唐家山堰塞湖左岸泄洪洞工程进水口岩埂拆除工程控制爆破方案浅析

颜其才 刘蒙 陈昊

【摘要】随着社会经济的不断发展，科学技术不断进步，人类处置自然灾害的方法也日渐增多。唐家山堰塞湖是世人关注的重大灾后治理项目，是人类利用科学技术战胜自然灾害的成功典范，本文浅述了唐家山堰塞湖左岸泄洪洞岩埂爆破拆除的技术方案，对水下爆破进行了一定的分析研究，其研究成果对后期处置类似工程问题具有一定的借鉴意义。

【关键词】 唐家山堰塞湖 水下爆破 岩埂拆除

[ Abstract ] with the development of social economy, the science and technology progress, human handling approaches to natural disasters is increasing. Tang Jiashan lake is the world attention important disaster control projects, is the use of science and technology to overcome natural disasters, a successful model, this paper introduces the Tangjiashan lake of left bank spillway Hongdong rock ridge in blasting demolition of the technical scheme, the underwater blasting was studied, the results of their research to later similar engineering problems can be disposed of draw lessons from a meaning.

[ Key words ] Tang Jiashan Lake underwater blasting rock ridge demolition

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

一、项目由来

2008年5月12日14时28分，汶川大地震发生。唐家山堰塞湖是汶川大地震113座堰塞湖中唯一的一座极高危级堰塞湖，位于北川县城曲山镇，涪江支流通口河上游湔江河河段上。

唐家山堰塞坝原貌（从下游往上游照）

唐家山堰塞坝横河方向长612m，顺河方向长803m，坝高82～124m，体积2037万m3，上游集雨面积3550km2，最大可蓄水量3.16亿m3，其下游有四川省第二大城市绵阳等重要城市，有运输大动脉宝成铁路、能源大通道兰成渝成品油输油管道等重要基础设施。“悬湖”之水严重威胁着下游绵阳、遂宁130多万人民的生命和沿途重要基础设施的安全。经过应急处置在2008年6月22日成功泄流。

由于唐家山堰塞体右岸存在大水沟滑坡体和大量松动坡积物，爆发泥石流的可能性很大，受到自然条件和施工手段限制，泥石流难以及时清除，再次堵塞泄流明渠形成新堰塞体的可能性是存在的。在左岸布置可宣泄汛期平均流量（138m3/s）的泄洪洞，以延缓泄流明渠遭遇泥石流后库区水位上涨速度，降低因库水位迅速壅高可能造成突然溃坝的风险，提高上游库区堤防防洪能力并为防洪抢险转移群众赢得时间；同时，泄洪洞的泄流能力，可以满足在泥石流再次堵塞泄流明渠的情况下，将库区水位下泄至705m（低于泄流明渠进口底板高程712m），为疏浚清理泄流明渠淤塞物提供干地施工条件的要求；经专家们的论证，在唐家山后期治理方案中设计了唐家山堰塞湖左岸泄洪洞工程。

二、工程概况

唐家山堰塞湖泄洪洞工程位于在唐家山堰塞湖左岸，堰塞湖湖口经综合整治后，泄流明渠底高程为712.00m，渠宽约130m，目前堰塞湖水位在非主汛流情况下基本维持在712.30m左右。泄洪洞工程采用城门洞型结构，全洞长489.397m，泄洪洞进口底板高程为703.0m，出口底板高程为695.0m，底坡比降i＝0.018，采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.5m。在进口处半明半暗式闸室内设检修闸门及工作闸门各一道，闸门尺寸均为3.5m×4.0m（宽×高），工作闸门，工作平台高程726.0m，启闭机操作平台高程732.50m,闸门顶拱高程735.70m。出口明渠为梯形断面，0+488.109m—0+508.109m段的底板为平底，底高程为695.00m，0+488.109m处明渠底宽为3.50m，向下游底宽逐渐增大，扩散角度为6.50，至0+508.109m处底宽为7.97m。该段明渠采用C25钢筋混凝土衬护，衬厚0.6m，两边坡比为1：0.75。

爆破前唐家山堰塞湖泄洪洞工程目前土建工程基本完成，金属结构安装工程即将完工，按照泄洪洞进口设计文件，需要对进水口的岩埂工程进行拆除。岩埂顶面高程717.0m，湖水面高程712.0m以下岩埂位于唐家山堰塞湖水下，之前未对水下地形情况进行勘察，从施工现场揭示地质表明，进水口地质主要为V类岩体，边坡岩体为强风化、强卸荷岩层，闸室后坡有部分岩体为崩坡堆积体，施工过程中又在此大量弃渣，岩埂水下爆破拆除难度较大。泄洪洞进口平面如下：

三、地质条件

需实施拆除岩埂为前期泄洪洞施工进口预留岩体，经帷幕灌浆处理后做临时挡水围堰，洞内各工序已完工后，拆除岩埂过水，以发挥泄洪洞泄洪功效。

岩埂的汛期顶高程717m，枯期顶高程713m，基槽底高程702m。明渠段开挖后，岩埂顶部宽度约3—5m，底部宽度约15m（枯期1:1坡比估算）；岩埂长度约18m。汛期水位高程714.5m，枯期水位高程712.5m。

爆破工作应在低水位时段择机施工，实施前应清除表面浮渣，具备在岩面进行钻爆施工的条件。水下爆破深度12—15m。岩埂距闸墩最近距离为12-15.0m，距闸墩最近，在爆破时需要对闸墩及闸门进行防护。

