摘要：乌弄龙水电站尾水出口岩坎围堰爆破拆采用台阶爆破与水下爆破相结合以及逐孔分段起爆的方法进行研究，探索复杂环境条件下预留岩坎围堰最优的爆破拆除设计方案，对揭示岩坎围堰安全、高效的爆破拆除规律，指导乌弄龙水电站尾水出口岩坎围堰按期、安全、高效拆除具有重要的意义。
关键词：尾水出口；岩坎围堰；爆破拆除；施工技术
1 工程概述
乌弄龙水电站尾水出口枯水期围堰采用“预留岩坎+混凝土围堰”型式；围堰迎水面抛填大块石及布设钢筋石笼以防围堰坡面冲刷，围堰在山体冲沟处采取“降低岩坎高度，同时增加混凝土围堰”的方式以减少对尾水渠的占压，围堰体纵向中心线附近布设防渗帷幕，以减少堰体渗水。围堰长度约130m，预留岩坎高程为1816.00m，顶宽3.0m，围堰迎水面边坡为原始边坡，背水面边坡坡比为1：0.3；预留岩坎上浇筑混凝土围堰至1818.00m，其型式为重力式挡墙式混凝土围堰，顶宽为0.60m，坡比为1：0.6。
2 围堰爆破拆除方案
为防止爆破飞石直接冲击检修闸门，采用围堰内充水爆破方案，堰顶向下钻发散孔方案，岩坎爆渣块度要求不大于40cm，便于水下开挖。
具体实施步骤如下：
第一步：围堰瘦身，清理围堰外侧淤积料，采用反铲对围堰外侧淤积料进行挖除，以确保围堰爆破拆除效果。
第二步：EL.1816.50m以上揭顶拆除，采用破碎锤对岩坎顶部混凝土子围堰拆除，降低预留岩坎顶面至EL.1816.50m。
第三步：预留岩坎（主体围堰）爆破拆除，分段一次爆破拆除至设计高程，石渣尽量用长臂反铲挖除。预留岩坎爆破拆除前，首先在围堰下游侧开口形成临空面，下游侧开口长度10m左右，爆破临空面为河床，且在下游侧边坡布置一排预裂孔，将岩坎围堰与下游尾水闸出口边坡分开。主体围堰采取从下游往上游分段爆破拆除，每次爆破长度20m左右，爆破临空面为围堰下游，由外向内逐孔爆破方式。
3 岩坎围堰爆破拆除设计
⑴钻孔直径
为有效解决爆破孔钻孔困难的问题，考虑该部位实际复杂地质情况、施工条件及工期要求等因素，结合类似工程的施工经验，爆破孔采用CM351高压跟管钻机钻孔，随钻孔，随下套管护臂。同时，为防止钻孔完成后塌孔，保证成孔率，爆破孔钻孔直径不小于110m，孔内插入Φ90PVC管。
⑵钻孔布置形式
充分利用岩坎围堰顶部的面积，为钻孔方便，同时便于后期爆破网路联网方便，采用矩形布孔方式。
⑶钻孔精度控制
由于围堰形状不规则，所处位置与底部高程变化大，因此在钻孔过程中，严格控制钻孔角度、间排距，确保底部抵抗线在1.8m范围内。
⑷炸药单耗
一般水下爆破，炸药单耗按下式计算：
q=q1+q2+q3+q4
式中：q1—基本炸药单耗，按块径30cm计算基本炸药单耗为1.2 kg/m3；q2—爆区上方水压增量单耗，q2＝0.01*h2，h2—水深（m）；q3—爆区覆盖层增量单耗，q3＝0.02*h3，h3—覆盖层厚度（m）；q4—岩石膨胀增量单耗，q4＝0.03*h，h—梯段高度（m）。
正常的岩石破碎单耗为 0.4～0.6kg/m3，要求爆渣最大块度[dmax]控制在30cm以下，所需要的单耗约为1.2kg/m3，本工程h2=6m，h3=0，h=6.5m；计算得q=1.2＋0.06＋0＋0.195＝1.455kg/m3。考虑基岩有泥沙及水压的条件和抛掷的需要，岩坎围堰炸药单耗为1.5kg/m3以上。
⑸孔网参数
为确保岩坎底部的爆破效果，采用Φ70mm乳化炸药，密度为1.05~1.35g/cm3，炸药密度要求不小于1.10g/cm3。炮孔的延米装药量按Q=4.0 kg/m计算。当炸药单耗为q=1.5kg/m3，炮孔负担的面积S为：S=Q/q=4/1.5=2.7m2。布孔时孔排距取a=1.5m，顶部间距0.5m～0.6m，底部抵抗线W=1.8m。
⑹炮孔超深
选择合理的炮孔超深是为了更好地克服炮孔底部的约束，减小爆渣的大块率，避免留下岩坎，从内至外炮孔之间的钻孔超深依次为0.6m、1.0m、1.0m、1.5m、2m控制。
⑺装药结构
