锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰拆除爆破.pdf

第2 8 卷第4 期 2 0 1 1 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．4 D e c ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 11 ．0 4 ．0 2 1 锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰拆除爆破宰 张忠伟1 ，任舸2 ，李洪涛2 1 ．二滩水电开发有限责任公司，成都6 1 0 0 5 1 ；2 ．1 四} l l 大学水利水电学院，成都6 1 0 0 6 5 摘要介绍了锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰拆除工程的岩坎拆除爆破方案、爆破参数、爆破网路以 及爆破安全防护措施。水下岩坎拆除的高度为1 0m 。考虑满足水力冲渣、保证邻近混凝土结构的爆破振动 安全等因素，岩坎拆除爆破采用平均1 ．8k s ／m 3 的高单耗设计，采用孔排间微差起爆网路，孔内采用高段位 非电毫秒导爆管雷管起爆，孔外采用低段位雷管连接，最大单响药量8 8k g 。岩坎拆除爆破后导流洞顺利过 流，为截流创造了条件。 关键词锦屏二级水电站； 围堰；岩坎；拆除爆破； 导流隧洞 ． 中图分类号T V 5 4 2 ；T U 7 4 6 ．5 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 1 0 4 0 0 7 7 0 4 E x p l o s i v eD e m o l i t i o no fI n t a k eC o f f e r d a mo fD i v e r s i o nT u n n e l o nJ i n g p i n gI IH y d r o p o w e rS t a t i o n Z H A N GZ h o n g ．w e i l ，R E N ＆2 ，L ／H o n g ．t a 0 2 1 ．E r t a nH y d r o p o w e rD e v e l o p m e n tC o m p a n yL t d ，C h e n g d u6 1 0 0 5 1 ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fH y d r a u l i ca n dH y d r o e l e c t r i cE n g i n e e r i n g ，S i c h u a nU n i v e r s i t y ，C h e n g d u6 1 0 0 6 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h eb l a s ts c h e m e ，b l a s tp a r a m e t e r s ，b l a s tn e t w o r k ，a n db l a s t i n gs a f e t yo fe x p l o s i v ed e m o l i t i o nf o rr o c k d y k eo fd i v e r s i o nt u n n e lo nJ i n g p i n gI IH y d r o p o w e rS t a t i o na r ei n t r o d u c e d ．T h eh e i g h to fr o c k d y k ei s1 0 m ，i no r d e r t om e e tt h er e q u i r e m e n to fh y d r a u l i cd i s c h a r g e ds l a ga n db l a s t i n gv i b r a t i o ns a f e t yo fc o n c r e t es t r u c t u r e s ，t h ea v e r a g e s p e c i f i cc h a r g ei s1 ．8k s ／m ’a n dt h em a x i m u mc h 越s ea m o u n tp e rd e l a yi n t e r v a li s8 8k gw i t hm i l l i s e c o n dN o n e ld e t o n a t i o nn e t w o r k ，w h i c hh i 【g hm i l l i s e c o n dd e l a yd e t o n a t o r sa 舱u s e dw i t h i nt h eh o l e s ，w h i l eo u to f t h eh o l e ，l o ws e g m e n t m i l l i s e c o n dd e l a yd e t o n a t o r sa r el i n k e d ．