乌弄龙水电站地下厂房尾水岩坎围堰拆除爆破

李汉涛，陈稳科，王 辉，刘俊杰，阮慧静

（中国葛洲坝集团第六工程有限公司，云南 昆明 650214）

乌龙弄水电站地下厂房尾水闸采用预留岩坎挡水再开挖基坑修建，尾水闸工程完工后拆除岩坎。该岩坎由于爆破临空面有限且距离尾水闸门很近，厂房在尾水闸门的防护下进行机组混凝土浇筑和机电设备安装施工，一旦岩坎爆破导致尾水闸门抬动或变形发生渗漏水，将给工程造成重大损失。

1 工程概况及爆破难点

1.1 工程概况

乌弄龙水电站地下厂房尾水闸出口位于大坝下游右岸，尾水出口围堰为枯水期围堰，采用“预留岩坎+混凝土子围堰”的型式；预留岩坎为尾水出口基坑开挖预留成型，顶部浇筑C25混凝土，帷幕灌浆防渗方式。围堰总长度约130 m，预留岩坎高程为1816 m，顶宽3.0 m，围堰迎水面边坡为原始边坡，背水面边坡坡比为1∶0.3；预留岩坎上浇筑混凝土子围堰至1818 m，其型式为重力式挡墙式混凝土围堰，顶宽为0.6 m，坡比为1∶0.6。其作用在枯水期围堰挡水，汛期围堰过水，利用尾水出口隧洞预留岩塞挡水。

每年12月至次年3月为稳定的退水期（枯水期），是尾水围堰拆除的黄金时段。2017年9月尾水出口闸室建筑物已全部施工完成，水下建筑物已验收，尾水检修闸门已下闸挡水，尾水出口围堰已具备拆除条件。根据工程节点工期要求，尾水出口围堰必须在2018年4月底完成爆破拆除。本次爆破属于拆除爆破A级爆破。

1.2 爆破难点

乌弄龙水电站地下厂房尾水岩坎围堰拆除爆破存在以下难点：

（1）爆区周边环境复杂，安全控制要求严。围堰拆除前尾水建筑物已修建完成，爆破施工前必须做好有效的安全防护，确保尾水闸、边坡混凝土及启闭机房、闸门等设施不受破坏。

（2）爆破成型要求高。预留岩坎采用一次爆除成型，底部不留残埂，断面要满足设计要求。

（3）爆破块度要求高。岩坎爆破后爆渣块度需满足水下清渣设备挖掘能力的要求。

（4）岩坎水下地形复杂，外侧边界不确定因素多。预留岩坎外侧为自然边坡，处于水下，加上水流湍急，水下地形难以测量，给岩坎爆破设计、施工带来很大困难。

（5）地质条件复杂，施工难度大。预留岩坎外侧表面往往风化严重，节理、裂隙发育，钻孔难免出现卡钻、坍孔等问题，施工难度大。

（6）爆破采用逐孔接力式起爆网路才能满足单响药量控制要求，因此网路连接复杂。

2 围堰爆破方案确定

综合考虑围堰的结构形式、爆区周边环境、拆除时段及堰内已充水、堰外有大量堆积石渣及澜沧江水位等因素，确定爆破方案如下：先对围堰揭顶，采用液压破碎锤拆除混凝土子围堰，然后预留岩坎主体采用自顶面向下钻发散孔，岩坎下游与尾水渫边坡结合处预裂爆破方法，塑料导爆管毫秒雷管延时接力爆破方案。围堰下游端最先形成缺口，爆渣尽量向堰外抛掷；然后自围堰下游至上游分段爆破，爆渣抛掷方向沿围堰轴线向下游方向抛掷，使爆渣抛掷方向避开闸门，并且便于机械清渣。尾水闸与尾水围堰相对位置见图1。

图1 尾水闸与尾水围堰相对位置

3 爆破设计

3.1 主爆孔参数选择

（1）钻孔直径。主爆破孔采用 CM351高风压钻机造孔，孔径为Φ100 mm。为防止塌孔，钻孔完成后孔内插入Φ90 mm的PVC管。

（2）钻孔布置形式。钻孔布置在岩坎顶面，为便于爆破网路联网，采用矩形布孔方式，自岩坎顶面向下发散状钻孔，岩坎典型横断面炮孔布置见图2。

图2 岩坎典型横断面炮孔布置

（3）钻孔精度控制。由于围堰形状不规则，所处位置与底部高程变化大，因此在钻孔过程中，严格控制钻孔角度、间排距，确保底部抵抗线在1.8 m范围内。

（4）炸药单耗。一般水下爆破，炸药单耗按下式计算：

式中：q1为基本炸药单耗，对于水下爆破，一般取值为陆地台阶爆破单耗的2倍，陆地爆破单耗0.5 kg/m3左右，对于水下垂直孔钻孔爆破再增加10%；本工程有破碎块最大粒径的要求，按块径40 cm计算基本炸药单耗为1.1 kg/m3；q2为爆区上方水压增量单耗，q2＝0.01h2，其中h2为自水面至开挖底部的水深（m）；q3为爆区覆盖层增量单耗，q3＝0.02h3，其中h3为覆盖层厚度（m）；q4为岩石膨胀增量单耗，q4＝0.03h，其中h为一次性钻爆的堰体段高度（m）。

