岩塞爆破技术在湖漫水库新建放水隧洞中的应用

林中玲,孙昌友,戚会华

(1.温岭市水利局,浙江 温岭 317500;2.浙江省正邦水电建设有限公司,浙江 杭州 310051)

1 工程概况

湖漫水库位于温岭市城东街道肖溪村境内,距市区8 km,是一座以供水、防洪为主,结合灌溉、发电、养鱼综合利用的中型水库。水库集雨面积32.48 km2,总库容为3503.57万m3,相应水位22.80 m(85国家高程基准,下同),正常库容2671万m3,相应水位20.50 m。由于水库存在坝下涵洞接触渗流隐患、涵洞启闭设施损坏、溢洪道不配套以及大坝下游坝脚排水设施失效影响大坝安全等问题,2003年安全鉴定时被确定为二类坝。为了消除坝下涵洞的安全隐患,根据水库大坝两侧地形地质情况,确定在大坝左岸新建放水隧洞。新建放水隧洞长212.5m,洞径2.2m,进口底高程5.23 m,出口底高程2.60 m。因湖漫水库担负温岭市区供水任务,也是市区的惟一水源,新建隧洞施工只能在水库蓄水情况下进行,为此打通隧洞的最后一炮(洞进口)确定采用岩塞爆破技术。

2 岩塞段施工设计要点

2.1 岩塞段长度和断面尺寸确定

根据地质勘探成果,进水口(岩塞段)位置岩石裸露,为灰色流纹凝灰岩,弱风化带厚度2.0～5.74 m,覆盖层薄,工程地质条件较好。

本工程岩塞断面面积参照类似工程,设计取岩塞断面型式为圆型,直径为2.2 m,断面面积为3.8 m2,岩塞设计厚度取3.98 m(不计覆盖层)。

2.2 岩塞爆破设计

2.2.1 钻孔设计

岩塞爆破采用钻孔爆破,根据以往岩塞爆破设计和施工实践,采用在岩塞中部布置揭顶掏槽孔,用以爆通岩塞中部岩石,形成上下的开口;岩塞周边轮廓线设置预裂孔,以成型和减震,维护围岩稳定;在预裂孔和揭顶掏槽孔之间设置主炮眼即内扩大孔,其作用炸除岩塞内石方,以形成岩塞过水断面。

2.2.2 钻孔爆破设计

钻孔爆破设计参数见表1。

表1 湖漫水库新建放水隧洞钻孔爆破设计参数表

岩塞横剖面钻孔布置见图1。

图1 岩塞横剖面钻孔布置图

注:1.扩大孔:5-4、5-5、5-6孔深为4.5 m,其余均为3.5 m

2.预裂孔:1-1孔深为4.5 m,1-2、6-2孔深均为4.3 m,1-3、6-1孔深均为 3.9 m,1-4～1-8、2-1～2-8孔深均为3.5 m,6-3孔深为4.7 m,6-4～6-6孔深均为4.8 m。

岩塞纵剖面钻孔布置图见图2。

图2 岩塞纵剖面钻孔布置图

2.3 岩塞爆破石渣处理方案确定

岩塞爆破石渣的处理采用集与泄相结合的方法,即在岩塞段后面紧接集渣坑,集渣坑设计见图3。将岩塞段爆破后的石块和石渣绝大部分收集在集渣坑内,小部分石渣随下泄的水流冲出隧洞至消力池或尾水渠内。

图3 集渣坑设计图

2.4 岩塞爆破电爆网络设计

本工程钻孔爆破的起爆程序为:预裂孔、揭顶掏槽孔、扩大孔,共分3响。毫秒爆破起爆时间分别为:0,25,50 ms。揭顶掏槽孔共5个孔,分2个支路 (主、辅);预裂孔共22个孔,分3个支路;扩大孔共8个孔,分1个支路。每个孔均为并联毫秒电雷管,详见图4。