由于岩坎横断面呈上窄下宽的特点，上部炮孔密集系数大，而下部炮孔密集系数较小，如采用同一装药结构，势必造成上部炸药单耗过大，因此，主爆孔采用组合连续装药结构形式。
主爆孔：炮孔上部装Φ32mm的乳化药卷（两节并绑在一起），炸药的延米装药量为2.0kg/m，装药长度根据实际孔深确定；中部装Φ32mm的乳化药卷（3节并绑在一起），炸药的延米装药量为3.45kg/m，装药长度取2.0m；底部装Φ70mm的乳化药卷，炸药的延米装药量为4.0kg/m，装药长度根据实际孔深确定。装Φ32炸药时，每孔必须下导爆索和竹片，将药卷连续绑扎。每个炮孔的装药底部和上部各装2发MS15段非电雷管，孔内用一根防水导爆索加强传爆。
预裂孔：线装药密度300～400g/m，孔底1.0m加强装药，孔口堵塞长度为0.8m，采用导爆索将Φ32药卷绑扎在毛竹片上成串状的间隔装药结构。
⑻堵塞长度
堵塞的目的可防止产生过多的爆破飞石，保证爆破效果。主爆孔孔径Φ100mm的堵塞长度L=2m，手风钻孔堵塞长度取0.6m；堵塞物采用黄土或岩屑或袋装砂。
⑼装药量计量
Q=q.a.W底.L
式中：q—单位炸药消耗量（kg/m3）； a—孔距（m）；
W底—最小抵抗线（m）； L—台阶高度（m）；
对于孔内用采用组合装药结构的炮孔，其单孔装药量为各段装药量之和。
Q=∑Qi
Qi =qi•a•Wi•Li
式中：q—单位炸药消耗量（kg/m3）； a—孔距（m）；
Wi—各装药段底部抵抗线长度（m）；Li—各装药段长度（m）；
由于孔深或装药深度的不同，各孔装药量不一致，最大单孔装药量为49kg。
4 爆破网络设计
⑴起爆方案
围堰下游端最先形成缺口，爆渣尽量向堰外抛掷；然后自围堰下游至上游分段爆破，爆渣抛掷方向沿围堰轴线向下游方向抛掷，使爆渣抛掷方向避开闸门，并且便于反铲清渣。
⑵岩坎围堰拆除爆破网络
岩坎围堰爆破采用下游侧开口、由外向内逐孔起爆的起爆网路。考虑爆破地震波、水击波等有害效应的影响，单次起爆药量受到限制，岩坎围堰爆破采用逐孔爆破方式。
逐孔爆破的机理是：在爆破过程中，借助于高精度雷管的准确延时，通过孔内雷管与地表雷管的合理时间组合，使炮孔由起爆点按顺序依次起爆，每个炮孔的起爆都是相对独立的，当相邻炮孔的延期间隔选取合理时，相邻炮孔间的矿岩在移动过程中会发生相互碰撞挤压，进一步破碎，从而保证了较好的破碎效果，也降低了爆破有害效应。
起爆网路联接形式：①炮孔内一律装MS15非电延时雷管，雷管孔内延时时间860ms，每孔装两个起爆体，每个起爆体装2发MS15非电延时雷管；需单个炮孔孔内分两段起爆时，孔内上下药包仍装860ms非电延时雷管，然后在孔口将后爆雷管的导爆管再串接MS2（25ms）或MS3（50ms）低段位雷管，实现孔内分段的目的；②孔间延时采用MS2（25ms）非电延时雷管，局部采用MS3（50ms）非电延时雷管；③排间延时采用MS5（110ms）非电延时雷管。整个网路连接完毕，最后绑扎两发电雷管后，用导线引至起爆站，用高能起爆器起爆。
5 最大单响药量
根据《爆破安全规程》GB6722-2014，安全振速和最大单响药量计算公式：
； 
。
式中：Q—最大单响药量，kg； v—计算地震波速度，cm/s；
[v]—安全允许震速，cm/s； R—控制点至爆源的距离，m；
K、α—与爆区地形地形地质有关的系数和衰减系数。
表征爆破振动传播规律的K、α值变化幅度比较大，这与围堰所在部位的结构、地质、形体等因素有关。根据多个围堰的实测资料表明，K值的范围在60~200之间，α值的范围在1.4~2.0之间。该范围域比较宽，除了采用类似工程的K、α以及《爆破安全规程》推荐值进行计算外，尽可能通过进行现场试验获取K、α值。
尾水出口岩石纵波速度4760m/s，岩石饱和单轴抗压强度大于60MPa，属于坚硬岩石，根据类似工程的K、α取值及《爆破安全规程》K、α推荐值，本设计暂按K=130，α=1.7取值计算，计算结果见表7.1。
①对于闸门，最大单响药量为
