锦屏一级水电站导流洞工程进出口围堰拆除爆破施工技术措施

一、工程概述xx一级水电站左右岸各布置一条导流洞，按两岸对称、双弯道、断面相同的方式布置，断面为城门洞型，其尺寸为15×19m（宽×高）。左岸导流洞洞身长1214.359m，进、出口高程分别为1638.50m和1634.0m。左岸导流洞进口底板高程为EL1638.5m，出口底板高程为EL1634.0m。导流洞进出口各布置了一个施工围堰，进口围堰顶高程按EL1658m设计；出口围堰高程按EL1657m设计。进口围堰堰体分为两部分，上部为素砼结构，下部堰体为预留岩埂部分，岩埂内侧为补强和防渗设置钢筋砼面板。堰顶长度为51m，堰顶宽度2.3~4.1m，底部宽度为13.5m，迎水面为直立坡面，EL1649-1658m高程为素混凝土结构，EL1638.5-1649m为预留岩埂；背水坡面EL1649-1658m高程的坡度为1：0.5，EL1638.5-1649m高程为直立坡面。进口围堰断面面积180m2，爆破拆除方量为7600m3，其中水上部分4700m3，水下部分2900m3。出口围堰主要由堰体和支墩两部分组成，均为素混凝土结构，堰顶长度为56m，堰顶宽度为2-3m，底部宽度为4-7m，下游面为直立坡面，上游面EL1653.5-1657m为1：0.3坡面，EL1634-1653.5m为直立坡面。围堰断面积为125m2，爆破拆除方量为4040m2。支墩顶部高程为EL1650.8m，从上向下依次分为4个台阶，平均每个台阶高度约为4~6m。二、工程水文地质条件1、水文条件围堰拆除预计在今年十月下旬进行，拆除时洪水按5年一遇考虑，根据历年洪水成果表，洪水为2000m3/s；结合导流洞进出口现在的实际过流断面情况，根据现在实测流量~水位关系曲线，得知围堰拆除时进口最高洪水位为1642.3m，出口最高洪水位为1640.3m。2、工程地质条件进口工程地质条件：进口段的岩性为第6层灰～浅灰色中薄层条纹状大理岩夹少量薄层绿片岩，总体产状为N30～40°E/NW∠45～55°，与洞向夹角为30～45°，位于强卸荷、弱风化带内，岩体以碎裂结构为主，局部镶嵌结构，无断层发育，发育4条层间挤压错动带，总产状N30～45°E/NW∠45～53°，一般宽约10～30m，Ⅳ类围岩。出口工程地质条件：出口段位于强卸荷、弱风化带内，岩层为薄～中层状，发育f2断层，岩体以碎裂结构为主，层面裂隙普遍较松弛，与NE向裂隙（卸荷裂隙）组合成“人”字型组合对边坡稳定不利，可能发生失稳破坏，属Ⅳ类围岩，围岩稳定性差。三、施工布置导流洞进出口围堰拆除时，进口的施工便道主要布置在进口围堰的上游侧，出口的施工便道主要布置在导流洞出口围堰的下游侧，由于洞内所有设备已拆除，风水电系统及临建设施主要布置在导流洞进口上游左侧的施工便道上和导流洞出口下游左侧的施工便道上。1、施工供风在导流洞进口布置3台20m3/min移动式空压机进行钻孔供风；出口布置2台20m3/min移动式空压机进行钻孔供风；分别用6寸和4寸钢管接引至堰顶高程，设风包，再采用承压胶管接引至各钻机进行供风。2、施工供水利用导流洞现有的供水管路设水包直接给钻机供水，或者直接从江中取水。3、施工供电利用导流洞现有的供电系统，分别由进出口配电盘接线直接供电。4、施工排水利用现有集水坑抽水至雅砻江内。四、围堰拆除方案导流洞进出口围堰拆除采用爆破拆除，分水上、水下两部分拆除；根据围堰高度和十月底洪水高程，将进出口围堰水上、水下拆除进行分界，进口分界高程定为1644.3m，出口分界高程定为1642.6m。1、导流洞进口围堰分三层拆除；堰体上层拆除高度为9m(EL1649-1658)，爆破打孔时，在堰内搭设脚手架作为钻孔施工平台，并作为后序装药联网的施工平台，在装药联网结束后方拆除脚手架，在脚手架拆除时保护起爆网络。