图4 爆破网络图

3 岩塞段施工

根据隧洞设计图纸,对隧洞轴线进行放样,确定隧洞进口位置,并对隧洞进口地形进行详细测量,摸清隧洞进口地形情况。

根据测量,当隧洞开挖至岩塞爆破段后,在洞的顶、中、底部位置将岩塞段钻通,一是探明岩塞段实际厚度,进一步验证测量成果的正确性,二是进一步探明岩塞段的地质情况,钻通后及时灌浆堵塞或用插入头部带有球阀的PVC管堵塞。

岩塞爆破钻孔实施 。钻孔的施工顺序依次是揭顶掏槽孔、内扩大孔、外扩大孔、预裂孔及底孔。根据钻孔布置进行放样,以岩塞中心线为圆心,分别以25,65,110 cm为半径画出揭顶掏槽圆、内扩大圆、预裂孔圆,再以各圆的中心夹角分别为90,45,15°(18°)布置各孔的位置。岩塞中心线与水平面的夹角为30°。中心揭顶掏槽孔必须严格控制,它是各孔施工的标杆和参照点,设计钻孔深度为3.5 m。中心孔打好后用炮棍或钢筋固定好,引出一定长度,以作为其它钻孔时的方向参照点。

施工时注意事项及技术要求:

(1)控制岩塞厚度。岩塞爆破是在水下预留一定厚度的岩塞中施工的,在接近岩塞部位时,要注意控制开挖量,确保预留的岩塞厚度,这对确保岩塞部位安全施工十分重要。

(2)精心安排施工。为确保爆通成型,施工中要严格按设计确定的钻孔位置和药量精心施工。岩塞厚度确定后,对于已确定的贯通孔,应注意掌握堵漏的机遇和时间,做好堵漏工作。

(3)爆破安全工作。①为了安全准爆,应做好炸药 、雷管、导爆索检查和各项试验工作。毫秒电雷管、导爆索、2#岩石乳化炸药等火工材料进洞之前必须严格检查,检查其质量及有效期是否符合设计要求,是否符合爆破安全规程规定,同时在现场要抽样实测毫秒电雷管电阻、雷管延时、最大安全电流、导爆索炸速、炸药炸速,以验证其质量是否符合要求。千万要注意杜绝雷管混段;②爆破前应根据电爆网络图,按1∶1在洞外安全场地做好整体爆破网络试验,来验证电爆网络能否满足要求;③爆破材料进洞前,应切断洞内电源,照明用绝缘手电筒,场地照明用36 V低压探照灯,但灯体、电线等要绝缘,灯体距爆破材料堆放距离要大于50 m。爆破电源设专用闸刀,闸刀开关要安装指示灯,电压要保证220 V;④装药和起爆网络完成后,设专人看管,设专人对电阻进行测定,做好记录,发现不正常情况及时向设计人员报告,及时处理;⑤当网络电阻正常时,经批准方能进行起爆网络的联接工作。网络联接工作按编号由爆源向电源方向逐次连接,接头用砂纸擦光拧紧,以减少接触电阻。各支路电阻要平衡,单个雷管的起爆电流要大于4A。经批准起爆前20 min可将母线与电源闸刀联接,等待起爆命令合闸。

4 岩塞爆破效果评价

湖漫水库新建隧洞工程岩塞爆破于2008年9月28日完成。岩塞爆破完成钻孔总深度134 m,共用炸药136.6 kg。

岩塞爆破完成后,经专业潜水队潜水探摸和检查:岩塞段 (洞深4.0 m)断面符合设计要求,洞壁较完整,而且爆破未对水工建筑物及大坝造成任何影响。

5 结 语

岩塞爆破技术,比较适宜在水库无法放空水的情况下新建放水隧洞中的应用,既经济又合理。若采用常规围堰方式施工,则投资需增加近300万元,围堰拆除增加工期2个月,且拆除围堰时有可能对水库水质带来污染。当然这项技术比较专业,技术、安全要求比较高,一旦岩塞爆破失败,则采用水下爆破方式处理较复杂。因此使用时必须结合实际情况,严把设计审查关,严把施工质量、安全关。