某抽水蓄能电站下库进/出水口预留岩坎爆破设计

韩立阳，张轶臣

某抽水蓄能电站下库进/出水口预留岩坎爆破设计

韩立阳，张轶臣

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

文中系统地介绍了某抽水蓄能电站下库进/出水口的爆破设计方案，包括预留岩坎的水下钻孔设计、爆破设计和对爆破过程中已建建筑物的防护设计。

设计；爆破；水下钻孔；防护；蓄能电站

某抽水蓄能电站位于辽宁省境内，枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等组成，下库利用已建的水库，上库位于水库库区左岸山沟内，站址距县城4 km。电站装机容量800 MW，4台机，单机容量200 MW，年平均发电量12.06×108kW·h，年平均抽水电量15.96×108kW·h。电站建成后在辽宁省电网中承担调峰、填谷、调频和紧急事故备用等任务。

1 蓄能电站枢纽工程概况

该电站的枢纽系统主要由上水库进/出水口、输水隧洞、地下厂房及下水库进/出水口组成。下水库进/出水口位于已建水库库区内，结构型式为竖井式进水口，共4孔，每个进/出水口设2扇固定拦污栅和一扇事故检修闸口，进/出水口底板高程为246.90 m。已建水库正常蓄水位为301.10 m，死水位为265.00 m，进/出水口位于水库正常蓄水位以下54.2 m。

2 下水库进/出水口施工导流概况

由于下水库进/出水口位于已建水库内，工程施工问题较为突出，经实测统计，已建水库最低运行水位为1971年2月的285.21 m，高于下库进/出水口底板高程（246.90 m），因此下水库进/出水口需在围堰保护下进行施工。在工程设计中比选了在水库内填筑深水围堰的导流方案和采用预留岩埂与混凝土围堰相结合的导流方案。经综合比选，最终选定采用预留岩坎给合混凝土围堰的施工导流方案。该导流方案的最大难点在于预留岩坎的水下爆破拆除。

3 预留岩坎爆破拆除设计

已建水库死水位为265.00 m，下库进/出水口底板高程为246.90 m，进/出水口前沿岩坎开挖高程为256.90 m，在确定的岩坎顶高程和围堰位置的条件下，预留岩坎前端预挖集渣坑底高程为240.90 m，深度为6.0 m，集渣坑底宽为18.4 m，集渣坑上开口边缘距下水库进/出水口前端距离为8.11 m。

设计岩坎拆除采用爆破方案进行拆除，为了尽量减小钻孔爆破拆除的难度，首先应对预留岩坎进行预拆除，预拆除分岩坎迎水侧和背水侧两部分，分别进行拆除。预拆除后岩坎长度为86 m，岩坎顶高程仍为293.50 m，高度为36.60 m，底高程为256.90 m，顶宽为4.5 m，底宽为44 m，迎水侧基本开挖至强风化下线，背水侧开挖边坡为1.00∶0.35，爆破拆除总方量约为89 216 m3（自然方）。考虑到岩坎爆破拆除方量较大，岩坎高度较高，水深较深，爆破难度很大，若采用常规的扇形孔爆破方案，钻孔深度加大，岩坎底部爆破效果差，不确定因素较多，将很难达到预期效果。

3.1 爆破方案设计

综合多次调研成果，设计中对岩坎采取分上、下两部分钻孔装药一次爆破拆除，上部20 m高岩坎利用4.5 m宽岩坎顶平面进行水上钻扇形孔（竖斜孔）爆破拆除，下部利用基坑内的干地条件钻水平缓倾孔爆破拆除。具体爆破设计方案如下。

上部岩坎高度20.0 m，顶宽4.5 m，底宽31.62 m，枯水期拆除利用4.5 m宽岩坎平台，采取水上钻扇形孔（竖斜孔），水上装药，扇形孔钻孔倾角52°～89°；下部岩坎高度为16.60 m，利用岩坎背水侧干地施工条件钻水平缓倾孔，孔深约为40 m，缓倾角角度为2.726°，采用PVC塑料套管辅助装药，上部、下部钻孔和装药施工同时进行，待爆破网络联接完毕后，采取毫秒微差控制爆破一次拆除。同时考虑为了减少岩坎爆破对岩坎两端山体的爆破震动破坏影响以及岩坎底部平台平整度的要求，设计将对最终岩坎两端和底部采取欲裂爆破，欲裂爆破应在主爆破之前实施。

预裂孔钻孔直径为φ60 mm，药卷直径约为30 mm，线装药密度约为300 g/m，钻孔间距为0.5 m；迎水侧水下预拆除岩坎爆破钻孔直径均为φ100 mm，药卷直径均采用70～80 mm，钻孔间排距为2.0 m；最终岩坎上部扇形孔爆破钻孔直径均为φ100 mm，药卷直径均采用70～80 mm，孔口孔距为2.0 m，排距为0.5 m，孔底间排距为2.0 m；最终岩坎下部水平缓倾孔爆破钻孔直径均为φ100 mm，药卷直径均采用70～80 mm，钻孔间排距为1.5 m。

