混凝土围堰爆破拆除技术研究及应用.pdf

水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第7期 混 凝 土围 堰 爆 破 拆 除 技 术 研 究 及 应 用 侯 国锋 ，何起 ( 中国人 民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 摘要 ：本文介绍了沙沱水电站工程纵向混凝土围堰的爆破拆除。在爆破拆除过程 中，采取 了有效措 施 ，很好地控制 了爆破震动及飞石对永久建筑物的影响，且在永久建筑物与围堰连接部位采用预裂爆 破 ，预留了5 0 c m保护层 ，保护层采用冲锤破碎 的方法拆除，有效地保护 了永久混凝土表面的完整 性 。本文介绍的做法及经验可供类似工程参考。 关键词 ：混凝土围堰；爆破拆除；沙沱水电站 d o i ：1 0 1 3 9 2 8 j c n k i w r a h e 2 0 1 5 0 7 0 1 8 中图分类号 ：T V 5 5 1 3 2 ( 2 7 3 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 6 2 0 4 S t ud y o n t e c h no l o g y f o r b l a s t i ng de mo l i t i o n o f c o nc r e t e c o ffe r da m a n d i t s a p pl i c a t i o n HO U G u o f e n g ， H E Q i ( T h e N o 1 G e n e r a l T e a m o f A r me d P o l i c e H y d ro p o w e r T r o o p s ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 8 ，G u a n g x i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e b l a s t i n g d e mo l i t i o n o f t h e l o n g i t u d i n a l c o n c r e t e c o f f e r d a m f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f S h a t u o Hy d r o p o we r S t a t i o n i s d e s c r i b e d h e r e i n D u ri n g t h e b l a s t i n g d e mo l i t i o n，e f f e c t i v e me a s u r e s a r e a d o p t e d，a n d t h e n t h e i mp a c t s f r o m b l a s t i n g v i b r a t i o n a n d fl y i n g r o c k o n t h e p e r m a n e n t s t r u c t u r e s a r e b e t t e r c o n t r o l l e d Mo r e o v e r ， p r e s p l i t t i n g b l a s t i n g i s a d o p t e d a t t h e c o n j u n c t i o n p a r t b e t w e e n t h e p e rm a n e n t s t ru c t u r e s a n d t h e c o ff e r d a m ，f o r w h i c h the p r o t e c t i o