围堰混凝土防渗墙爆破拆除中钢管固定及钢管保持架的应用

围堰混凝土防渗墙爆破拆除中钢管固定及钢管保持架的应用

三峡二次下游坝全长1070.5m。坝体采用单排混凝土防渗墙，墙厚0.8m。1.m。墙上有矿山管道和塑料管。当墙体深度大于30m时,采用直径114mm,壁厚约4mm的灌浆钢管,并由直径22mm的钢筋按6～8m一层制作的保持架固定。灌浆钢管沿防渗墙轴线按1.5m间距布置,有钢管段的防渗墙总长约500m,拆除深度17.5m。为了确保三峡三期截流的顺利进行,要求在2002年11月截流前二期下游围堰拆除工程完成最小拆除范围,并于2003年4月全部完成共约600万m3拆除工作。由于这种结构的围堰防渗墙拆除爆破没有先例,为了确保拆除爆破的成功,在对国内外有关资料分析的基础上,进行了大量的全面、细致、符合工程实际的爆破试验。丰硕的试验成果为混凝土防渗墙拆除爆破设计提供了科学的依据。1钢管长度选择根据水下开挖机械斗容和开挖强度要求,爆破后直径114mm钢管长度应小于1m的短钢管或钢片。为此,钢管爆破试验的主要内容是调整各项参数,寻求钢管最佳破坏状态的药包直径、装药结构、堵塞长度及堵塞方式。1.1抗渗墙下钢管的钻孔与浇筑采用混凝土防渗墙基础灌浆施工剩余的钢管进行爆破试验。钢管长5m左右,外径为114mm,壁厚4mm。将钢管底部用钢板焊牢封闭,并在底部浇筑约50cm厚的水泥浆。为了模拟实际防渗墙上钢管内钻孔情况,对部分试验钢管进行了加工,使之形成孔径75mm或80mm的水泥孔壁。钢管共计12根,其中水泥孔壁钢管10根,未加工水泥孔壁的钢管2根。1.2药包、药包的制备试验根据爆破实践经验,钢管爆破采用间隔、耦合的装药结构形式较好。按设计要求将药包绑在导爆索上,由孔口雷管起爆。采用直径70mm(长40cm,重1.6kg)、50mm(长40cm,重0.88kg)、32mm(长20cm,重0.2kg)3种规格的药包(以下简称《70、《50、《32药包)分3组共进行了12次试验。装药结构见表1。1.3药包钢管片碎片通过钢管爆破试验,发现钢管炸断部位均在设有药包处,钢管被炸成一节节带有梳齿形或喇叭形条状钢管片的短钢管,当药包直径大时,会产生一些碎片。将其破坏形态与装药结构对照分析,可以得出以下结论。(1)钢管长度随高度变化12次钢管爆破试验结果均表明:钢管断裂长度与药卷净间距密切相关。直径50mm的药包进行了7次钢管爆破试验,药包净间距在30～115cm之间变化,随着药包净间距由大变小,装药段断裂钢管长度也由大变小;药包净间距小于40cm时,钢管被炸成碎片;药包净间距大于85cm时,钢管仅断裂成短管,短管最大长度大于1.0m,随着药包净间距进一步增大,短管长度更大。直径70mm的药包进行了3组钢管爆破试验。药包净间距为65cm时,装药段钢管被炸成碎片。净间距为100cm时,装药段钢管被炸成长度小于115cm的短管。3种直径药包钢管爆破均有相同的特性:当串状药包的净间距较小直至相连,爆破时装药范围的钢管被炸成条状或片状;当药包的净间距大于某一特定值时,钢管被炸成一节节的短管状。药包净间距是控制钢管爆破长度大小的主要因素。(2)断裂段长度变化试验成果表明:选用的3种药包直径(70,50mm及2×32mm)均能将钢管炸断。钢管被炸断的部位均为钢管的装药部位;断裂处破碎程度和药包直径有关,药包直径大,则破碎块度小;《70药包爆破时,药包处钢管的破碎程度明显高于2(《32)药包。