溫寨航電樞紐工程圍堰爆破拆除技術實踐

莫福榮,陸 勇,盧德生,翟彩亮,何武志

(1.中國能源建設集團 廣西水電工程局有限公司，南寧 530001；2.廣西水利電力建設集團有限公司，南寧 530028)

擋水圍堰是水利水電工程中常見的建筑物，多為臨時性圍護結構，在其功能得到充分發揮后，一般采取爆破的方式對其進行拆除。國內專家、學者對圍堰爆破拆除做了大量研究，積累了豐富的經驗[1-8]。廖成林、楊玉銀等在某水電站尾水隧洞出口圍堰爆破拆除施工中[9]，采取上覆渣體采用下套管鉆孔，水下底板開挖增加鉆孔超深，每茬炮爆破時前部覆蓋上茬炮渣體，平衡圍堰上下游水壓，成功地對圍堰實施了爆破拆除。劉錄良對土石圍堰的水下拆除施工進行分析研究[10]，為類似拆除工程提供了借鑒。劉建國、汪日生針對烏東德水電站左岸導流洞進水口圍堰的復雜環境[11]，通過差異化爆破設計、選用優質火工材料、優化爆破網路、控制單響藥量、加強孔口堵塞等措施，對圍堰實施控制爆破，達到了預期效果。在爆破網路設計上，利用工業(數碼)電子雷管，技術上可實現毫秒級的延時起爆，有效降低爆破振動，對不同的巖石環境，能夠方便快捷地調整起爆順序和延時，改善爆破效果[12-14]，但是現有文獻較少使用變線密度裝藥方法進行圍堰爆破拆除。

針對溫寨航電樞紐工程圍堰的復雜環境以及技術難點展開分析，提出變線密度裝藥法結合工業(數碼)電子雷管起爆網路的方法，對圍堰實施控制爆破。

1 工程概況

溫寨航電樞紐工程位于貴州省黔東南州從江縣境內，處于珠江水系柳江干流上游都柳江河段。該樞紐工程圍堰主要由橫向土石圍堰和縱向混凝土圍堰組成，縱向圍堰為一、二期基坑施工擋水圍堰，采用正梯形重力式混凝土結構，其中上游圍堰長80 m，下游圍堰長100 m，需要全部拆除至河床面高程，其拆除總量達8553 m3。

圍堰周邊環境較復雜，上游拆除圍堰與永久建筑物3#泄水閘段閘墩相銜接，離閘門距離為15 m，與廠房的最小直線距離為65 m；下游拆除圍堰與永久保留的泄水閘段倒“T”型混凝土縱向導墻(兼作縱向圍堰)相銜接。爆破拆除區與右岸引航道正在施工的砼距離為12 m，距離左岸G321公路為133 m，距離上下游變電站(1#、3#)最近為80 m。另外，在引航道右岸壩下0+120～壩下0+290有一滑坡體。拆除圍堰典型周邊環境方位及其距離如圖1所示、表1列表。

表1 溫寨圍堰爆破拆除周邊環境列表Table 1 List of surroundings for demolition of Wenzhai cofferdam by blasting

圖1 圍堰爆破折除周邊環境及建筑物平面示意圖(單位：mm)Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment and building of cofferdam demolition by blasting(unit:mm)

溫寨圍堰爆破拆除區域及圍堰周邊環境、爆破振動監測點和警戒區域如圖2所示。

圖 2 溫寨圍堰爆破拆除區域、溫寨圍堰周邊環境、爆破振動監測點和警戒區域圖Fig. 2 Blasting area of Wenzhai cofferdam，Surrounding,blasting vibration monitoring sites and alert area of Wenzhai cofferdam

