導(dǎo)流隧洞進(jìn)口堰前引渠水下爆破施工技術(shù)

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1、工程概況

    小灣水電站位于云南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，系瀾滄江中下游河流規(guī)劃八個(gè)梯級(jí)水電站中的第二級(jí)，小灣水電站導(dǎo)流隧洞進(jìn)口圍堰堰外引渠開(kāi)挖參數(shù)為：1＃導(dǎo)流隧洞寬26.6m；2＃導(dǎo)流隧洞寬26.6m～38.35m，中墩保留寬20.8m；引渠底板開(kāi)挖高程為988m。導(dǎo)流隧洞堰外引渠開(kāi)挖長(zhǎng)度（水流方向）為26～35m。2003年11月下旬實(shí)測(cè)流量為730m3/s，枯水期水位為1003.7m高程，圍堰前期部分堰外引渠開(kāi)挖至996～998m高程，為提供F5溝出渣通道，將圍堰外側(cè)回填至1016m高程形成出渣道路，為減少鉆孔難度及工程量，根據(jù)瀾滄江水位將堰外堆渣體平臺(tái)高程降至1004m高程，再進(jìn)行水下爆破鉆孔施工。但回填石渣深度仍有3～15m左右。     導(dǎo)流隧洞進(jìn)口1#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔57個(gè)，爆破孔245個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m；2#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔35個(gè)，爆破孔288個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m。設(shè)計(jì)總鉆孔深度為11000米，其中回填土中鉆孔深度約為5375米，水下巖石鉆孔深度約為5625米。從2004年1月21日至2004年2月14日進(jìn)行導(dǎo)流隧洞進(jìn)口圍堰堰外引渠預(yù)裂孔鉆孔及爆破施工；2004年2月15日至2004年3月23日進(jìn)行導(dǎo)流隧洞進(jìn)口圍堰堰外引渠主爆區(qū)鉆孔及爆破施工，施工強(qiáng)度達(dá)到268m/天。     2、爆破方案選擇     因進(jìn)口堰外引渠爆破開(kāi)挖縱深較長(zhǎng)，達(dá)到26～35m，一次起爆藥量較大，為保證圍堰、預(yù)留巖埂及進(jìn)水塔建筑物的安全，考慮了兩種方案： 方案概述 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 每條洞堰外引渠爆破區(qū)分兩區(qū)爆破 1、有效減少一次起爆藥量； 2、爆破網(wǎng)絡(luò)連接相對(duì)簡(jiǎn)單； 3、可提供后區(qū)爆破有效及準(zhǔn)確的臨空面； 4、對(duì)周?chē)ㄖ锇踩绊戄^小。 1、前區(qū)爆破對(duì)后區(qū)爆破孔破壞防護(hù)困難，有可能造成后區(qū)爆破區(qū)前幾排爆破孔無(wú)法裝藥； 2、施工工期長(zhǎng)，很難保證在枯水期施工完成，對(duì)導(dǎo)流隧洞分流影響巨大。 每條洞堰外引渠爆破區(qū)一次爆破 1、不存在前后區(qū)爆破影響問(wèn)題； 2、爆破孔網(wǎng)參數(shù)相對(duì)一致、簡(jiǎn)單，鉆孔易于控制； 3、可通過(guò)爆破網(wǎng)絡(luò)連接、起爆順序及后沖方向減少對(duì)周?chē)ㄖ锇踩绊懀? 4、施工工期相對(duì)較短，滿(mǎn)足施工工期要求，為導(dǎo)流隧洞分流提供有效保證。 1、一次起爆藥量較大； 2、爆破網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)防護(hù)困難； 3、需通過(guò)造孔記錄推斷爆破臨空面位置； 4、對(duì)周?chē)ㄖ锇踩绊戄^大。                       根據(jù)綜合考慮，最后確定每條洞堰外引渠爆破區(qū)一次爆破，既能保證工期，又能通過(guò)爆破網(wǎng)絡(luò)減少對(duì)周?chē)ㄖ锇踩绊?，滿(mǎn)足工程需要。     3、預(yù)裂爆破震動(dòng)前期監(jiān)測(cè)     預(yù)裂孔施工采用英格索蘭MZ-200及阿特拉斯PC460、HF460三臺(tái)多功能鉆機(jī)進(jìn)行炮孔鉆孔施工，人工裝藥爆破。根據(jù)測(cè)量放出的炮孔位置固定好地質(zhì)鉆機(jī)，調(diào)整鉆機(jī)鉆桿角度，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在回填石渣內(nèi)鉆孔時(shí)為防止塌孔，鉆機(jī)需跟管鉆進(jìn)，鉆孔結(jié)束后，通過(guò)鋼管套管往孔內(nèi)插入一根硬質(zhì)PVC塑料管，將硬質(zhì)塑料管引出施工平臺(tái)以上30cm左右，管口采用彩條布包裹，防止石渣及雜物進(jìn)入管內(nèi)，引起炮孔堵塞，拔出鋼管套管。