梁子湖堤应急抢险拆除精准控制爆破设计.pdf

第36卷第2期 2019年6月 Vol. 36 No. 2 Jun. 2019 爆破 BLASTI NG doi10.3963/j. issn. 1001 -487X. 2019.02.014 梁子湖堤应急抢险拆除精准控制爆破设计 王永平，易覃壮恩；趙财 （1.中国人民武装警察部队水电指挥部，北京100055;2.中国人民武装警察部队水电第三总队，成都611135） 摘要长江流域特大洪水严重威胁沿江城市安全，湖北梁子湖与牛山湖之间隔堤需实施爆破拆除，论述 了应急抢险拆除工程中的爆破方案、爆破参数、爆破网路设计。爆破拆除堤段长1000 m、顶宽4 m,结合实际 情况,333个药室沿堤轴线布置，采用非电复式串联交叉接力网路依次传爆；药室内采用高段别非电毫秒导 爆管雷管起爆，药室外采用低段别非电毫秒导爆管雷管传爆，实现孔间微差起爆，最大单响药量216 kg ,网路 总延时2. 75 s；采用单个药包同时用导爆管和导爆索双重起爆器材起爆的方式，提高了网路起爆成功率和精 准传爆率。 关键词湖堤；应急抢险；拆除爆破；破垸分洪；复式串联交叉接力网路 中图分类号TD235.3 文献标识码A 文章编号1001 -487X（2019）02 - 0092 - 07 Design of Precise Control l ed Bl asting for Emergency Rescue and Demol ition of Liangzi Lake Embankment WANG Yong-ping , YI Dan2、Q1N Zhuang-en2 ,ZHA0 Xiao2 （1. Chinese Peop les Armed Police Hydrop ower Troop s, Beijing 100055 ,China； 2. Number 3 General Team,Chinese Peop les Armed Police Hydrop ower Troop s, Cheng du 611135 ,China） Abstract Floods in the Yang tze River Valley seriously threatened the safety of cities along the Yang tze River, so the embankment between Liang zi Lake and Niu Shan Lake in Hubei Province needed blasting demolition. The blas ting scheme was desig ned including blasting p arameters and blasting network. The embankment was 1000 m long and 4 m wide,resp ectively. According to the classical ula and actual situation,333 chambers were arrang ed along the embankment axis, and detonated by non-electric series crossover relay detonation transmission network. The maximum charg e amount p er delay interval was 216 kg with millisecond Nonel detonation network, where the hig h seg ment mil lisecond delay detonators were used within the holes, and the low seg ment millisecond delay detonators were linked out of the hole,and the total network delay was 2. 