2 圍堰爆破拆除設計

2.1 爆破方案選擇

溫寨航電樞紐工程縱向圍堰上下游段混凝土拆除是實現水庫正常蓄水發電的關鍵性控制項目，爆破必須一次完成。其爆破拆除最大高度11.4m，時間緊、任務重，且拆除的大部分混凝土皆在水下，給爆破施工增加了難度。圍堰拆除爆破要確保泄水閘壩閘門、電站廠房、閘墩、縱向導墻和滑坡體正在施工抗滑樁及新澆混凝土結構物(如：引航道新澆砼等)等周圍建(構)筑物的安全，同時防止爆破水擊波對廠房擋水閘門的破壞。經過綜合分析，決定采用工業(數碼)電子雷管起爆網路與變線密度裝藥法，進行一次性控制松動爆破拆除圍堰。為避免爆破地震波危及相鄰永久建筑物，在銜接面一定距離采取加密布孔、控制單響起爆量、設減震孔和進行預裂爆破形成破碎帶等隔離措施，同時，在爆破網絡設計上，利用工業(數碼)電子雷管毫秒微差可調性和干擾降振半周期做為單響藥量微差參數，達到多次減震和降低爆破有害效應的目的，確保各建(構)筑物和水生物生態環境安全。

2.2 允許振動速度和單響藥量的確定

依據《爆破安全規范》(GB6722—2014)規定的爆破振動安全允許標準，借鑒和類比水電站的工程設計經驗，例如：在大朝山、巖灘、樂灘、糯扎灘、構皮灘、溪洛渡水電站等圍堰爆破拆除中，閘門和閘門槽的爆破抗振設計標準為15 cm/s，校核標準為20 cm/s，實踐證明是可行的，縱向混凝土圍堰的允許振動速度控制在15 cm/s以內，不會對老混凝土造成破壞。似定本案混凝土圍堰(C25)爆破拆除的允許振動速度為：廠壩老混凝土為12 cm/s，閘墩和導墻為15 cm/s，電站廠房設備0.6 cm/s；對滑坡體的允許加速度為0.05 g；對水擊波壓強標準為0.4 MPa。

對老混凝土建筑物可按以下振動速度經驗公式計算確定最大單響藥量：

沒有預裂情況下:V⊥=48.1(Q1/3/R)0.73

在預裂面保護的情況下：V⊥=22.2(Q1/3/R)1.1

垂直加速度：g⊥=55.43(Q1/3/R)1.64

對水擊波壓強：P=1.15(Q1/3/R)0.95

2.3 爆破參數設計

(1)鉆孔參數

采用履帶式100B潛孔鉆機進行鉆孔，炮孔布置為上小下大的扇形結構，如圖3所示。孔徑φ90 mm，需要下套管的炮孔直徑φ130 mm，套管內徑不小于φ90 mm，超深1.5～2.0 m。

圖 3 溫寨圍堰爆破典型炮孔布置圖(單位：mm)Fig. 3 Typical layout of blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

堰頂孔距0.7 m，排距1.5 m，橫斷面三個炮孔，其中中間孔為垂直孔，兩邊孔為向外偏斜約6度的傾斜孔，如圖4所示。孔底最大孔距為1.7 m，排距為1.5 m。炸藥單耗為0.5～0.75 kg/m3。預裂孔孔徑為90 mm，孔距為0.5 m。

圖 4 溫寨圍堰典型爆破剖面圖(單位：mm)Fig. 4 Typical sectional view of Wenzhai cofferdam (unit：mm)

(2)變線密度裝藥

砼圍堰橫斷面呈上窄下寬，主爆孔采用變線密度裝藥，即組合連續裝藥結構形式，炮孔上部孔密集系數大，采用φ32 mm乳化炸藥卷用竹片串接固定，延米裝藥量為1.0 kg/m，裝藥長度2 m。

中部孔密集系數適中，采用φ32 mm乳化炸藥卷二節并綁竹片固定，延米裝藥量為2 kg/m，裝藥長度3.0 m。

底部密集系數較小，采用延續裝φ70 mm的乳化藥卷，裝藥長度2 m；其它裝藥段采用φ32 mm乳化炸藥卷三～四節并綁竹片固定，延米裝藥量為3～4 kg/m，各裝藥長度根據藥量公式和實際情況確定。裝藥結構如圖5所示。