爆破网路采用非电毫秒微差（塑料导爆管接力式起爆）接力网路起爆，炸药采用高性能乳化炸药。

3.2 水下钻孔设计

1）钻孔时段下水库运行水位分析

根据对已建下水库水位运行资料的分析，该水库历年各月平均水位最低为3月份，水位为293.13 m，4月份水位略有回升，水位为293.72 m，已高于预留岩坎顶高程293.50 m，为保证干地钻孔及下水库进/出水口的正常施工，在钻孔时段采取控制下水库水位的措施，控制下水库水位在岩坎爆破施工年1—6月的水位不高于293.00 m。上述措施将造成下水库产生一定的经济损失。

2）国内岩坎爆破钻孔情况

对于水上钻孔机具的选择，设计过程中调查了广州爆破工程有限公司广西西江航道疏浚工程施工现场。该工程为西江航道炸礁工程，炸礁采用钻爆船安装改装地质钻机进行水下钻孔。钻爆船为自制拼装浮船，船长43 m、宽15 m、型深2.8 m。钻爆船上共布置5台XAMS486空压机，船体一侧间隔2 m布置1台GY-2H地质钻机，共布置12台。经过对地质钻机钻头的改进，通过空压机为钻机提供动力，使钻机由回转钻进改为冲击钻进，极大地提高了钻机的工作效率。通过对现场施工人员的了解，改进后地质钻机钻进速度为5～6 m/h，日进尺可达到100 m。

3）水上钻孔设计

根据工程的实际情况，工程水下出渣主要包括四部分：其中I区为水下碎石混合土，II区为强风化岩石和部分弱风化岩石，III区为预留岩坎最终部分，IV区为干地预拆除部分。经分析工程的钻孔难点为II区部分，需采用水上钻孔，钻孔设计重点就针对该部分进行。爆破分区情况详见图1。

图1 下库进/出口拆除分区示意图

根据该水库下水库进/出水口施工现场条件，钻爆船采用可拆解的船体，由陆地运输至现场拼装，然后下水进行施工。所拼装的钻爆船：船长30.0 m，船宽10.5 m，型深2.2 m。电动锚绞车：6台×1.0 t；锚配备：锚0.5 t×6只，锚艇2台。钻机采用高风压潜孔钻机5台，空压机5台，风压17～21 kg/cm2，风量22～24 m3/min。

强风化岩石部分下爆破钻孔，按平均深度10 m计算，根据水下爆破的工艺流程及各环节特点，以及现场地质情况，现分析钻每一排孔各环节所需时间如下：测量定位时间（t1）为10 min；单孔钻进时间（t2）为120 min；下套管时间（t3）为20 min；装药时间（t4）为30 min；联线时间（t5）为10 min；不平衡钻孔时间（t6）为20 min；移船、警戒、抛锚、固定（t7）为50 min；单排孔的总时间（t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7）=260 min。每个工作日按2个台班（16 h），5台潜孔钻机，可完成钻孔数为15个钻孔。钻孔数为2 059个，水上钻孔、爆破完成时间为6个月。钻孔设备见表1。

表1 预留岩坎爆破钻孔设备表

4 预留岩坎爆破安全防护设计

1）已建的拦污栅闸墩及拦污栅的防护措施。采用规格20号B200×75×9的槽钢焊接后形成叠梁门框，内充填直径20 cm圆木或枋材形成叠梁门，固定于拦污栅和拦污栅启闭平台上防止爆破后的石渣进入尾水管内，同时保护已建成的工程设施不被破坏。叠梁门前悬挂旧橡胶轮胎，防止飞石撞击。

2）拦污栅启闭设备的防护措施。在高程315.00 m以上，采用高5.0 m的钢筋网，对拦污栅启闭设备等已建设施进行防护。

3）岩坎爆破堰内充水。为防止岩坎爆破产生的飞石对已建成的下库进/出水口其他工程设施产生破坏，爆破采用堰内预充水方案，采用DF⁃SG150-200/4/11离心泵6台，流量362 m3/h，扬程10.6 m，电机功率11 kW进行基坑充水。

4）水击波的防护措施。气泡帷幕可有效缓解震动波在水中传导，布置3组气泡帷幕，每组气泡帷幕由3根气泡帷幕发射管组成，间隔0.5 m布置。气泡帷幕发射管另一端连接21 m3空压机组，在水下爆破起爆前5 min，将空压机组全部打开，直接将空气注入到发射管，通过发射管上的小孔形成密集的气泡群，形成气泡帷幕。

5 结论

通过水下钻孔设计、爆破设计、防护设计，圆满地解决了水下预留岩坎的拆除，此次设计技术上合理，经济上可行，为水下岩石爆破方案设计提供了一下的参考。

TV73 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）12—0006—03

2017-07-27