75 s. Sing le exp losive p ackag e detonated by both non-electric milli second detonator and detonating cord, by which the detonation transmission p recise g ot p romoted. Key words lake embankment； emerg ency rescue； exp losive demolition； break embankment to divide flood； comp ound series crossover detonation transmission network 收稿日期2019-01 -21 作者简介王永平（1968 -），男，高级工程师、本科、工学学士，水利 水电工程，（E-mail） wyp 5496 126. como 通讯作者易 丹（1983 ）,男，高级工程师、本科、工学学士，水利水 电工程，（E-mail） yidan_g eneral 126. com。 1概述 梁子湖为湖北省蓄水量第一、面积第二大淡水 湖⑴，流域面积3265 kn,位于湖北省武汉、鄂州、 咸宁三地交界处，地跨鄂州、黄石大冶、武汉市江夏 区和东湖髙新区，属武汉市江夏区。据2012年湖北 第36卷第2期王永平，易丹.覃壮恩，等梁子湖堤应急抢险拆除精准控制爆破设计93 省“一湖一勘”测量成果，湖面面积不含牛山湖 271 km,堤防总长 47. 39 km。 2016年自入梅以来，受连续四轮强降雨影响， 梁子湖水位居高不下，达21. 49叫超保证水位 0. 13 m保证水位21. 36 m ,超历史最高水位 0.05 m,受高水位浸泡的影响，湖堤险象环生、溃决 风险不断增加，严重威胁人民生命财产安全。7月 12日，湖北省省委常委扩大会议专题研究决定, 由武警水电第三总队对位于梁子湖与牛山湖之间 1 km长的隔堤实施拆除,利用两湖之间1 m多的水 位差为梁子湖破垸分洪。见图1。 图1梁子湖堤爆破位置图 Fig . 1 Blasting location map of Liang zi Lake embankment 2应急抢险拆除爆破任务特点 梁子湖堤应急抢险爆破拆除具有以下主要特点 1爆破规模大 梁子湖堤应急爆破拆除长度达1000 m,装药量 24 t,雷管2700发，导爆索5000 m,分111段起爆， 各项指标均超过目前国内外应急抢险爆破记录。 2 爆破保证率要求高 社会关注度大，只许成功，不容失误，更不许失 败23〕。若不能一次成功，后期无法进行补充爆破， 在湖堤或湖里留下拒爆的爆破器材，会对将来群众 的生产活动造成致命的安全隐患。 3 爆破时间紧 汛情紧急,从接受任务到完成任务仅36 h,时间 非常紧迫。所有工作必须尽快开展，确保鄂州城区、 武汉东湖高新区和鄂州、武汉的大批城镇、村庄、农 田及重要基础设施的安全度汛。 3现场情况简介 3.1梁子湖堤地形及水位资料 根据灾情侦测和现场实地踏勘,梁子湖堤采用 碎石和粘土修筑;堤顶布置有0.2 m厚混凝土道路, 在梁子湖一侧有0.5 m宽、0.6 m高的混凝土防浪 墙沿堤布置;大堤两侧边坡坡度约为12,坡面均为 粘土护面。待拆除的大堤周边700 - 1500 m范围尚 有部分砖混结构民房。 堤顶高程为21. 8 m,牛山湖湖面水位高程为 20.36 m,梁子湖湖面水位髙程为21.49 m0梁子湖 水位超过保证水位0. 12叫超过历史最高水位 0.05 m,高水位持续运行7 d。大堤基本情况见图2。 图2梁子湖堤示意图单位m Fig . 2 Schematic diag ram of Liang zi Lake embankment unit m 3.2梁子湖堤性状研判 梁子湖堤建于上世纪70年代末，将原属于梁子 湖水域的部分湖面分离岀来，形成现在的牛山湖，历 经较长时间运行和维护，堤身建筑材料及结构发生 了较大改变。加之经过本次洪水长时间、髙水位作 用，堤身抗渗性降低，局部堤身稳定性降低,对药室 开挖和装药施工造成严重影响。 4爆破方案设计 4.1总体爆破方案 采用加强抛掷爆破的方式将牛山湖水面线以上 部分堤顶，分别抛掷向牛山湖和梁子湖内，形成顺畅 的过流通道，使梁子湖水泄入牛山湖，以迅速降低梁 子湖水位、解除决堤风险⑷。由于大堤稳定性下 降，采用单点、集中药包加强爆破方式进行。参考碉 94爆破2019年6月 室爆破设计，药室沿大堤轴线一字布置，采用毫秒微 差爆破网路进行传爆。为简化爆破计算，在爆破前 拆除堤顶0.2 m厚混凝土道路及混凝土防浪墙，同 时将湖堤两侧边坡修整到不缓于12。 4.2爆破参数选择 4.2.1炸药种类 由于大堤抗渗性降低，药室开挖后会有较多积 水,选择抗水的岩石乳化炸药。 4.2.2单位耗药量 由于大堤主要为黏土碎石构筑,参考抛掷爆破 相关资料,确定爆破单位耗药量K 2.0 kg /m3。 4.2.3最小抵抗线 考虑爆破后利用大堤两侧湖水水位差自然分洪 的要求,必须使爆破漏斗形状可控，即在梁子湖一侧 岀露高程必须低于其水位21.49 m,在牛山湖一侧 出露高程不得高于其水位20.36 m,以便迅速过流。 