PVC塑料管接口部位采用硬質(zhì)接頭，以防止相鄰孔鉆進(jìn)時(shí)石渣擠壓引起接口錯(cuò)位，影響爆破裝藥。炸藥通過(guò)PVC塑料管進(jìn)行裝填，按設(shè)計(jì)爆破參數(shù)要求將炸藥綁在竹條上，使藥包能放置在炮孔底部。預(yù)裂孔布孔及裝藥參數(shù)如下：孔徑ф115mm，孔距80cm，所有炮孔均超深1.5m；預(yù)裂孔裝ф32mm藥卷，線(xiàn)裝藥密度為0.364kg/m。1#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔57個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m；2#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔35個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m。     進(jìn)口圍堰外引渠開(kāi)挖后，圍堰仍需渡過(guò)一個(gè)汛期，因此，為保證圍堰及預(yù)留巖埂安全渡汛，堰外預(yù)留8.0米巖埂區(qū)不清除（與圍堰同時(shí)拆除），沿預(yù)留開(kāi)挖線(xiàn)打預(yù)裂孔，預(yù)裂孔坡向江心取1：0.1角度，用以有效減少爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)對(duì)預(yù)留巖埂及防滲區(qū)的破壞，進(jìn)而保證巖埂的完整性和防滲性，同時(shí)進(jìn)行爆破震動(dòng)安全監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用爆破振動(dòng)一元回歸公式可求得巖石爆破水平徑向、垂直向、水平切向的K值及α值，用于堰外引渠主爆區(qū)及圍堰拆除時(shí)單響藥量控制計(jì)算。     為縮短工期和減少預(yù)裂孔爆破對(duì)爆破孔影響，進(jìn)口堰外先進(jìn)行1^# 引渠預(yù)裂孔施工，在1^# 引渠預(yù)裂孔裝藥爆破同時(shí)進(jìn)行2^# 引渠預(yù)裂孔鉆孔施工     兩次預(yù)裂爆破觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)下圖：     1) 1^# 引渠預(yù)裂孔測(cè)點(diǎn)布置圖     其中7~10^# 測(cè)點(diǎn)為預(yù)埋測(cè)點(diǎn)，測(cè)2個(gè)方向；其它均測(cè)3個(gè)方向     2) 2^# 引渠預(yù)裂孔測(cè)點(diǎn)布置圖     其中5^# 測(cè)點(diǎn)為預(yù)埋測(cè)點(diǎn)，測(cè)2個(gè)方向。其它測(cè)3個(gè)方向。     通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示1^# 引渠爆破振動(dòng)沿水平距離衰減趨勢(shì)：水平徑向10.5 cm/s（堰后底，20m）~1.2 cm/s（中墩底，36m）；垂直向6.1 cm/s ~1.9 cm/s；水平切向8.6 cm/s ~2.3 cm/s；2^# 引渠爆破振動(dòng)沿水平距離衰減趨勢(shì)：水平徑向14cm/s（灌漿區(qū)地表，距離8.3m）~2.2cm/s（中墩底，距離33m）；垂直向7.48cm/s~3.15cm/s；水平切向8.56cm/s~2.32cm/s。     根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行的爆破振動(dòng)一元回歸公式：水平徑向（擬用于圍堰振動(dòng)控制）K=54.9，α=1.47、垂直向（擬用于中墩振動(dòng)控制）K=15.6，α=0.78、水平切向（擬用于中墩振動(dòng)控制）K=18.7，α=0.87。     4、主爆破爆破技術(shù)     4.1爆破區(qū)鉆孔及裝藥     主爆破區(qū)鉆孔及裝藥方法與預(yù)裂爆破方法相同，為減小一次起爆藥量，盡量減少爆破對(duì)預(yù)留巖體的破壞，采用孔內(nèi)延時(shí)，孔外微差爆破網(wǎng)絡(luò)，爆破自江邊向圍堰方向，一次鉆爆到設(shè)計(jì)高程，采用乳化炸藥、防水導(dǎo)爆索等防水爆破材料，且每個(gè)炮孔裝四發(fā)MS15段雷管，確保一次爆破成功。為使回填石渣內(nèi)大塊孤石亦得到解炮，爆破孔裝藥需做調(diào)整，在完整巖石炮孔內(nèi)連續(xù)裝ф80mm藥卷，回填石渣炮孔內(nèi)連續(xù)裝ф50mm藥卷，兩種炸藥間采用中砂堵塞80cm，以保證巖石內(nèi)炸藥暴力完全作用于巖石，為解決爆破孔內(nèi)兩種炸藥不能同時(shí)起爆，致使后爆炸藥被先爆炸藥壓實(shí)，產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象，在爆破孔內(nèi)兩種炸藥裝藥區(qū)段綁扎一根導(dǎo)爆索，將爆破孔內(nèi)兩部分炸藥聯(lián)為一體。     