A f t e re x p l o s i v ed e m o l i t i o n ，w a t e rf l o w st h r o u g ht h ed i v e r s i o nt u n n e li m m e d i a t e l y ，a n di tc r e a t e sag o o dc o n d i t i o nf o rs u c c e s s f u lf i v e rc l o s u r e ． K e yw o r d s J i n g p i n gl Ih y d r o p o w e rs t a t i o n ；c o f f e r d a m ；r o c k ．d y k e ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；d i v e r s i o nt u n n e l 1工程概况 锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木 里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯 收稿日期2 0 1 l 0 4 一l O 作者简介张忠伟 1 9 7 4 一 ，男，工程师、硕士，从事水电工程建设管 理方面的工作， E m a i l z h a n g z h o n g w e i e h d c ．c o m ．c n 。 通讯作者李洪涛 1 9 7 9 一 ，男，讲师、博士，从事工程爆破、岩石动力 学等方面的教学和科研工作， E m a i l h t l s c u ．e d u ．c n 。 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 0 0 9 1 0 4 ；教育部博士点 新教师基金 2 0 0 8 0 6 1 0 i 0 3 9 ；四川省科技支撑计划 2 0 0 8 5 7 _ ．0 2 3 2 上，利用大河弯的天然落差截弯取直、引水发电，电 站装机容量为48 0 0M W ，单机容量6 0 0M W 。 锦屏二级水电站闸址位于雅砻江锦屏大河弯西 端的猫猫滩。导流隧洞位于拦河闸坝右岸，断面尺 寸采用1 4 ．0 0m 1 5 ．0 0m 城门洞型，顶拱中心角为 1 2 0 0 ，圆拱半径为8 ．0 8m ，过水面积为1 9 3 ．5 3m 2 。 导流隧洞进口高程为16 2 5 ．0 0n l ，出口高程为 l6 2 4 ．0 0m ，设计底坡i 0 ．1 6 9 ％，为缓坡隧洞。 按照施工组织设计，工程计划2 0 0 8 年1 2 月1 日 进行截流。河道截流前，导流隧洞必须具备过流条 万方数据 爆破2 0 1 1 年1 2 月 件，确定2 0 0 8 年1 1 月中旬前完成导流洞挡水围堰 的拆除。锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰采用重 力坝式结构，围堰上部采用浆砌石结构，下部为预留 岩坎。进口围堰浆砌石堰体顶部高程为16 4 2 ．5m ， 堰顶宽度为2 ．5 3m ，围堰总长6 2m 。围堰下部岩 坎采用帷幕灌浆达到基岩防渗要求。进口围堰总拆 除高度为1 7 ．5n l 。 视河水位情况逐层拆除围堰，并预留一定高度 和厚度的岩坎作为最后的施工挡水围堰，最终采用 爆破方法一次拆除贯通。在削薄后导流洞进口围堰 水上拆除量22 4 0m 3 ，水下岩坎拆除量25 0 0m 3 。 主要介绍锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰预留岩 坎拆除爆破的设计和施工。 2 水文及地形地质条件 2 ．1 拆除时段及水文条件 导流隧洞进口围堰在2 0 0 8 年1 0 月下旬开始钻 孔拆除，到2 0 0 8 年1 1 月中旬基本拆除完毕。水上 拆除爆破按照五年一遇洪水1 1 月份对应的水位 16 3 2 ．3m 进行控制，按照拆除到16 3 5n l 高程考 虑。水下岩坎拆除高度为1 0n l 。 2 ．2 地形地质条件 导流洞进口围堰布置在进口明渠外岸坡地带， 背靠已建成的导流隧洞，爆区紧邻导流隧洞洞门，部 分堰体紧贴导流隧洞明渠边墙，进口围堰爆心距导 流隧洞进口洞门最近水平距离为3 7 ．5n l ，距进口明 渠混凝土中心最近水平距离为2 9 ．2n l 。 围堰岩性为Z 灰黑、深灰色条带状泥质板岩及 ／3 3 - 2 深灰一灰色变质长石石英砂岩，风化卸荷较 强，属弱风化上段强卸荷岩体，裂隙发育，普遍张开， 部分充填次生泥，完整性差，基本为Ⅳ、V 类围岩。 3 围堰预留岩坎水下拆除爆破设计 3 ．