控制區加密炮孔裝藥：參照Q=a×b×h×q進行計算，采用間隔裝藥控制單響藥量和單響藥量內為組合連續裝藥等結構，藥卷采用φ32 mm乳化炸藥。

預裂孔線裝藥密度300～400 g/m，取300 g/m，孔底1.5 m加強裝藥，孔口堵塞長度為1.5 m，采用φ32藥卷綁扎在毛竹片上永成串狀的不耦合間隔裝藥結構。

(3)工業(數碼)電子雷管起爆網路

起爆網路采用工業(數碼)電子雷管起爆網路，如圖6所示。工業(數碼)電子雷管是采用保利久聯控集團有限責任公司生產的8號工業(數碼)電子雷管，起爆網路的延時時間設計為：主爆孔獨孔編程步長為：1～3號孔5～15 ms/孔，取5 ms；主爆孔多孔編程步長為15～25 ms/3孔，取20 ms；孔內和預裂孔編程步長為5～10 ms/3孔，取5ms；分段間編程步長為1200～1500 ms，取1500 ms。同時，預裂爆破比緩沖孔爆破提前110～150 ms起爆。

圖 5 溫寨圍堰爆破典型主爆炮孔裝藥圖(單位：mm)Fig. 5 Typical loading charge sketch of main blastholes of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

圖 6 溫寨圍堰爆破典型起爆網路(單位：mm)Fig. 6 Typical initiation network of Wenzhai cofferdam(unit：mm)

3 方案實施及爆破效果

3.1 爆破方案實施

爆破施工中能否按設計方案要求有效地進行，關系到爆破效果的好壞。爆破方案實施時，嚴格按設計要求進行了布孔、造孔，控制好孔位、孔向和孔深，確保造孔質量。裝藥前，按設計對孔位進行編號，測量并檢查了孔深和水深，裝藥人員嚴格按設計要求的裝藥結構、數量進行裝藥、堵塞。采取了加強捆綁送藥方法，使得裝藥得以順利完成任務。

正式實施全面爆破前，在下游圍堰端頭6.5 m范圍內進行了一次拆除爆破模擬試驗，以檢驗爆破效果(包括預裂效果)是否達到要求、爆破設計參數是否合適。選用了單耗藥量為：0.65 kg/m3、0.75 kg/m3和0.80 kg/m3三種情況分別進行試驗，同時對其進行爆破監測和總結。試爆效果良好，預裂面成型完整，表明爆破設計參數的選擇比較合適。

3.2 爆破效果

2019年8月2日—3日，溫寨圍堰爆破成功實施，一次性順利拆除上下游縱向砼圍堰。爆破后爆渣塊度與設計預期基本相符。調錄像爆破飛石少，個別飛石均控制在設計值內。爆破后進行了聯合檢查，周邊設備、儀器安全，建(構)筑物均未出現移位、脫落、裂縫和打殘傷等現象。

在需要重點保護的建(構)筑物及重要場所，布置了5個爆破監測點，如表2所示。爆破振動監測結果均在安全允許范圍內[12,13]。

表2 溫寨圍堰爆破拆除振動監測結果Table 2 Monitoring values of blasting vibration of Wenzhai cofferdam

4 結論

通過溫寨航電樞紐縱向圍堰爆破拆除案例說明，根據堰體的結構特征，選用變線密度裝藥方式結合工業(數碼)電子雷管起爆網路的爆破方式[14]，即能保證炸藥能量的充分利用，又能夠實現精準延時施爆、有效地控制爆破振動，保證永久建(構)筑物安全，為類似爆破工程具有一定的借鑒意義。

(1)爆破振動在安全允許控制閾值1/10以下，表明采用該方法能夠很好的控制爆破振動，保證永久建(構)筑物安全。

(2)變線密度裝藥方式結合工業(數碼)電子雷管起爆網路的爆破方式，對圍堰的壩體特征具有很好的適應性，既能保證炸藥能量的充分利用，也能保證爆破達到預期效果。

注：測試設備為中國科學院成都中科測控公司生產的TC-4850爆破測振儀系列產品。