根据可见漏斗深度P及爆破上裂半径r,及湖堤结 构形体计算最小抵抗线図。 可见漏斗深度P （0. 6“ 0. 2） W 爆破上裂半径⑸r W J\ 式中“为爆破作用指数,根据爆破类型选取“ z 仁3 1.25；0为爆破漏斗上向崩塌系数0 1 0.04 io）； a为地形坡度系数，根据现场情况选取5.0。 爆破后实际爆破漏斗在牛山湖一侧出露高程按 照20.36 m计算，根据湖堤型体，得到最小抵抗线 W 3.05 m。但是在大堤稳定性降低、部分堤顶宽 度不足4 m且梁子湖水位高企的情况下，开挖超过 3 m深的药室是十分危险的。 经过反复研判，决定在装药前利用反铲将水面 以上边坡修整至1 1,药室布置在堤顶中轴线位置, 药室开挖深度既药包埋深2. 5 m0经过计算，爆破 后实际爆破漏斗在堤身两侧出露高程在未修整边坡 坡度的情况下为20. 65 m,修整边坡坡度后为 20.36 m。大堤爆破前后情况如图3。 图3梁子湖堤堤顶爆破漏斗示意图单位m Fig . 3 Schematic diag ram of the blasting funnel of Liang zi Lake embankment unit m 根据上述计算，确定最小抵抗线W2.5 m。 4.2.4装药量确定 按照拟定的加强抛掷类型，参照碉室爆破中集 中布置药量计算公式，进行单个药室药量理论计 算⑹ Q K叭0.4 0. 6n3）e 式中K为单位耗药量,kg /m3 ； W为最小抵抗 线,m；n为爆破作用指数;e为炸药换算系数。 根据前文确定参数，K （单位耗药量）选取 2.0 kg /m3,叭最小抵抗线）选取2. 5 m,2岩石乳 化炸药e（炸药换算系数）选取为1.0，加强抛掷爆 破参考相关资料选取“ 1.25。 经计算得到理论装药量＜261.88 kg。本地炸 药包装规格为24 kg /箱，为利于现场操作，单个药室 实际装药量确定为72 kg（3箱）。 4.2.5爆破药包间距确定 根据现场条件及湖堤的结构，所有药包布置在 同一高程19.1 m,参照嗣室爆破集中药包布置计算 公式确定药包间距a a W 力a卩E p E 0. 45 x 100 0129 /a 26 ai E 77. 52lg0.45K；7a 式中8为地形坡度r；K为单位耗药量, kg /m3;PZ为最小抵抗线，m；Q为单个药室装药量， kg；a为药包间距,m。 根据前文K（单位耗药量）选取2.0 kg /m3, IF （最小抵抗线）选取2. 5 m；根据大堤体型8 （地形 第36卷第2期王永平，易丹,覃壮恩，等梁子湖堤应急抢险拆除精准控制爆破设计95 坡度）选取27。,最小抵抗线W取2. 5 m,单个药室 3.14 m。为便于操作，选取药包间距为3 mo药包 装药量Q取72 kg。 在大堤纵断面上的布置如图4所示。 将其余参数逐一代入后，计算得到药包间距a ▽ 21.6 a为与 集中装药爆破时地质条件有关的震动波衰减系数， 取为最大单响装药量,kg ;R为爆炸点距民 房最近的距离,m；”为震动速度,cm/s。 根据拟定的爆破参数和爆破方式,K，选取300、 a选取1.8,/选取最靠近民房的距离700 m；根据 爆破安全规程规定的受保护对象质点震动速度，周 边一般砖房“取2.5 cm/s,验算最大单响装药量，得 到 Q喰115 627.6 kgo 根据现场布置情况，每3 m 个药室，传爆雷管 脚线长度为12 m,考虑联网搭接长度，为保证传爆 效果，确定采用3个药室一次齐爆的网路，网路设计 单响药量为216 kg0 4.3.2网路延时 拟拆除堤段长度为1000 m,共布置333个药 室，每3个药室一次齐爆，则共齐爆111次,根据以 上爆破参数进行网路总延时计算。 九乙（“ _ 1） T” - r, 式中A*为最大网路延时,ms；7\为传爆雷管 延时,ms；7\为最后一个药室雷管延时,ms； 为第 一个药室雷管延时,ms；N为齐爆次数，次。 齐爆次数N为111次;为保证传爆网路的可靠 性，药室内起爆雷管需要用最高段别，同时根据当地 火工品供应情况，采用MS15段毫秒延期导爆管雷 管;为尽快完成传爆，药室外采用当地最低段别MS2 段毫秒延期导爆管雷管传爆[1，-3],传爆雷管延时仇 为25 mso以上参数带入后，得到网路总延时为 2750 ms,即 2.75 s。 4.3.3网路布置 根据以上拟定的爆破参数，确定网路为〔⑷主 爆雷管为MS15段毫秒延期导爆管雷管，传爆雷管 为MS2段毫秒延期导爆管雷管，采用复式交叉接力 导爆管网路，双发即发电雷管起爆。网路设计图见 图6。 