4.2爆破區(qū)爆破孔網(wǎng)參數(shù)     根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及預(yù)裂爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的爆破振動(dòng)一元回歸公式得出的巖石參數(shù)，爆破布孔參數(shù)如下：爆破孔孔徑ф115mm，孔距180cm，排距180cm，所有炮孔均超深1.5m。1#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔57個(gè)，爆破孔245個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m；2#堰外引渠ф115mm預(yù)裂孔35個(gè)，爆破孔288個(gè)，設(shè)計(jì)孔深17.6m。設(shè)計(jì)總鉆孔深度為11000米，其中回填土中鉆孔深度約為5375米，水下巖石鉆孔深度約為5625米，當(dāng)最外一排炮孔位置巖石面距底板開(kāi)挖988m高程大于1～1.5m時(shí)，炮孔仍需向江心方向繼續(xù)延伸，直至巖石面距底板開(kāi)挖面985m高程在1～1.5m時(shí)不再增設(shè)下一排相對(duì)應(yīng)的炮孔。爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)外微差毫秒延期復(fù)式爆破網(wǎng)絡(luò)，為使爆破一次成功，加大起爆網(wǎng)絡(luò)可靠性，孔外爆破網(wǎng)絡(luò)雷管均采用雙雷管，爆破孔內(nèi)布置四發(fā)MS15段非電起爆雷管，以保證完全起爆。為防止孔外起爆網(wǎng)絡(luò)雷管爆炸時(shí)飛起的石子打斷起爆網(wǎng)絡(luò)，在雷管外部用硬質(zhì)塑料管包裹，盡量減少石子飛起幾率。爆破裝藥參數(shù)：爆破孔巖石部位連續(xù)裝ф80mm藥卷，爆破單耗為1.76kg/m³，堆渣體部位連續(xù)裝ф50mm藥卷，爆破單耗為0.67kg/m³，單孔裝藥量為12～94kg，根據(jù)預(yù)裂爆破震動(dòng)質(zhì)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用一元回歸公式反推可求得巖石爆破水平徑向、垂直向、 水平切向的K值及α值，通過(guò)計(jì)算確定最大單響藥量控制在100kg以?xún)?nèi)時(shí)，周?chē)ㄖ锏谋普駝?dòng)質(zhì)點(diǎn)速度滿(mǎn)足規(guī)范要求。為盡量將預(yù)留巖埂及圍堰處的爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度控制在允許范圍內(nèi)，距預(yù)留巖埂及圍堰15m范圍內(nèi)的爆破孔均采用一孔一響，其余爆破孔為兩孔一響。本次爆破單響最大藥量控制在100kg以?xún)?nèi)，1#引渠爆破裝藥量約為11401kg，2#引渠爆破裝藥量約為18610kg。2＃堰外引渠一次爆破縱深較深，且一次起爆藥量較大，為盡量減少爆破對(duì)圍堰及預(yù)留巖埂防滲帷幕灌漿區(qū)破壞，將爆破反沖方向調(diào)整為沖向上游側(cè)山體上。爆破網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)下圖：                             4.3主爆區(qū)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè) 主爆區(qū)爆破時(shí)需要監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)建（構(gòu)）筑物包括：圍堰堰體、圍堰防滲體、進(jìn)水塔中墩邊墩。     監(jiān)測(cè)目的：監(jiān)測(cè)爆破在需要保護(hù)的建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)或“身體”產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，作為評(píng)估爆破對(duì)其產(chǎn)生影響程度的依據(jù)；同時(shí)，獲得爆破振動(dòng)沿導(dǎo)流洞中心線(xiàn)方向的傳播規(guī)律，為后期的圍堰拆除積累資料。     