爆破拆除时，由堰顶及堰内上部打设竖直钻孔作为主爆破孔，孔的间距为2m，排距1.5m，上下游两侧边墙进行预裂，预裂孔间距为80cm。在上层围堰爆破结束后即进行出碴，利用反铲和自卸汽车分别由洞内和堰前将渣出走。中层开挖高度为4.7m(EL1644.3-EL1649)，采用竖直钻孔，孔网参数为：间距2m，排距1.5m，因靠近围堰内侧为钢筋混凝土结构，故改变孔网参数为：间距1.5m，排距0.9m，在爆破后立即进行出渣，分别由洞内和堰前运出。并将堰前石碴清理干净至1638.5m高程，如堰前有基岩出现，需要在下部围堰拆除时提前处理，为下部开挖创造条件。下部开挖高度为5.8m（EL1638.5-EL1644.3），分两次爆破，第一次起爆围堰内侧钢筋混凝土，第二次最终爆破结束。第一次爆破的孔网参数为：间距1.5m，排距0.9m，在爆破出渣后，先对钢筋网进行切割，然后进行下一层的爆破施工，以保证最终爆破后的顺利过流。第二次爆破的主体为基岩，主爆孔布置为竖直孔，孔间距为1.5m，排距为1.5m，与竖直面的夹角为12°，炮孔成矩形布置；两侧墙和底板均进行预裂，预裂孔钻孔直径为65mm，主爆孔钻孔直径为90mm；爆破结束后利用反铲将大部分碴料清运。2、导流洞出口围堰拆除时分四层、五次爆破进行拆除，上三层梯段高度分别为5m、5m、4.2m，分三次爆破拆除，第四层梯段高度为8.6m，先部分爆破切除堰后墩台，最后一次将剩余部分爆破拆除，在最后一次爆破之前，将上部爆破石碴利用反铲和自卸汽车清运干净，为最后一次爆破钻孔创造条件。五、爆破规模控制及最大单响药量确定在围堰爆破拆除过程中，由于爆破产生的危害主要有冲击波与噪声、地震波、飞石及有害气体，导流洞进出口环境不复杂，要保护的对象主要为进出口砼结构，主要是爆破地震波对闸室及进出口高边坡稳定产生不利影响，由于堰体拆除量大，尽管进口分两次爆破，装药量仍比较大，且爆源与进出口砼构筑物及高边坡距离较近，爆破所产生的振动波会对导流洞进出口边坡及相关构筑物产生不利影响。因爆破而引起的质点振动速度可按萨道夫斯基公式计算：式中：V-----介质点振动速度，cm/s；Q-----同段起爆的最大单响药量，Kg；R-----爆源距要保护的结构物的距离，m；α----地震波衰减系数，与地质条件有关，近区为1.5~2.0,远区为1.0~1.5；K-----介质性质系数，与地形、地质条件、爆破方法等因素有关。一般K=50~350，岩土介质性松软时取大值。根据上述公式，我局在导流洞内进行了多次爆破振动测试，反复推算后，对岩石基础，K值取平均值为185、α值取1.785；对砼基础，K值取160，α值取1.56。根据国家爆破安全规程的爆破振动安全允许标准规定，水工隧洞允许爆破质点振动速度为7~15cm/s；根据水利水电安全规程的允许爆破质点振动速度，28天龄期砼爆破质点允许振动标准为7.0~12cm/s，因此，最大质点振速V取9cm/s。1、导流洞进口最近爆源距砼闸室边墙最近距离为11.5m。考虑围堰与底板基岩、砼边墙给合部均进行了预裂，根据以前实验结果，经过预裂后振动可以降低振动80％左右，在此，按减振50％考虑，最大质点振速V取9/50％cm/s=18cm/s。导流洞进口围堰距离进水口边墩的最小距离为11.5m考虑，计算堰体的最大单响药量。将K值、α值、R值和最大V值代入萨道夫斯基公式后，得出最大单响药量为：==30.299Kg如果按减振80％考虑，最大质点振速V取9/20％cm/s=45cm/s。导流洞进口围堰距离进水口边墩的最小距离为11.5m考虑，计算堰体的最大单响药量。将K值、α值、R值和最大V值代入萨道夫斯基公式后，得出最大单响药量为：==141.33Kg因此，进口爆破网络设计时单响控制药量控制为30.299Kg。2、导流洞出口最近爆源距导流洞洞室边墙最近距离为25m。考虑围堰与底板基岩、砼边墙给合部均进行了预裂，根据以前实验结果，经过预裂后振动可以降低振动80％左右，在此，按减振50％考虑，最大质点振速V取9m/s/50％=18cm/s控制。