96爆破 2019年6月 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 MS2 25 图6梁子湖堤爆破网路示意图 Fig . 6 Schematic diag ram of blasting network of Liang zi Lake embankment 第121药室至123药室位置有一处错车平台， 由于宽度增大，因此增设一排药室，即第121-1.122- 1J23-1药室作一次齐爆，主爆雷管为MS13段导爆 管雷管，传爆雷管仍为MS2段导爆管雷管，使其先 于大堤上对应的121至123药室起爆，以提供临空 面。错车道药室布置和网路布置见图7、图8。 120 O 121-1 o 122-1 o 123-1 o 121122123 ooo 124 O 图7错车平台药室布置示意图 Fig . 7 Schematic diag ram of exp losive chamber arrang ement of Vehicle p lat 44爆破安全复核 4.4. 1爆破振动 周边建筑物的质点振动速度按经验公式计算如 卞[15-18] 一哄）“ 式中K为与装药爆破现场有关的系数，取为 300；为与装药爆破时地质条件有关的震动波衰减 系数，取为1. 8；0皿*为最大单响药量216 kg；/为爆炸 点距民房最近的距离,700 m；p为震动速度,cm/so 图8错车平台药室联网示意图 Fig . 8 Schematic diag ram of exp losive chamber network of Vehicle p lat 各区爆破震动速度见表1。 表1各区爆破震动速度计算结果统计表 Tabl e 1 Statistical tabl e of cal cul ation resul ts of bl asting vibration vel ocity in each area 区号 药室数/ 个 起止桩号 雷管延期 时间 单响药量/ 炖 近似距离/ m 振动速度/ cm s-, 1250700〜0775200216 7000.0571 2250775-0850417216 7750.0475 3250850-0925625216850 0.0403 42509251 000833216 9250. 0346 5251 0001 07510252161000 0.0300 6251 075-115012502161075 0.0264 7251 1501 22514502161150 0.0234 8251 2251 30016502161225 0.0209 9251 3001 37518752161300 0.0187 10251 3751 45020752161375 0.0169 11251 4501 52522752161450 0.0154 1225 1 5251 600250021614000.0164 1325 1 6001 675270021613250.0181 148 1 6751 700275021612500.0201 第36卷第2期王永平，易丹,覃壮恩，等梁子湖堤应急抢险拆除精准控制爆破设计97 根据计算公式受保护建筑物最大质点爆破振动 速度为0. 0571 cm/s,小于规程规定的2. 5 cm/s0 经复核爆破设计安全。 4.4.2空气冲击波 按照露天爆破计算，空气冲击波安全距离为 爆破对 周边建筑物、群众的影响受控，未造成安全事故;爆 破漏斗形状控制良好，分洪水流均匀、顺畅，梁子湖 水位迅速下降0.35 m,达到了预期效果。 6结语 梁子湖堤爆破是国内首例大规模湖堤应急抢险 拆除爆破,从现场勘察、爆破方案设计到最终成功起 爆仅用时36 h,堪称奇迹。本次爆破研究成果经爆 破行业协会评价，处于国内领先水平，为我国今后应 急抢险爆破施工提供了参考和借鉴。 1爆破拆除堤段全长1000 m,参照碉室爆破 设计，药室间距3 m沿堤轴线一字布置，药包埋深 2.5 m,采用反铲直接开挖和回填药室，既保证了爆 破拆除效果，又确保了按时完成任务。 2 采用防水乳化炸药,避免了堤身渗水对炸 药的影响。 3 针对超长爆破网路，采用非电复式串联交 叉接力网路传爆，且单个药包采用导爆管和导爆索 双重起爆器材，提髙了药室起爆成功率和网路传爆 保证率，确保了爆破效果。 参考文献References [1] 郭生练，黄国雄，王忠法，等.湖北省湖泊志[M].武 汉湖北科学技术出版社,2014. 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