為了達(dá)到以上目的，在1#和2＃圍堰堰體防滲體各布置2個(gè)內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)爆破在防滲體內(nèi)部產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；在1＃導(dǎo)流洞進(jìn)水塔中墩的基礎(chǔ)和頂部各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)；在2＃導(dǎo)流洞圍堰內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)部位布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)；在2＃導(dǎo)流洞進(jìn)水塔中墩基礎(chǔ)部位布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)；沿2＃導(dǎo)流洞中心線(xiàn)方向在地板布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。同時(shí)設(shè)置攝錄機(jī)對(duì)整個(gè)爆破過(guò)程進(jìn)行全程錄像，作為爆破效果分析一項(xiàng)參考資料。       1)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)下圖：     其中7#~10#測(cè)點(diǎn)為預(yù)埋測(cè)點(diǎn)，測(cè)2個(gè)方向；其它均測(cè)3個(gè)方向。     2）爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果 導(dǎo)流洞引水渠開(kāi)挖爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 部位 測(cè)點(diǎn) 編號(hào) 高程 儀器 編號(hào) 水平距離（m） 水平徑向 垂直向 水平切向 峰值速度 （cm/s） 峰值頻率 (Hz) 峰值速度 （cm/s） 峰值頻率 (Hz) 峰值速度 （cm/s） 峰值頻率 (Hz) 2#洞 堰后 1 EL.1105 BE8778 19.5 15 39.4 27 82 11.7 30.1 中墩底 2 EL.995 BE7483 30 2.48 68 3.76 59 3.07 76 中墩底 3 EL.995 BE8776 46 2.27 114 3.42 82 2.96 62 中墩底 4 EL.995 BE8777 61 2.31 76 2.72 79 2.3 57 1#洞 中墩底 5 EL.995 BE7485 39 3.26 82 3.87 29.7 1.92 37.2 中墩頂 6 EL.1015 BE7482 37 8.52 28.4 8.41 23.5 3.56 19.7 2#堰前  預(yù)埋 灌漿區(qū) 7 EL.992 Exp-049 9.8 46.52 500 28.55 112 ─ ─ 灌漿區(qū) 8 EL.991 Exp-048 9.8 40. 4 250 40.84 250 ─ ─ 1#堰前  預(yù)埋 灌漿區(qū) 9 EL.991 Exp-046 9.8 55 125 80 63 ─ ─ 灌漿區(qū) 10 EL.993 Exp-043 9.8 37.53 208 50 125 ─ ─ 注：1#~6#為地表傳感器測(cè)點(diǎn)，7#~10#為灌漿區(qū)內(nèi)預(yù)埋傳感器測(cè)點(diǎn)；距離為測(cè)點(diǎn)到爆區(qū)邊沿的最近距離。                                               3）爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析     灌漿區(qū)預(yù)埋測(cè)點(diǎn)：爆破在灌漿區(qū)產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度約為28.55~50 cm/s。Ⅱ區(qū)振速略大于Ⅰ區(qū)振速，估計(jì)與Ⅱ區(qū)爆破規(guī)模大，爆破排數(shù)多，起爆約束大有關(guān)。     圍堰底部測(cè)點(diǎn)：垂直向振動(dòng)速度略大于25.4cm/s，大于水平徑向（15cm/s）及水平切向（11.7cm/s）振動(dòng)，可見(jiàn)預(yù)裂縫明顯起到阻隔水平向振動(dòng)的作用，但對(duì)經(jīng)孔底作用的垂直向振動(dòng)減振效應(yīng)較小。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度高于大體積砼抗振標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)與測(cè)點(diǎn)位于堰后深基坑邊緣相關(guān)。     隔墩底部測(cè)點(diǎn)：1#洞、2#洞隔墩底部測(cè)點(diǎn)各向振速最大值3.87 cm/s，且以垂直向振速較大，與圍堰底部測(cè)點(diǎn)振動(dòng)特征一致。