Qmax=[（5/130）1/1.7×30.14]3 =87kg>49kg
②对于启闭机排架，最大单响药量为
Qmax=[（4.5/130）1/1.7×26.99]3 =52kg>49kg
从计算结果来看，采用单响药量49kg可以满足尾水检修闸门、启闭机排架抗震要求，所以围堰拆除的爆破单响药量按照49kg控制，深孔一孔一响，浅孔两孔或多孔一响。
6 爆破振动控制
爆破振动是本次爆破控制的重点，控制的主要目标物有尾水闸墩、闸门、启闭机排架，控制爆破振动和冲击危害。
①尾水闸墩属于钢筋混凝土实体结构，已达到混凝土的设计强度，以往类似工程的经验认为钢筋混凝土结构具有很强的抗震性能，爆破振动控制值较高。根据大朝山、漫湾、大源渡等类似工程的实测资料分析，不同的工程钢筋混凝土结构采用抗震标准差异比较大，最小的采用15cm/s，最大的采用30cm/s，表明钢筋混凝土具有很强的抗震性能，一般都在20cm/s以上，个别工程实测达到35cm/s也未见破坏。本次爆破拆除控制标准按15cm/s设计，按20cm/s校核。
②尾水检修闸门允许质点振速：根据长江科学院十多个围堰拆除爆破工程经验和实际震动效应监测结果，认为水工闸门还是具有较强抗震性能的。例如大朝山水电站、东风水电站、山西禹门口提水工程等围堰爆破拆除工程中，围堰距离闸门的距离都很近，有的甚至直接相连。在实际监测中测到的最大质点振动速度超过20cm/s，但闸门并没有破坏。洪家度2#导流洞进口闸门属于钢结构闸门，其抗震能力比一般的混凝土结构闸门要高，闸门基础质点振动速度按15cm/s设计，20cm/s校核。嵩滩埔水电站进水口闸门允许质点振速为10cm/s。类比以上工程经验，本工程尾水检修闸门允许质点振速按5.0cm/s设计，10cm/s校核。
③启闭机排架允许质点振速按4.5cm/s设计。
7 安全防护措施
尾水出口围堰拆除爆破振动主要保护对象：闸门、启闭机排架柱、钢丝绳，具体安全防护如下：
⑴爆破水击波防护。采用下闸关门爆破，堰内充水。为了防止爆破水击波对闸门造成的危害，在闸门前布置三道气泡帷幕，以消减水击波影响。
⑵爆破飞石防护。由于临近建筑物较多，对岩坎围堰顶部覆盖砂袋进行主动防护，以达到良好的飞石防止效果。
⑶启闭机防护。启闭机室距爆破点较近，为保护启闭机安全，除面靠山体侧一面，其它面均需防护，采用搭设钢管排架，覆盖竹跳板封闭方式进行防护。
⑷启闭机钢丝绳防护。启闭机钢丝绳及吊钩距离爆破点较近，为防止爆破飞石对钢丝绳及吊钩造成破坏，拟采用外裹柔性缓冲材料进行柔性防护。并在尾水闸墩、启闭机排架柱外挂保温，不仅对启闭机钢丝绳进一步安全防护作用，同时对尾水闸墩、启闭机排架混凝土也起到保护作用。
8 结束语
云南澜沧江乌弄龙水电站岩坎围堰拆除爆破取得了一次性成功，采取“下游侧开口、由外向内逐孔起爆、分段爆破拆除”的方式进行岩坎围堰爆破拆除，通过周密控制爆破设计、严格的施工工艺、科学合理的安全防护措施等，爆破周围建筑物、设备等完好无损，达到了预期的效果，可供同类工程参考借鉴。
参考文献：
1、GB6722-2014《爆破安全规程》
2、DL/T5135-2013）《水利水电工程爆破施工技术规范》
3、DL/T5333-2005《水电水利工程爆破安全监测规程》
4、张正宇等著《现代水利水电工程爆破》
5、赵根等著《水工围堰拆除爆破》
【作者简介】
王 玲 助工程师 中国葛洲坝集团第六工程有限公司乌弄龙水电站工程技术部副部长
刘俊杰 工程师 中国葛洲坝集团第六工程有限公司乌弄龙水电站工程技术部部长
李汉涛 教高 中国葛洲坝集团第六工程有限公司科技信息部副部长
王 辉 工程师 中国葛洲坝集团第六工程有限公司乌弄龙水电站项目副总经理
论文作者:王玲,刘俊杰,李汉涛,王辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：围堰论文; 药量论文; 闸门论文; 雷管论文; 炸药论文; 钻孔论文; 排架论文; 《基层建设》2018年第26期论文;