岩埂岩性为灰黑色-中厚状长石云母粉砂岩、硅质板岩为主，加薄—极层泥灰岩、泥岩岩块强度总体以坚硬为主，岩层总体产状N600~N800E/NW∠350—450。

四、控制爆破拆除方法

鉴于工程的特殊性，宜在枯期实施爆破拆除作业。由于堰塞湖库容较大，原则上采用一次性爆破拆除。在一次性爆破前，利用小药量爆破将岩埂顶高程降至水面高程以上0.5m，同时尽可能削减岩埂厚度。

（一）方案一按照设计开口线进行拆除

实施爆破作业前，需先进行物探、超声波及其他各种有效手段查清水下地形地貌，土石分界线等基本情况。通过现场爆破试验获取相关爆破参数，对边坡进行锚杆锚索及灌浆加固处理。基槽开挖边界采用预裂爆破技术，阻断拆除爆破震动对保留岩体的破坏，尽量减小对后期边坡的危害。

原则上采用松动与弱松动爆破及水压爆破相结合的方式，加大钻孔密度，力求药量均匀分布以避免岩渣大块率。加大前后区块起爆段差，以使岩渣尽量多进入堰塞湖内。由于岩埂离闸室距离太近，除严格控制好药量外，防护是爆破非常关键的环节，使用适宜材料防护，避免爆破飞石对闸室的直接破坏。

钻孔机械：潜孔钻孔径：80—100mm；孔深：12—16m；孔距50—80cm；排距40—60cm。

依据边坡地形作放射状钻孔，靠近闸室部分适度加大布孔密度，适度减小单位耗药量。采用较大不耦合装药，利用水压进行爆破，既能减少飞石危害，又能获得满意的破碎效果。

爆破网络及起爆顺序：整个爆破按大的起爆顺序分三个区块。第一序为两侧端头及底部的预裂爆破，第二序为岩埂主体临湖面部分，最后起爆岩埂临闸室部分。

（二）方案二将设计开口线向上游偏移拆除

采用将爆破拆除口向上游偏移，与洞轴线成118度的夹角；这样可减缓爆破冲击波对闸室的直接冲击，同时为爆破后清渣留出了场地。爆破采用先在撤除边界打防震孔，再按光面爆破的原理进行爆破，以减少爆破对山体及闸室的影响。示意图如下：

（三）方案三

该方案是在方案二的基础上，为进一步减少爆破总用量，以减少爆破冲击波对闸室和山体的影响。采用先在撤除边界打防震孔，微差挤压爆破；分四区进行分序进行。示意图如下：

钻孔机械：潜孔钻孔径：80—100mm；孔深：12—16m;

孔距：50—70cm；排距：40—60cm。

依据边坡地形作放射状钻孔，靠近闸室部分适度加大布孔密度，适度减小单位耗药量。采用较大不耦合装药，利用水压进行爆破，既能减少飞石危害，又能获得满意的破碎效果。

五、安全药量计算

最大安全药量按下式计算

Q=R3﹙V/K﹚3/a

式中：

Q—最大单段起爆药量(kg)，

R—爆破震动安全距离(m)；

V—建筑物允许的振动速度(cm／s)；

K、a—爆破点至被保护对象间地形、地质条件有关的系数和衰减指数，a =1.5—1.8，K=50-350。

具体K、a值需在实施爆破作业前，通过进行现场实地爆破实验测试获得

岩石乳化炸药性能表

确定石方明挖钻爆参数表

爆破方量约900方，预计耗用1.5T。

六、爆破防护措施

（一）预裂减震缝

预裂减震缝布置在岩埂底部及左右两侧端头。预裂孔深18m，孔距0.5m，孔径100mm，药卷直径32mm，按照线装药量180—250g／m，采用不耦合间隔装药单孔起爆。岩埂拆除施工首先施工预裂孔，预裂减震效应按照40—60％估算。

（二）分区、分层爆破

将爆破区临湖面采用深孔垂直布孔，临闸室面采用风钻水平分层布孔在保证爆破效果和安全防护的条件下，降低单孔炸药使用量，采用逐孔起爆减小爆破单段药量，从而有效的减小爆破震动对建筑物的影响。

（三）气泡帷幕

为了防止爆破产生的水中冲击波对附近设施造成危害，并可在一定程度上改善爆破效果，采用高密度气泡帷幕进行防护。本工程拟布置四、五组密集气泡帷幕，布置爆破点和重要设施之间的位置，气泡帷幕长度50m，每组帷幕由100—120根气泡帷幕发射管组成，间隔40cm布置。气泡帷幕滤波系数按照40—60％计算。

（四）其他防护

爆破飞石是控制爆破工作的主要有害效应之一，为防止爆破飞石对建筑设施的直接破坏，分别对岩埂、闸门、闸墩及附近相关设施采用堆放沙袋、悬挂竹跳板等防护措施。

（五）合理孔网参数及最大药量控制

综合考虑闸门、闸墩等因素安全允许振速取值为5cm／s，按此标准计算出各层爆破最大允许起爆药量后，通过科学合理的搭配雷管段数，调整钻爆网络，孔内微差与孔外延相结合等方式，严格有效控制最大药量，确保建筑物的安全。

（六）爆破安全监测

爆破时，实施爆破震动检测、闸门变形监测采用电子应变片对爆破振动监测和水中冲击波压力峰值监测。

通过技术方案研究和经济可靠分析，最后选定采用方案二进行爆破施工。经过4个小时的紧张前期工作准备，完成了1.6吨炸药的布设任务。爆破专家再次深入现场检查，在确认完成达到设计要求后同意实施爆破。伴随着“轰”的一声巨响，进水口岩埂拆除爆破成功，共清除了1000m3左右的岩埂，在泄洪洞进水口形成了一条上部宽18m、下部宽8 m，深度约达10 m的泄流通道。岩埂拆除爆破效果十分明显，金属结构设备安全，达到了预期目标。