準為20 cm/s，校核標準為30 cm/s，其他鋼筋混凝土結構物的抗震設計標準為15 cm/s，校核標準為20 cm/s。結合2011年汛前在全年圍堰堰前進行的枯期圍堰爆破拆除的爆破振動效應試驗[6]以及前兩次爆破成果分析認為，進口現有地質條件下，與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數K和衰減指數α分別取值為：水平徑向K=64.9，α=1.57；垂直向K=18.6，α=0.75；水平切向K=19.7，α=0.89較為合適，依照選定的上述參數，取第一保護物閘門槽進行振動校核，在閘門槽距離最后一次爆破的圍堰體邊緣距離為10 m，炮孔深度大約12 m時，取炮孔中間作為計算點，則保護物距離爆破點的距離為16 m，爆破振動的傳播符合薩道夫斯基公式 ，采用爆破安全規程推薦的K、α值，并結合進水塔混凝土齡期已達到4個月的條件，計算得出最大單響藥量控制在45 kg以下。

3.2.4爆破網絡設計[7]

起爆網路是爆破成敗的關鍵，由于主體圍堰拆除難度大，網路準爆性要求高，因此，進口圍堰主體爆破網路選擇威海Orica公司生產的高精度非電導爆管雷管。

為達到排間相鄰孔不串段、不重段，同一排相鄰的孔間盡可能不重段的目的，排間雷管選擇42 ms，孔內延時雷管選擇1 000 ms段。同時為保證網路安全需要在主起爆線路左側增加2條副起爆線路，以提高網絡可靠度，為保證爆后水流能直接沖渣，必須使渣堆形成一邊高一邊低的形態，開口后的各排炮孔的拋擲方向大體形成45°拋擲角向缺口部位拋擲，同時為降低爆破振動、改善爆破效果，現場采用在臨空面中間開口，爆渣向開口部位拋擲，爆破后方便水流沖渣。

3.3 爆破防護

為確實了解水平孔方案造孔難度和成孔情況，在進行大規模造孔前對水頭最高的部位(下部最下一排主爆破孔)隨機選擇一個爆破孔進行造孔試驗，造孔過程中，在距離設計孔深1.5 m處孔內出現射流并攜帶大量泥砂，據此判斷全年圍堰堰前原設計的帷幕已可能被破壞，將不能按原設計正常的造孔施工，需采取相應的防滲措施。通過現場多次試驗，在整個巖埂區域按照一定比例，按照設計孔深減2 m為標準，采取預固結灌漿堵漏，通過該措施的實施避免了造孔過程中出現射流或大量滲漏等問題，同時提高了巖埂的整體性，最終順利完成全部水平造孔施工。

由于全年圍堰距離進水塔、門槽較近，除了從爆破設計源頭上采取兩排孔徑Φ120 mm減振孔，0.3 m孔凈距控制質點振速，也要避免爆破飛石對永久建筑物造成損壞。對于進水塔塔體保護主要采取掛簾和整個進水塔迎爆破面竹排滿鋪的防護措施；對進水塔、漸變段底板、進水塔門槽底坎保護主要采取被動滿鋪砂的保護措施；對門槽采取碼放一定高度的砂袋防護。

4 爆破效果評價

進口主體圍堰最后一次爆破總方量超過6 200 m3，實際總裝藥量10 224 kg，預裂孔70孔，分9段，預裂孔總裝藥381.5 kg，單響藥量42 kg(底板預裂孔)，線裝藥密度為0.5 kg/m；主爆孔共330孔，單孔單響，主爆孔裝藥量9 842.5 kg，最大單響藥量45 kg，總單耗1.65 kg/m3，堰體造孔、裝藥前最后一次炮孔復驗完成后，于11月16日夜班啟動裝藥工作，總歷時近40 h，在11月18日下午17∶00進行爆破分流，起爆后2號導流洞進口水位從1 491 m直降至1 483 m，水位降幅達8 m，壩區主河道即近斷流，1號進口水流平順、無明顯巖埂存在，爆破效果達到預期，對相鄰構筑物未造成任何破壞。導流洞進口圍堰的爆破振動監測由第三方負責，由爆破質點振速監測資料反映，所有監測點質點振動速度均未超出保護對象的安全質點振動速度。1號導流洞進口圍堰主體拆除爆破質點振動監測成果見表2。

表2 1號導流洞進口圍堰主體拆除爆破質點振動監測成果

注：計算與爆心的水平距離和豎直距離時，以被拆除爆破圍堰體的中心為爆破位置。

5 結 語

黃登水電站1號導流洞進口全年圍堰拆除在難度系數大、控制要求高、主體爆破與保護對象距離近且無類似工程經驗可借鑒的情況下，在參建各方高度重視及共同努力下，經過爆破設計方案的完善和制定詳細預案、措施，通過精細的施工、嚴格的質量管理，最終順利實現、成功分流。