导流洞出口围堰距离导流洞洞室边墙最近距离按25m考虑，计算堰体的最大单响药量。将K值、α值、R值和最大V值代入萨道夫斯基公式后，得出最大单响药量为：==311.28Kg如果按减振80％考虑，最大质点振速V取9cm/s/20％=45cm/s。导流洞出口围堰距离导流洞洞室边墙最近距离按25m考虑，计算堰体的最大单响药量。将K值、α值、R值和最大V值代入萨道夫斯基公式后，得出最大单响药量为：==1451.96Kg因此，爆破网络设计时单响控制药量按50kg考虑。六、起爆网络设计1、起爆网络设计原则(1)为保证安全，在整个网络传爆雷管全部传爆后，第一响的炮孔才能允许起爆。(2)为了达到减振的目的，预裂孔超前爆破孔75ms以上，确保预裂缝张开。(3)起爆网络的单响药量应满足振动安全要求。根据进出口建筑物允许振速，由爆破质点振动速度公式反算允许单段药量，根据每个孔装药量，计算出一个或多个孔同时起爆的装药量，可以满足振速9cm/s的要求。(4)在单段药量严格控制的情况下，同一排相邻段、前后排的相邻孔保证不出现重段和串段现象。(5)为保护两侧永久建筑物的稳定，保证爆堆形成的位置尽量远离闸室，必须合理选择最先起爆点及爆碴抛掷方向。2、爆破器材的选择选用非电起爆技术进行起爆。塑料导爆管雷管起爆不受雷电等杂散电流影响，同时分段灵活，使用方便，在水电行业得到广泛应用，其价格便宜，现在已经为爆破施工最常用的爆破器材。围堰拆除追求最佳的减振效果，最佳的爆破堆形状，最合理的抛掷方向，最优的抛掷顺序，因此对起爆顺序和起爆时间的准确性要求很高，而本次爆破距重要建筑物较近，为减小爆破振动的破坏影响，必须严格控制单段药量，要求段与段之间不重段，同时考虑降振的需要，这就对孔间起爆时差提出了更高的要求；在布置水平孔的围堰垂直面上，炮孔排数多达十几排以上，每排的炮孔数很多，为确保起爆网络安全，要求首个炮孔爆破时传爆雷管已经爆破。为保证炸药在水中爆炸可靠性，水下部分爆破时需要用导爆索进行传爆，同时由厂方提供炸药的抗水、抗压试验，以确保炸药稳定，现场做炸药浸水殉爆试验、导爆索抗水试验。导爆索采用防水型导爆索，同时也进行相应的抗水抗压性能试验。3、网络可靠度计算塑料导爆管雷管排间、孔间、孔外接力的传爆网络属多分支并、串联网络。网络中任一结点的传爆可靠度按下式计算：式中：Pij为第i排结点第j个孔间结合点的可靠度；R为单发雷管的可靠度；m为结点雷管并联数；i为排间结点顺序号；j为结合点所在排的孔间顺序号。在非电接力起爆网络中，每一个结点的传播可靠度上不同的，并随着结点数的增加，传爆可靠度随之降低。因此，排间与孔间结点数之间和最多的支网络的传爆可靠度，即为整个网络传爆可靠度P：式中：max(i+j)为网络中排间、孔间结点数之和的最大值。由于雷管的准保率不是100％，为保证网络传爆的可靠性，增加安全系数，排间、孔间接力雷管均2发雷管并联使用，孔内起爆雷管数2发并联使用。孔间用ms2、排间用高段位塑料导爆管进行排间搭接，排间最大节点数8，孔间最大节点数12，节点雷管并联数m是2，单发雷管的可靠度R为98.3%(根据爆破公司提供的数据)。代入上面公式计算得：计算结果表明，可靠度满足要求。4、网络联接和保护起爆网络的联接和防护是爆破成败的一个很重要环节，首先严格联网制度，由有资质有经验的专职炮工负责联网，并有主管工程师负责网络的检查，由于网络传爆时间长，需要对网络进行保护，并将网络固定在岩面上。由于进口围堰上部整个钻孔和联网工作都需要在脚手架上进行，脚手架的拆除在联线完成后拆除，拆除脚手架时，注意保护好爆破网络的连线，在爆破网络联线过程中要有专人对爆坡网络进行保护，在正式爆破前还应对爆破网络进行复查，确保堰体爆破网络的安全。5、进、出口围堰起爆时间的协调进出口围堰爆破时间按照施工进度计划表进行，特别强调是进口围堰第3层第2次爆破和出口围堰第4层第2次爆破，存起爆时间的协调问题。