但在单孔药量相近的条件下,药包直径的变化对装药部位和整个钢管断裂段的长度影响是不同的,并非药包直径大,断裂钢管短。如编号7单孔药量4.2kg平均每米药量0.96kg,5个《50药包在孔内均匀分布,药包净间距40cm,堵塞长77cm,爆后钢管炸成6段,中间4段均为联在一起的长条形碎片,最长为顶部一段钢管,空间长度小于81cm。钢管破坏形态满足试验要求。编号2单孔药量6.4kg,平均每米药量1.42kg,4个《70药包在孔内均匀分布,药包间距65cm,堵塞长度72cm,爆后,中段全部炸成碎片,最长一条85cm,顶部钢管空间长度接近110cm。基本达到设计要求。从上2例看出,采用《70药包时,尽管药量比编号7增加52%,仍有断裂的钢管长度超过试验要求。如果单孔药量相同,则大药包的间距必然大于小药包的间距,如编号11,间距为100cm时,钢管炸裂成4段,每段长度大于100cm,最长126cm,未达到设计要求。通过上述比较,可以看出,选择合理的药包直径,对设计方案的经济性及爆破震动安全控制有较大影响。(3)爆破后钢管长度试验成果表明,钢管堵塞方式对爆破效果影响不明显,但堵塞长度对断裂的孔口段钢管长度有直接的控制作用。如编号12,7,3的药包直径均为50mm(编号12顶部为2(《32)药包),堵塞段长度分别为57,77,95cm,爆后钢管孔口段空间长度分别为43,81,90cm,明显看出,随着堵塞长度增加,钢管断裂的孔口段长度也相应增加。又如编号11,4,10的药包直径分别为70,50,2×《32mm,堵塞长度为100,100,82cm,爆后钢管孔口段空间长度分别为108,105,106cm,可以看出,在堵塞长度相同的情况下,断裂的孔口段钢管长度并未随着药包直径增大而减小。但是,在单孔药量偏小的情况下,堵塞长度小,钢管孔口段长度也可能偏大,如编号10。通过钢管爆破试验,可以得出以下结论:采用间断耦合的装药结构是可行的。在药包直径,药包间距和堵塞长度3项参数选择合理的条件下,钢管爆破后长度可以达到小于100cm的要求。2网络串联试验爆破网络模拟试验采用塑料导爆管非电毫秒雷管组成的双复式交叉网络,主干线由塑料导爆管MS3段非电毫秒雷管串联而成,孔口采用MS4和MS5段非电毫秒雷管(网络联接方式详见3.3爆破网络),在地面模拟连续20个结点的爆破网络,共进行了3次试验。通过试验,观察爆破网络从始至终传爆的可靠性;发现联网施工中的问题。监测了网络总爆破延时。3混凝土防渗墙现场爆炸试验3.1防渗墙钢管段试验方案选择二期下游围堰桩号0+829～0+868.4(无钢管段)、高程77.5～70.0m部位进行了二组试验。第一组为钢管炮孔试验,布置12个炮孔。第二组分为两区,一区为钢管炮孔试验,二区为混凝土炮孔试验,每区布置8个炮孔,共16个炮孔。为了模拟防渗墙钢管段的状态,采用的试验方法是:先在墙上钻直径为100～110mm的孔,然后将外径95mm,壁厚4mm,长度7m的钢管(管底用钢板焊接封闭材质同混凝土防渗墙预埋钢管)放于孔内,进行爆破试验。通过爆破安全监测,分析观察钢管爆破、爆破网络等项试验成果综合应用的效果,为混凝土防渗墙拆除爆破设计方案提供科学依据。3.2区域面积为70mm药包法(1)药包直径d=50mm:对钢管爆破试验成果综合分析比较后,认为选用直径50mm的药包较70mm的药包合适。