1 拆除方案 根据拆除时段的水文条件，导流隧洞进口围堰 采用垂直孔分3 层拆除的方案。第l 层拆除高程为 l6 4 2 ．5 一l6 3 8m ，拆除高度为4 ．5n l ，第2 层拆除 高程为16 3 8 16 3 5m ，拆除高度为3m ，第3 层拆 除高程为l6 3 5 一l6 2 5r l l ，拆除高度为1 0n l 。第3 层总拆除方量约为25 0 0m 3 ，总造孔量约为1 8 0 个、 约为20 0 0I n ，总装药量约为45 0 0k g 。第3 层导流 隧洞进出口围堰同时起爆拆除，由于此时江水位较 低，不满足完全冲渣的条件，考虑以机械清渣为主， 部分冲渣为辅。 3 ．2 钻爆参数设计 1 拆除爆破单耗药量 单耗药量取决于爆破后需达到的效果和目的。 即爆破后的爆渣的块度、堆积方式、抛掷效果等。根 据本次爆破隋况，围堰第3 层为水下爆破，水下岩坎 爆除后，水流夹带爆渣进入堰内明渠段，不具备完全 机械清渣的条件，机械不能清理的爆渣需要依靠水 流冲走。根据类似工程施工经验引，要顺利实现冲 渣，爆破粒径控制标准≤4 0c m 的占6 0 ％以上， 4 0 ～6 0c m 的占3 0 ％一3 5 ％，≥6 0c m 的占5 ％以下。 一般水下爆破炸药单耗计算公式如下 q2q l q 2 q 3 9 4 式中g 。为基本炸药单耗，水下垂直孔q I - 1 ．0k g ／m 3 ； 9 2 为爆区上方水压增量单耗，q 2 0 ．O l h 2 ，h 2 为水深， m ；q ，为爆区覆盖层增量单耗，q 3 0 ．0 2 h 3 ，h 3 为覆盖 层厚度，m ；q 。岩石膨胀增量单耗，q 。 0 ．0 3 h ，h 为梯 段高度，i n 。 根据计算，得到炸药单耗g 为1 ．3 3k g ／m 3 。由 于依靠导流隧洞过水进行冲渣，爆渣块度需控制在 4 0c m 左右。考虑此因素后的炸药单耗为q 1 ．5 ～ 2 ．0l , g ／m 3 。考虑基岩有压渣及水压条件和抛掷需 要，对于堰前迎水面的岩坎部份炸药单耗值为2 ．0 2 ．5k g ／m 3 ，目的是为了使该部位能炸到设计深度和 块度，为后续的炮孔形成较好的临空面，获取较好的 爆破效果，其他部位垂直孔单耗在1 ．5 2 ．0l , g ／m 3 之间调整。 2 钻孑L 布置 进口围堰水下堰体为预留岩坎，该层拆除高度 为1 0m ，沿江侧为垂直边坡，背江侧削薄后基本为 l 0 ．1 的坡比，顶宽约为8 1 0m ，底宽约为1 2 1 4 m 。由于堰体型体不规则，堰顶共钻设7 1 0 排 主爆孑L ，炮孑L 直径9 0m m ，沿江侧3 排孔往洞外倾斜 8 4 ．3o ，剩余6 排孔往洞内倾斜8 4 ．3o ，靠江侧 第1 排炮孔间距为1m ，其余各排炮孔间距均为 1 ．5m ，排距为1I n 和1 ．5I l l ，梅花形布置，前3 排主 爆孔超深2 ．5m ，后7 排主爆孔超深1 ．5m ，孔深为 1 1 ．5 1 2 ．6m 。 进口水下拆除在两侧边墙位置布置预裂孔，孔 间距为0 ．8I l l ，两侧钻孔角度均为6 8 。，预裂孔超深 1n l ，孔深为1 1 ．8i n 。 进口围堰预留岩坎拆除炮孔布置平面图和剖面 图见图l 、图2 。 3 装药结构 进口围堰第3 层水下主爆孔装西7 5m m 特制防 水炸药，药卷长度为4 6c m ，单卷重量为2k g ，每延 万方数据 第2 8 卷第4 期张忠伟，任舸，李洪涛锦屏二级水电站导流隧洞进口围堰拆除爆破7 9 米装药量按4k g 考虑；水下预裂孔采用西3 7m m 特 制防水炸药，药卷长度为2 5c r f l ，单卷重量为2 5 0g 。 图1导流隧洞进口围堰岩坎拆除炮孔布置平面图 F i g ．1L a y o u to fh o l ea r r a n g e m e n tf o re x p l o s i v e d e m o l i t i o no fr o c k d y k e 说明图中尺寸以m 计 彳一剖面图 图2 岩坎拆除炮孔布置剖面图 F i g ．2 C r o s s s e c t i o no f h o l ea r r a n g e m e n tf o re x p l o s i v e d e m o l i t i o no fr o c k d y k e 主爆孔内放双导爆管雷管及单根防水型导爆 索，为便于装药，水下装药药卷全部绑扎在竹片上， 雷管导爆管线外露6 8m ，水下主爆孔单孔装药量 为4 0 - 4 5k g 。 预裂孔炸药绑扎在竹片上，间隔不耦合装药，线 装药密度为4 5 0g ／m ，孔底放3 卷西7 5m m 特制防 水炸药加强装药，上部间隔3 0c m 放1 卷咖3 7m i l l 炸药装药，孔内通长放人双防水导爆索。 岩坎拆除主爆孔堵塞长度为1 ．0 一1 ．2m ，预裂 孔堵塞长度为0 ．8 m ～l m 。 4 爆破网路 围堰从堰内往堰外方向传爆，采用孔排间微差 起爆网路，按照2 孔一响设计，最大单响药量8 8k g 。 