导流洞长1200米，设计原则是进口围堰爆破后，水和碴在到达出口围堰之前出口围堰必须已经响炮，以避免石碴和水流破坏出口围堰爆破拆除的网络。经估算，确定进出口围堰的石碴和水流在到达导流洞2/3处时，出口围堰开始起爆最为合理，即进、出口围堰的起爆时间相差在1.5分钟起爆。七、爆破参数的选择1、炸药单耗的确定进口围堰爆破分为水上和水下两部分组成，水上部分考虑为水平孔，需要翻碴至围堰前，因此，将炸药单耗定为0.55kg/m3，钢筋混凝土部分的单耗定为0.85kg/m3。进口围堰水下部分爆破，梯段高度为5.8m，水下爆破炸药单耗计算方法为：式中：为基本炸药单耗，水下垂直孔=1.0Kg/m3为爆区上方水压增量单耗，，为水深(m)；为爆区覆盖层增量单耗，，为覆盖层厚度(m)；为岩石膨胀增量单耗，，为梯段高度(m)；爆区上方露出水面，=0；爆区上方覆盖层，=0，梯段高度为5.8m，代入上式计算，得炸药单耗=1.174Kg/m3。考虑抛碴及部分石碴需要在导流洞过水进行冲碴，爆碴块度控制在30~40cm。考虑以上因素后的爆破单耗为=1.526Kg/m3。导流洞出口水上部分砼拆除单耗为0.5~0.6Kg/m3，并通过第一次爆破后进行调整；导流洞出口水下部分爆破高度为8.6m，代入上式计算，得炸药单耗=1.258Kg/m3。考虑抛碴及部分石碴需要在导流洞过水进行冲碴，爆碴块度控制在30~40cm。考虑以上因素后的爆破单耗为=1.3838Kg/m3。2、布孔间、排距为确保爆破效果，潜孔钻造孔炮孔装φ70mm和φ50mm的乳化炸药。炮孔的延米装药量按Q=4.5kg/m计算。当炸药单耗为1.526Kg/m3，炮孔负担的面积S为：S=4.5/1.526=2.95m2，对应的孔间距取a=1.5m，排距为b=1.5m；进、出口堰体水下部分爆破孔布孔参数按a×b=1.5×1.5m=2.25m2布置。出口水上部分为手风钻造孔，单耗为0.6Kg/m3，炮孔装φ32mm的乳化炸药。炮孔的延米装药量按Q=0.9kg/m计算，炮孔负担的面积S为：S=0.9/0.6=1.5m2，为避免大块，对应的孔间距取a=0.8m，排距为b=0.75~0.8m；进、出口堰体水下部分爆破孔布孔参数按a×b=0.8×0.8m=0.64m2布置。3、抵抗线选择水上部分开挖时，手风钻钻孔最小抵抗线为0.8m，潜孔钻最小顶抗线1.5m，以降低大块率。水下部分选择合理的抵抗线目的是为了更好地克服堰外水压力对爆破的约束，保证爆破效果。由于主爆孔底部已经进行水平预裂，综合考虑各种困素，主爆孔至预裂孔距离定为0.5m，前排爆破孔距离临空面的距离按1.5m设计。在进行水平预裂孔施工时,由于防渗灌浆不可能对堰体前部灌的很好；当钻孔穿过防渗区后孔内有可能渗水，如果渗水严重，应立即停止钻孔，并采取木塞或海绵封堵措施。4、装药结构预裂孔用导爆索和竹片间隔装药，堰体两侧线装药密度为300g/m；水下部分线装药密度为450g/m；爆破孔均采用连续装药结构，乳化炸药的延米装药量为405g,装φ70mm和φ50mm的乳化药卷。5、堵塞长度堵塞的目的保证爆破效果，防止个别产生飞石飞的很远，。潜孔钻造孔时主爆孔的堵塞长度取1.0~1.2m；预裂孔堵塞长度0.8m；手风钻造孔堵塞长度为0.8m,进口围堰堰后有2m厚砼面板，由于它的完整性好，堵塞段1.5m易产生大块或者爆破不完全，可适当在堵塞段增加部分手风钻钻孔，装少量炸药，以增加其破碎程度。堵塞物为细砂土。八、钻孔施工控制措施爆破成败的关键环节是要保证所有钻孔按爆破设计进行施钻，布孔孔间、排距误差不允许超过±0.1m，炮孔底部间、排距允许误差不能超过±0.2m。所有孔位均采用全站仪和钢尺按设计图纸进行放样，并将开孔位置用油漆点出，同时在适当的位置放一方向点以控制钻孔方向，倾角用钻机上自带的角度仪或地质罗盘进行控制，孔深根据钻杆根数进行控制，同时钻孔结束时要量测孔深和钻孔角度，对不合格的孔要重新钻设。