n l a y e r wi t h t h e t h i c k n e s s o f 5 0 a m i s r e ma i n e d a n d d e mo l i s h e d w i t h i mp a c t - h a mme r ，t h u s t h e i n t e g r a i i t y o f t h e p e rm a n e n t c o n c r e t e s u r f a c e i s e f f e c t i v e l y p r o t e c t e d T h e me t h o d a n d e x p e r i e n e e s i n t r o d u c e d h e r e i n c a n p r o v i d e s o me r e f e r e n c e s fo r t h e s i m i l a r p r o j e c t s c o n c e r n e d Ke y wo r d s ：c o n c r e t e c o f f e r d a m；b l a s t i n g d e mo l i t i o n；S h a t u o Hy d rop o w e r S t a t i o n 1 工程概况 围堰长度为3 4 0 m 。 贵州乌江沙沱水 电站大坝下游河道 中央及左侧 的 各种构筑物是 由区、区纵向围堰 、横向围堰组成 的。这些构筑物与左岸组合将尾水渠和尾水下游河段 封闭 ，以便进行电站的各项工程建设 ，是电站建设 的 临时性构筑物。靠右岸是航道 ，升船机坝段的各项工 程正在施工 中。 本工程为素混凝土围堰拆除爆破工程 ，纵向混凝 土围堰 区拆除至 2 8 7 0 m高程 ，纵向混凝土围堰 区拆除至 2 9 2 0 m高程，由于在河床中施工 ，水面 以 上拆除高度 81 0 m，水面以下拆除深度 6 7 I n 。混 凝土拆除工程量为 2 6 l 万 m 。需要爆破拆除的纵向 2 工程环境与防护控制 2 1 环境状 况 与施工 要求 ( 1 ) 纵向混凝 土围堰爆破拆除时 1 4号发 电机 组 已安装完成及其二期混凝土已完成浇筑。 ( 2 ) 升船机坝段( 1 3号坝段) 混凝土 已完成浇筑。 ( 3 ) 纵向围堰建在表孔溢流面、消力池底板和消 力池尾坎等永久建筑物上 ( 围堰与其 为零距离 ) ，爆 破拆除围堰这些建筑物不能受损伤。 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 5 0 4 作者简介：侯 国锋 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，工程 师。 W a t e r Re s o u r c e s a n dHy d r o p o w e rEn g i n e e r i n g V o 1 4 6 No 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 对其 蓑 昙 鐾 不 能 3 爆 破 方 案 对 其 产 生 过 大 的 震 动 影 响 ， 应 确 保 其 运 行 安 全 。 一 ( 5 ) 沙沱水 电站定于 2 0 1 3年 4月下 闸蓄水 ，在 现有左泄流底孔泄洪 坝段做 围堰 抽水可维 持 7 d左 右时 间 进 行 消 力 池 底 板 和 消 力 池 尾 坎 堰 段 高 程 2 9 3 0 m以下至 2 8 7 0 m( 消力池底板顶 高 ) 的爆破 拆除 。 ( 6 ) 下游彭水水电站枯水区蓄水发电使沙沱水电 站尾水位维持在2 9 2 5 m高程，业主要求沙沱水电站 下闸蓄水之前将纵 向混凝土围堰 区 2 9 2 0 m高程以 上 、 区 2 8 7 0 m高程以上部分爆破拆除完毕。 ( 7 ) 区和 区围堰爆破 时，要求爆破后松碴块 度小于4 0 0 5 0 0 m m，并尽量向围堰左岸抛掷，以便 清碴 。 ( 8 ) 尽量控制飞石方 向，尤其要在消力池底板上 铺 0 6 m以上厚度堆碴 ，保护好消力池底板 ，不允许 被飞石破坏 。 2 2保护对象的震速控制 2 2 1 纵 向 围堰 区 ( 1 ) 距 厂 右帷 幕 4 2 5 m，允许 震 速 3 0 c m s ； ( 2 ) 距下游帷幕 1 3 5 5 m，允 许震速 3 0 c m s ；( 3 ) 距 4 机组 9 5 0 m，允许震速 1 5 e m s ；( 4 ) 距 4 机副 厂房 9 5 0 r n ，允许震速 2 5 c r n s ；( 5) 距沙沱大桥 2 4 1 3 m，允许震速 1 0 c m s 。 2 2 2 纵向围堰 区减震槽范围内 ( 1 ) 距 厂 右 帷幕 3 4 7 m，允 许震 速 3 0 c m s ； ( 2 ) 距大坝 下游帷幕 1 2 1 3 m，允 许震速 3 0 c m s ； ( 3 ) 距 4 机组 7 0 8 5 m，允许震 速 1 5 c m s ；( 4) 距 4 机副厂房 4 4 5 m，允许震速 2 5 c m s ；( 5 ) 距升船 机坝段 8 9 m，允许震速 7 0 c m s ( 因爆破时该坝段混 凝土 已龄期 已超 过 2个 月 ) ；( 6 ) 距 沙沱大桥 5 2 7 9 m，允许震速 1 0 c m s 。 2 2 3纵 向 围堰 区减 震槽 范 围外 的特殊 堰段 消力池底板和消力池尾坎与趾墩范围的堰段 、导 纵 0+ 6 7 1 2 5至大坝泄洪表孔 ，这些都是与需要保护 的永久水工建筑物为零距离 ，必须进行预裂爆破或采 用炮机 、风镐等其他方法才能解决 。 2 2 4 下 游横 向 围堰 ( 1 ) 距 厂右 帷幕 1 7 3 9 m，允许 震速 3 0 c r n s ； ( 2 ) 距大坝下游帷幕 1 8 5 6 5 m，允许震速 3 0 c m s ； ( 3 ) 距 4 机组 2 2 4 6 r n ，允许震 速 1 5 c m s ；( 4 ) 距 4 机副厂房 2 3 3 8 m，允许震速 2 5 e m s ；( 5 ) 距沙 沱大桥 2 6 8 8 m，允许震速 1 0 e m s 。 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 7期 侯国锋， 等混凝土围堰爆破拆除技术研究及应用 3 1 爆破总体方案 纵向围堰爆破开挖时产生爆破震动都经过 期围 堰传至大坝 ，4 机组和下游帷幕等保护对象 。为了有 效地降低爆破地震对上游各保护对象 的影响和危害 ， 在 期 围堰 的上游端开挖减震槽。 对纵向、横 向围堰拆除爆破时主炮孑 L 布孔方式进 行 了对 比和选择 ，采用水平炮孔时必须沿着 围堰轴线 全长分层搭建凿岩台架 ，工程量大成本高 ；且每钻凿 完一个炮孔钻机就得在 台架上移位一次，十分 不便 。 而采用垂直炮孔时不必分层搭建凿岩台架 ，且钻机在 围堰顶部上移位时也 比较方便。爆破时围堰左右岸的 临空面位于主炮孔的两侧 ，更有利于爆破块度和抛掷 方 向的控制。因此 ，最终确定采用垂直炮孔。 3 2 主爆孔爆破方案 3 2 1爆 破 方法 采用依可赛高精度长延期导爆管中深孔微差爆破 方法 ，采用孔 内分层装药结构 、孔 内同段起爆技术 ， 所有炮 L ；f L 深 H=81 2 I n 。 对于爆破后的大块 ，及时采用爆破法、机械法 ( 大 型液压破碎锤破碎) 进行二次破碎 ，以便于机械装运。 3 2 2装药结构 全部采用孔内分层装药结构 ，在炮孔全长敷设导爆 索至孔口，起爆药包放在上层及下层装药层药包中间。 3 2 3起爆 网路 为控制爆破振动 ，使用依可赛高精度长延区导爆 管雷管，其段问延期时间间隔大都在 1 0 0 m s , 或 1 0 0 ms 以上 ，使各段问地震波不产生叠 加 ，有利于爆破 振动的控制。