頂部與底部振速相比有放大效應(yīng)，頻率相應(yīng)較低，符合相應(yīng)結(jié)構(gòu)體一般傳播規(guī)律。     隔墩頂部測(cè)點(diǎn)：最大振速為水平徑向8.52cm/s，1#洞中墩頂部測(cè)點(diǎn)振動(dòng)有較大放大效應(yīng)，放大倍數(shù)約2.6，且水平徑向放大效應(yīng)明顯，這與中墩自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。該值僅可參考為胸墻砼附近的相對(duì)速度，不能與新澆砼基巖處的安全振速控制要求進(jìn)行比較。     2#洞圍堰后部各測(cè)點(diǎn)衰減趨勢(shì)：水平徑向15~2.48~2.27~2.31cm/s，水平切向11.7~3.07~2.96~2.3cm/s，垂直向27~3.76~3.42~2.72cm/s，頻率30~114Hz。     各測(cè)點(diǎn)的爆破振動(dòng)時(shí)間歷程反映1#洞圍堰爆區(qū)存在后部孔先爆現(xiàn)象并引起較大振動(dòng)峰值，與錄相過(guò)程一致，估計(jì)孔內(nèi)雷管段別偏大同時(shí)延時(shí)誤差較大是原因之一。爆破振動(dòng)時(shí)間歷程后部的峰值較均勻。     帷幕灌漿內(nèi)部預(yù)埋測(cè)點(diǎn)：最大振動(dòng)速度約50cm/s。各測(cè)點(diǎn)最大振速時(shí)刻約與圍堰后部地表測(cè)點(diǎn)一致，同時(shí)表現(xiàn)為爆破近區(qū)振動(dòng)波形特征，頻率約在100~500Hz范圍?？梢?jiàn)由于帷幕區(qū)全部為基巖灌漿且上部圍堰的較大壓重，其抗震能力較強(qiáng)，較大振動(dòng)下的破壞影響不致達(dá)到嚴(yán)重滲水的惡劣程度。     3）宏觀調(diào)查及爆破效果     根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視及錄相分析，爆破飛石主要來(lái)源于孔內(nèi)φ80裝藥卡塞至孔口的部分孔，飛石主要在爆區(qū)附近20m范圍內(nèi)，以爆區(qū)側(cè)向相連棧橋頂部居多，最大塊度約20cm。未有孔口堵塞沙礫及水的噴射污染現(xiàn)象，爆后可見(jiàn)大部分孔口堵塞完好。     爆堆中部最大隆起高度約3m，無(wú)大面積凹陷，認(rèn)為炮孔巖石段破碎效應(yīng)明顯。     堰體無(wú)明顯破壞，施工分縫及缺陷修補(bǔ)表層抹面僅有局部脫皮，分縫及斷層裂縫的爆破前后寬度無(wú)變化，爆后未見(jiàn)堰后底部基巖出現(xiàn)滲水浸濕點(diǎn)。     新澆胸墻砼（約3天齡期）抹面未見(jiàn)裂紋。     周?chē)吰聡妼游匆?jiàn)宏觀破壞現(xiàn)象。      5、結(jié)束語(yǔ)     1）主爆區(qū)總裝藥量雖然高達(dá)30t，但采用了孔內(nèi)延時(shí)，孔外微差爆破技術(shù)，僅通過(guò)4種不同段別雷管將整個(gè)爆破區(qū)進(jìn)行分段起爆，最大一次起爆藥量?jī)H為94kg，通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)波形圖分析，未發(fā)現(xiàn)兩振動(dòng)峰值重疊現(xiàn)象，從而達(dá)到了水下開(kāi)挖爆破高單耗低單響藥量控制要求，實(shí)測(cè)爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最大速度基本滿(mǎn)足周?chē)ㄖ锉瓢踩刂茦?biāo)準(zhǔn)20cm/s。由此證明孔內(nèi)延時(shí)，孔外微差爆破技術(shù)可通過(guò)控制單響藥量來(lái)達(dá)到保護(hù)爆破區(qū)周?chē)ㄖ锏陌踩康摹?    2）根據(jù)觀測(cè)爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最大速度與理論計(jì)算值相對(duì)照，表明預(yù)裂縫起到了有效降低爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作用，同時(shí)，先進(jìn)行預(yù)裂爆破，并進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反推爆破區(qū)巖石巖質(zhì)參數(shù)，對(duì)主爆區(qū)爆破參數(shù)、孔網(wǎng)參數(shù)的確定，是極為有利的。     3）通過(guò)對(duì)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可為后期圍堰拆除提供有效、真實(shí)的參考數(shù)據(jù)，從而保證圍堰拆除爆破設(shè)計(jì)做到實(shí)用、高效、易控制。對(duì)拆除爆堆形狀、飛石方向預(yù)估及重點(diǎn)防護(hù)部位的確定，均有良好的參考作用。