开钻前检查钻孔参数（孔向、孔位、孔斜、孔径），核对无误后方可供风开钻。开孔钻进要低转速、低压推进；当成孔约10~20cm时，校核孔向及施工平台，如有变动，及时加固调整。开孔孔位偏差不得大于10cm，钻孔入口倾斜度偏差不得大于±1º，钻孔过程中分段测孔斜，及时采取必要的纠偏措施；钻孔完毕后，进行一次终孔测斜，其最终孔斜误差控制在20cm以内。在施工过程中，认真作好施工记录，对孔内存在的漏风、出现裂隙水、及时、准确地记录，对装药提供参考性意见。每次换接钻杆前均应缓慢倒杆，往返吹洗孔，以便充分吹粉排渣，避免卡钻及重复破碎，每加接5～8根钻杆，则需修正其误差，并利用换杆间隙紧固检查钻架扣件。钻孔结束后应对钻孔的方位、孔位、孔斜、孔径、孔深进行检查验收。六、应急措施如果堰体爆破后，碴体会堆积在引渠未清除的碴体上，形成一道石碴土坝，难以实际顺利过水。考虑在进、出口引渠旁各配一台反铲对引渠爆破堆碴进行开挖，挖出一道大口子，以便水流从导流洞顺利通过。此项作业危险性较大，需由安排不少于2名安全人员指挥和管理。九、施工进度安排根据左岸导流洞10月底过水的要求，进、出口围堰拆除时间结束时间为10月30日。进口围堰从10月9日开始进口围堰拆除准备，分水上和水下两次爆破进行，10月28日最后一次爆破。出口围堰从10月1日开始出口围堰拆除准备，分四层五次爆破进行，10月28日最后一次爆破。十、资源配置根据导流洞围堰拆除进度按排，投入的主要人员和设备如下：1、主要施工机械设备配置主要施工设备投入表设备名称型号及规格单位数量产地或厂家钻机MYJ-80台2进出口各1台手风钻台12进口2台，出口10台台YQ—100B台12进口5台，出口8台移动式空压机20m3/miin台5进口3台，出口2台自卸汽车15t辆10反铲PC220台2进出口各1台汽车吊8t辆1水泵180m3/hh台2进出口各1台镝灯3.5kw盏62、劳动力配置劳动力投入表工种名称钻工自卸车司机炮工修理工测量工技术员管理人员电工普工合计数量(人)60301023444201273、材料计划材料名称规格单位数量备注乳化炸药φ32mmKg2500φ70mmKg6000硝铵炸药φ70mmKg3055导爆管雷管Ms1发100Ms2发700Ms3发60Ms4发60Ms5发80Ms6发60Ms7发100Ms8发100Ms9发60Ms10发60Ms11发60Ms12发30Ms13发20Ms14发20Ms15发20Ms16发20Ms17发20Ms18发20Ms19发20Ms20发1200导爆索普通m2500竹片m2500砂土m340脚手架钢管1.5寸t25竹跳板m2100供风管4寸m250十一、质量控制制措施1、炮孔点位及方向向由测量控控制，炮孔孔倾角用罗罗盘控制。2、测量放炮孔点位位时，炮孔孔队施工技技术员必须须在现场，并并对每个炮炮孔测量放放样情况做做详细记录录，并做好好交接班工工作和记录录。3、钻孔前准确放出出爆破炮孔孔位置、钻钻进方向及及炮孔深度度，确保炮炮孔施工准准确。4、开工前认真做好好钻孔技术术交底工作作，保证钻钻孔顺利进进行。5、钻孔严格按照设设计图施工工，各钻手手分区、分分部位定人人定位施钻钻，预裂孔孔偏差孔位位不得大于于5cm偏差,爆破孔偏偏差不得大大于10cm。6、由爆破工程师师统一指挥挥和安排，装装药、炮孔孔堵塞及爆爆破网络连连接人员必必须是经验验丰富的爆爆破作业人人员，且固固定在进出出口工作面面作业，保保证装药、堵堵塞质量及及爆破网络络连接的质质量，并严严格按设计计要求进行行联结和网网络保护。7、按设计对孔位位进行编号号，装药前前必须测量量孔深，达达不到要求求的必须进进行及时处处理，确保保炸药装到到孔底。无无关人员禁禁止进入施施工现场。并并严格按设设计要求的的装药结构构、雷管段段别和