采用逐排逐段 的起爆方式 ；每排一段 ， 孔外导爆管采用 “ 簇联” 加短导爆索 的方式联结 ，用 电雷管起爆。 3 3 l l 区围堰和特殊堰块的预裂爆破 炸药在炮孔内爆炸时 ，产生强大的冲击波和高压 气体并猛烈地 冲击炮孔 四周 的岩体 ，使得周围的岩体 破碎或开裂。当在有限的轮廓范围内进行爆破时 ，可 形成平整 的预裂面。预裂面的形成有两个重要作 用 ： 一 是 防止主炮孔爆破时，炮孔孔底所形成 的爆破裂隙 向下发展延伸 ，而导致 区围堰 2 8 7 0 m高程以下要 保护 的混凝土基础损伤或破坏 ，这对今后发电后电站 的安全运行十分重要 ；二是预裂爆破是在主炮孔爆破 之前进行 ，完整的预裂面能有效地阻隔主炮孔爆破地 震波 向大坝 、下游帷幕 、4 机组等保护对象传播 ，极 大地削弱爆破地震波的危害程度 。预裂爆破就是为使 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 侯国锋， 等混凝土围堰爆破拆除技术研究及应用 相邻水工建筑设施不被损坏而采用 的一种爆破技术。 这种爆破技术利用密钻孔少装药的方法 ( 即不耦合装 药 ) 预先沿设计的轮廓线爆 出一条具有一定宽度 的裂 缝 ，以达到上述 目的。 3 4 特殊堰块爆破方案 3 4 1 拆除爆破 范围 纵向区围堰与纵向区围堰之间的消力池尾坎 与海漫特殊堰块从 导纵 1 5 1 1 2 5导纵 1 7 7 0 4 5，共 2 5 9 2 m长 ；由 1 6 m长的消力池尾坎和 9 9 2 IT I 长的 海漫两部分组成。其要求的爆破高度从 3 0 5 0 m高程 的堰顶分别拆除至 2 9 6 0 m和 2 9 2 0 m高程 ，拆除高 度分别为 9 m和 1 3 m。 大坝溢流面处的特殊堰块从导纵 6 7 1 2 5一导纵 4 8 1 8 2 ，共 1 8 9 4 3 n l 长 ；其要求的拆 除爆破高度从 3 0 6 9 m高程 的堰顶分别爆破至大坝 的溢流面 ，炮孔 底部的高程不等。 3 。 4 2拆除爆破要求 因水 电站贮水发电后消力池尾坎和海漫 ，以及大 坝的溢流面要长期经受大坝溢流水流的冲刷 ，要求拆 除爆破不能破坏或损伤消力池尾坎、海漫和大坝的溢 流面的表面。因此如要进行中深孔爆破 ，就必须先进 行预裂爆破 ，或者使用浅孔爆破加炮机机械破碎的方 法 ，才能有效地不损伤各保护对象。 3 4 3拆除爆破方案 ( 1 ) 消力池尾坎海漫特殊堰块上部爆破。拆除高 程从 3 0 4 03 0 5 0 m爆 破 至 2 9 6 0 m，拆 除 长度 2 5 9 2 m，钻孔深度 4 7 m，在消力池尾坎与海漫上 方共布置 2 6个预裂孔。 ( 2 ) 消力池尾坎海漫特殊堰块下部爆破 。特殊堰 块下部爆破分为两部分 ，一是消力池尾 坎部分要 从 2 9 6 0 m拆除至消力池尾坎台阶状的各台阶面，因这 部分 内部结构复杂，宜以机械破碎为主、浅孔爆破为 辅的方法 ；二是海漫部 分要 从 2 9 6 0 m 高程爆 破至 2 9 2 0 m高程 ，爆破高度 4 m。海漫部分应使用浅孔 爆破 ，每次爆破孔深 2 02 5 m，每次钻孔时孔底 距离最终平面应有 0 5 m左右距离 ，用炮机破碎 以保 护最终混凝土面免受爆破损伤。 ( 3 ) 大坝溢流面的特殊堰块爆破。使用浅孔加冲 击锤破碎方法可很好地适应各炮孔底部高程 的变化和 混凝土大坝溢流面免受爆破损伤。 4 爆破震动控制 4 1 震动速度计算 围堰拆除爆破工程 中某处质点 的爆破 震速 可 6 4 用下式表示 ：K f 1 ( 1 ) R 、 式中，K为与爆破方式 、爆破场地有关的系数 ，根据 类似工程的现场经验 ，取 K=5 7 3 ；O 为与爆破地震 波传播路径有关的地震波衰减指数，根据类似工程的 现场经 验 ，取 =1 3 0 ；Q 为爆 破 中最 大 段 药 量 ( k s ) ；R为爆破中心离开该处质点的距离 ( m) 。 