其理由是:①直径50mm的药包可以将钢管炸断,且通过对药包间距的调整,可将钢管破碎尺寸控制在设计要求范围内。②为了将药串送入孔底,必须将药包、2股导爆索、竹片、绳索绑扎在一起,采用直径70mm的药包,装药较困难。③虽然直径70mm药包对钢管局部破碎的效果最好,但是为了达到设计对钢管断裂长度的要求,仍需采用较小的药包间距。在爆破效果相同的条件下,和直径50mm药包相比,单孔药量增加50%,这不仅增加工程费用,爆破震动影响也加大。(2)孔距a=1.5m:按混凝土防渗墙内灌浆钢管间距确定。(3)孔深=7.0m。(4)装药结构:第一组钢管炮孔试验,将《50药包,按35cm净间距,间隔地绑扎在导爆索上,单孔药量7.92kg;第二组钢管炮孔试验,底部连续绑扎3个《50药包,其上按净间距30cm绑扎7个《50药包,顶部为1个2×《32药包,单孔药量8.8kg。混凝土炮孔试验,底部连续绑扎2个《50药包,其上按净间距50cm绑扎6个《50药包,单孔药量7.04kg。(5)设计堵塞长度l1=0.6～0.8m。3.3地面主干线交叉爆破试验采用塑料导爆管非电毫秒雷管组成的双复式交叉并串联孔间微差爆破网络。孔内药包由1根导爆索引爆,导爆索露出孔口长度为20～30cm。导爆索由绑扎在其孔口的2发非电毫秒雷管引爆。为了实现孔间微差爆破,根据单段允许药量的大小,将若干孔(一般不超过10个孔,本次第1次试验为2孔一组,第2次试验为4孔一组)分为一组,每组内的单号孔用MS4段非电毫秒雷管,双号孔用MS5段非电毫秒雷管。每个孔的2根导爆管分成2股分置于炮孔两侧,然后将每一组炮孔同侧的导爆管并成束,一束为一个结点。地面主干线是由塑料导爆管MS3段非电毫秒雷管组成,由即发雷管引爆两侧的第一个结点的导爆管,当第一个结点MS3段雷管起爆时,除引爆第一组炮孔外,同时引爆第二个结点的导爆管,第二个结点MS3段雷管起爆时,除引爆第二组炮孔外,同时引爆第三个结点的导爆管,以下各结点的传爆依次类推。为增加炮孔两侧结点传爆的可靠性,两侧结点间设置交叉塑料导爆管MS3段非电毫秒雷管的双复式交叉爆破网络。采用细砂或草袋覆盖主干线结点雷管。结点传爆雷管反向绑扎,两发雷管按“一”字形绑扎,聚能穴朝向外侧,以防止地表传爆的主干线结点雷管爆炸的金属飞片将后续导爆管击破造成拒爆。3.4钢管的爆破质量两组试验爆后均对地表形态、孔口段钢管长度、混凝土防渗墙破碎后的大块尺寸进行了测量和统计。在挖掘机挖渣的过程中,进行了跟踪观察。通过对搜集的资料整理分析后,得出以下结论:(1)除表面出现少量大于50cm的混凝土块和孔口出现大于100cm的短钢管外,其余部位均达到混凝土块小于50cm和短钢管小于100cm的设计要求。(2)孔口出现大于100cm的钢管,均因钢管插入不进炮孔,地面露出的钢管较长,堵塞长度增加而造成的。(3)孔口段以下混凝土墙全部破碎,绝大部分钢管炸成碎片和混凝土渣混在一起。从开挖保留下的防渗墙中轴线断面上,看到残留的钢管已裂成条状钢片,长度约40cm。(4)试验段混凝土防渗墙爆后均没有留下硬坎根底,底部较平整,说明钢管炮孔爆破深度在设计拆除高程处,不需超深。(5)防渗墙现场爆破试验选择的爆破参数是合理的,可以满足水下开挖的要求。4爆破对周围建筑物的影响三峡二期下游围堰混凝土防渗墙于2002年7月1日一次爆破成功,爆破总段数为375段,总延时9.5s,总装药量19