本次围堰拆除爆破采用M S l 、M S 2 、M S 4 、M S l 3 、 M S l 5 段普通非电毫秒雷管，为避免重段现象的出 现，其中M S l 段雷管为特制雷管，微差延时1 3m s ， M S l 5 段雷管为特制防水型。 爆破孔内均采用M S l 5 段非电毫秒导爆管雷管 延时。孔外孔间采用M S 2 段雷管接力，排间选择 M S 4 段雷管，起爆线单侧采用M S l 段雷管调差。整 个网路传爆雷管全部传爆或者绝大多数传爆后， 第1 响的炮孔才能起爆。主网络传爆时间为 6 1 3m 8 ，主爆起爆时间为8 9 4m s 。为确保网络的可 靠性，孔内外雷管均采用双雷管，所有传爆节点均有 不少于5 0c m 的安全距离，并且在网络检查完毕后， 在孔外所有传爆节点上压沙袋防护。见图3 。 4 爆破安全校核和安全防护 4 ．1 爆破振动控制及最大单响药量的确定 在围堰爆破拆除过程中，要保护的对象主要为 明渠和隧洞混凝土结构。 根据爆破安全规程[ 4 ] ，水工隧洞允许爆破质 点振动速度为7 ～1 5c m ／s ；根据水电水利工程爆 破施工技术规范，2 8d 龄期混凝土允许爆破质点 振动速度为6 1 0c m ／s ；水电水利爆破安全监测 规程规定“ j ，2 8d 龄期混凝土允许爆破质点振动 速度为7 1 2c m ／s ；另外，大量工程实例表明，局部 质点振动速度达到1 5c m ／s 时也是安全的。综合考 虑，混凝土爆破安全质点振动速度按照1 0c m ／s 设 计，按1 5c m ／s 校核。 爆破振动安全按照萨道夫斯基公式计算和校核 y K 警 。 1 式中矿为峰值质点振动速度，c m ／s ；Q 为单响最大 药量，k g ；R 为爆心距或波行距，m ；x ，口为回归系数， 与地形地质条件及爆源类型有关。 根据在导流隧洞内进行的多次爆破振动测试及 锦屏一级水电站导流隧洞围堰爆破拆除K 、a 的取 值，本工程K 值取1 7 2 ，a 值取1 ．8 1 5 。 万方数据 爆破2 0 1 1 年1 2 月 侧 v 表示M S 利E 电毫秒雷管；口表示M S l 3 非电毫秒雷管。 图3 围堰预留岩坎拆除爆破网路设计图 F i g ．3 D e s i g no fb l a s tn e t w o r kf o rd e m o l i t i o no fr o c k - d y k e。 导流隧洞进口距明渠混凝土边线距离为2 2m ， 根据式 1 确定的最大单响药量为1 3 9 ．7k g 。根据 计算结果，爆破网络最大单响控制药量控制在 1 0 0k g 以内，按照2 孔一响设计，最大单响药量 8 8k g 。 4 ．2 安全防护 受地形、地质条件限制，进口围堰距被保护混凝 土结构及高边坡很近，为防止爆破飞石对混凝土表面 的破坏。明渠防护采用悬挂竹跳板防护。将竹跳板 用8 。铅丝绑扎成片后自下而上挂在明渠边墙混凝土 上。明渠底板覆盖1 层沙袋或细石骨料进行防护。 5 爆破效果 锦屏二级水电站导流洞进口围堰预留岩坎于 2 0 0 8 年1 1 月9 日钻孔全部结束，2 0 0 8 年1 1 月 1 0 日一1 1 月1 3 日进行装药联网，1 1 月1 4 日与出 口围堰同时起爆。爆破后瞬间过流，水流平顺，水面 上看不到爆堆，达到了爆破目的。分流获得圆满成 功，为截流创造了良好条件 2 0 0 8 年1 2 月1 日。锦 屏二级水电站成功实现大江截流 。进口围堰混凝 土结构没有产生裂缝，由于采取了有效的安全防护， 没有受到飞石影响。 通过本次爆破，证明在围堰或是岩坎宽度较宽 的情况下，要保证一次贯通，采取高单耗的加强抛掷 爆破是必要的。另外，本工程采取的孔内高段延时、 孔外低段接力的孑L 排间微差起爆网路，孔内外双雷 管和传爆节点上压沙袋防护等技术措施，对于保证 岩坎拆除爆破安全准爆也是十分有效的。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 刘美山，张正宇，沈嗣元，等．小湾水电站导流洞进出 口围堰及岩埂的爆破拆除[ J ] ．水力发电，2 0 0 4 ， 3 0 1 0 4 5 - 4 7 ． [ 1 ] L I UM e i s h a h ，Z H A N GZ h e n g y u ，S H E NS i y u a n ，e ta 1 ． E x p l o s i v ed e m o l i t i o no fc o f f e r d a ma n dr o c k - d y k eo fw a t e r c o n v e y a n c et u n n e l o no fX i a o w a nH y d r o p o w e rS t a t i o n [ J ] ． W a t e rP o w e r ，2 0 0 4 ，3 0 1 0 4 5 - 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