因爆破试验中在导纵 0+6 7 1 2 5处开挖宽为 1 2 i n的减震槽 ，设该减震槽对爆破地震波强度的折减总 数为 0 3，则经减震槽折减后 ，某处质点的爆破震速 可用下式表示。 V = ( 1 _ 0 3 ) 5 7 3 ( ) ( 2 ) 4 2 控制与分析 纵向区围堰 ：根据以上主炮孔设计 ，最大段药 量是在第二次爆破时，其最大段药量为 5 5 0 k g ( 两孔 同段起爆 ) 。 表 1 的数据表明，在 区围堰拆除爆破 中，当段 药量等于或小于5 5 0 k g 时，其所有保护对象的爆破 地震的设计震速都小于各 自的允许震速 ，在这种情况 下，各保护对象都是安全的。 表 1 纵向 区围堰爆破 时安全评价 厂右 坝下 4 # 4 机 沙沱 项目 帷幕 帷幕 机组 副厂房 大桥 S i m 4 2 5 1 3 5 5 9 5 O 9 5 0 2 41 3 允许震 速 V e m s 3 O 3 0 1 5 2 5 1 O Q 一 为 5 5 k g时的 值 o m s 1 7 4 O 3 9 O 6 1 O 6 1 O 1 8 安全评价 安全 安全 安全 安全 安全 区围堰：由于距离较近，最大段药量受限，取 消双孔同响起爆方式，根据以上主炮孔设计，对上层 主炮孔最大段药量有两种 ：第一种最大段药量为 2 7 ( 逐孔起爆 ) 、第二种最大段药量为 1 4 k g ( 孔内微差 ) 。 对下层主炮孔最大段药量也有两种：第一种最大段药 量为 3 1 。 5 k g 、第二种最大段药量为 1 7 k g ( 孑 L 内微差) 。 表 2中的数据表明 ，在 区围堰拆除爆破中，当 段药量等于或小于 3 1 5 k g时，除坝下帷幕外 ，其他 保护对象的爆破地震的设计震速都小于各 自的允许震 速，在这种情况下，各保护对象都是安全的。 针对以上两表 ，区围堰爆破拆除仅在坝下帷幕 出现不安全情况。计算最大段药量为 3 1 5 k g 、1 4 时 ，最大的安全范围 D 和当帷幕与爆心的最大距离 为 l 2 1 3 1 1 1 爆破时，安全的段药量 q 。 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第7期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2纵 向 区围堰 爆破 时安全评价 侯国锋， 等混凝土围堰爆破拆除技术研究及应用 项 目 厂右帷幕 坝下帷幕 4 机组 4 机副厂房 升船机坝段 沙沱大桥 Sm 1 m 3 4 7 1 2 1 2 5 7 0 8 5 4 4 5 8 9 5 2 7 9 允许震 速 V c m s 3 0 3 O 1 5 2 5 7 0 1 0 上层单孔 Q 为 k g 时 c m s I 6 6 6 5 3 0 6 6 1 2 O 0 4 9 0 0 5 孔内微差 Q 一 为 l 4 k g 时 c r n s 1 2 5 4 9 l 0 4 9 0 9 0 0 3 7 0 0 4 下层单孔 Q 一为 3 1 5 l( g时 V c m s 1 7 8 6 9 8 0 7 0 1 2 9 0 5 2 0 0 5 孑 L 内微差 Q 为 1 7 I 【 g时 值 c m s 1 3 6 5 3 4 0 5 4 0 9 9 0 4 0 0 0 4 最大段药量为 3 1 5 撮大段药量为3 1 5 k g 最大段药量为3 1 5 最大段药量为3 1 5 最大段药量为3 1 5 最大段药量为3 1 5 安全评价 l (g以下时，安全 和 l 4 k g 时，不安全 k g以下时， 安全 以下时， 安全 以下时，安全 以下时，安全 注 ：表 1、表 2中 抄 佗 大 轿 的 僵 计 算 是 便 用 公 式 ( 2) 进 仃 的 。 根 据 ( 2 ) 式 ， 则 有 ， 3 -。 ： 4 o 1 1 ( ) ， 可 得D 一= 1 8 m 。 3 o = 4 o l 1 f D m a x) 1 ， 可得 D = 2 3 m。同理根据 ( 2 ) 式 ，也有 ，3 0= 4 0 1 1 ( ) ， 可 得 - 4 5 o k g o 通过 以上分析 可得 ，当爆源距坝下 帷幕 在 2 3 1 8 m范围内，区围堰拆 除爆破可采用孔 内微差爆 破技术 ；当爆 源在距坝下 帷幕在 1 81 2 m范 围内， 区围堰拆除爆破采用浅眼爆破方式 。 4 3 震动速度监测与监督 本方案采用 了一 系列综 合控爆技 术 以降低爆破 时各保护 目标 的振动 ，包括 高精 度长延期依可赛 导 爆管雷管 、逐孔起 爆 、孔 内微 差爆 破 、预裂 爆 破 、 浅孔爆破等。尽管如此 ，由于施工中影响爆破振动 的因素很多 ，现场情况复杂 、变化大 ，只有实 测 的 振动速度才 能从 本质 上最 直 接地 反 映各 保 护 目标 受爆破地震 影 响 的程 度 ，因此 在整 个爆 破 施 工过 程 中全程对 各保 护 目标 的实 时爆 破 振 动速 度 进行 监测 。 沙沱水电站纵向混凝土围堰拆除时 ，采取 了减振 槽开挖 、预裂爆破、浅眼爆破 、定 向爆破、冲击锤凿 除等方法 ，降低 了爆破振动 ，控制 了飞石影响 ，有效 地保护 了永久混凝土表面的完整性 ，保障了发电机组 的安全运行 ，可为类似工程提供参考。 ( 责任编辑欧阳越) 寻 粤 寻 粤寻 寻s耳 = e c 每 s 每 ( 上接 第 6 1页) 范围，用全站仪对缺陷修补部位进行测量并绘制草图。 ( 2 ) 凿除、清理。将需修补部位混凝土用风镐或 人工凿 除，深 0 52 C I T I 左右。将凿 除部位彻底清 理 ，清除松散混凝土颗粒和破损混凝 土块。用压力水 进行冲洗，并将冲洗积水吸除干净，然后用压力风或 烘干器吹干备用。 ( 3 ) 修补 。修补前基面用压力 风反复进行 冲吹， 使基面洁净无污垢 ；然后用丙酮涂刷一遍。用成品环 氧基液将 修补基面涂刷一 遍 ，涂刷 时凹陷处必须涂 透。铺敷 E C H改性环氧砂浆 ，待环氧基 液粘手牵丝 时 ，将配置好的 E C H改性环氧砂浆 回填在修补基面 上 ，手工振捣泛浆 ，当手工振捣不泛浆时采用电动平 板振动器进行振捣至泛浆为止 ，然后用钢抹子压抹收 光，修补完后表面要与原混凝土面齐平。待铺敷的 E C H环 氧砂 浆 基本 固化后 ，在其 表 面刮 一 至两 遍 E C H胶泥( 厚 3 m m或 1 5 mm) 。 ( 4 ) 养护。修补范围内进行防损保护 ，然后 自然 养护 7 d 。 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第7期 ( 5 ) 检查验收。清理工作面，申请验收。 4 4 质量管理保证措施 为了确保本工程施工质量 ，施工 中需确保认真贯 彻执行国家有关质量法令 、法规和有关 的技术规范、 验收规范及有关标准，严格按质量保证体系的目 标执 行 ，确保工程质量 、创造优质工程。 ( 1 ) 质量保证措施。成立质量小组 ，由项 目经理 任组长 ，对质量进行专项管理 。严格实行工序三检制 ， 每道工序必须检查合格后才能进行下道工序的施工。 主要材料定时抽查、检验，必须有产品合格证和检验报 告。做好技术交底工作，对新进场工人进行技术培训。 拌料由专业人员进行，保证秤量准确、充分搅拌均匀。 ( 2 ) 质量管 理及检 验的标 准。工 程所有施 工设 备 、施工材料及施工工艺 ，都应遵照施工方案的技术 规范及 国家和有关部门颁发的现行标准规范执行 ，若 施工方案的技术规范与国家或有关部 门颁 发的标准 、 规程不一致时按监理单位 的指示执行 ，若现行标准和 规范有误时 ，则以新标准和新规范为准。 ( 责任编辑郭利娜) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m