参考云南沧澜江大朝山水电站尾水洞出口1号、2号岩埂拆除爆破经验，本工程爆区上方露出水面，垂直向水压增重的影响小，可不考虑，则h2=0；爆区上方无覆盖层，则h3=0；本工程待拆除岩坎最大梯段高度h为12.5 m；代入公式（1）计算可得q为1.475 kg/m3，取炸药单耗为1.5 kg/m3，并通过生产性试爆进行调整。

（5）孔网参数。采用Φ70 mm乳化炸药，其密度为1.05～1.35g/cm3，延米装药量Q为4.0 kg/m。炸药单耗q为1.5 kg/m3，炮孔负担的面积S=Q/q=4/1.5≈2.7 m2。布孔时孔排距a取1.5 m，顶部间距0.5～0.6 m，底部抵抗线W为1.8 m；为保证下游15 m开口段的爆破效果，拟增加一排爆破孔，底部抵抗线控制W为1.5 m。

（6）炮孔超深。按设计方案，岩坎须开挖至1805～1810 m高程。为避免欠挖，炮孔底部应超钻至设计开挖面以下，自背水面至迎水面方向的炮孔超钻深度逐渐加大，避免先响炮孔形成根底影响后响炮孔爆破效果。按最小超深0.6 m、最大超深2.0 m设计，岩坎由内至外炮孔超深依次为0.6 m、1.0 m、1.0 m、1.5 m、2 m。

（7）装药结构。岩坎横断面呈上窄下宽，主爆孔采用组合连续装药结构形式。炮孔上部密集系数大，采用Φ32 mm乳化炸药卷两节并绑竹片固定，延米装药量为2.0 kg/m，装药长度根据实际孔深确定；中部Φ32 mm乳化炸药卷三节并绑竹片固定，延米装药量为3 kg/m，装药长度2.0 m（孔深不足时，根据实际孔深确定）；底部装Φ70 mm的乳化药卷，延米装药量4.0 kg/m，装药长度根据实际孔深确定。装Φ32 mm炸药时，必须下竹片将药卷连续绑扎。每个炮孔的装药底部和上部各装2发MS15段非电雷管，主爆孔装药结构见图3。

图3 主爆孔装药结构

（8）堵塞长度。主爆孔堵塞长度L为2 m。

（9）装药量计量。按公式（2）计算装药量Q：

式中：q为单位炸药消耗量（kg/m3）；a为孔距（m）；W底为最小抵抗线（m）；L为台阶高度（m）。

对于孔内采用组合装药结构的炮孔，其单孔装药量为各段装药量之和：

式中：qi为单位炸药消耗量（kg/m3）；a为孔距（m）；Wi为各装药段底部抵抗线长度（m）；Li为各装药段长度（m）。

由于孔深或装药深度不同，各孔的装药量不一致，最大单孔装药量为49 kg。

3.2 预裂孔参数选择

预裂孔钻孔倾向与尾水闸出口边坡开挖坡比一致，都为1∶0.3，距离前排开挖主爆孔2.0 m。预裂孔倾角α为73°，孔径90 mm，孔距0.8 m，线装药密度300～400 g/m，孔底1.0 m处加强装药，孔口堵塞长度为0.8 m，采用导爆索将Φ32 mm药卷绑扎在毛竹片上成串状的不耦合间隔装药结构。

3.3 起爆网路设计

该岩坎围堰爆破采用先在下游端爆破形成缺口，剩余堰体沿围堰轴线朝向缺口方向分区段依次拆除，每一堰体段采用逐孔接力起爆的爆破拆除方式，保证最大一段起爆药量不超过允许的单响药量，使爆破振动控制在允许范围内。

起爆网路联接的具体设计方案：

（1）孔内装 MS15（860 ms）塑料导爆管雷管，每孔装两个起爆体，单个起爆体装2发MS15塑料导爆管雷管；当单孔装药量超过49 kg时，孔内分两段起爆，上下起爆体仍装2发MS15塑料导爆管雷管，然后在孔口将后爆雷管的导爆管再串接 MS2（25 ms）或 MS3（50 ms）低段位塑料导爆管雷管，实现孔内分段的目的。

（2）孔间延时采用MS2塑料导爆管雷管，局部采用MS3塑料导爆管雷管。

（3）排间延时采用 MS5（110 ms）塑料导爆管雷管。整个网路连接完毕，最后绑扎两发电雷管，用导线引至起爆站，用高能起爆器起爆。

爆破起爆网路详见图4。

图4 爆破起爆网路

4 爆破安全控制与防护

根据爆区周边环境情况，近区尾水交通洞、尾水闸墩混凝土、边坡以及尾水闸门等距岩坎距离较近，存在爆破振动和水击波的影响问题，因此，本工程重点考虑爆破振动、水击波和爆破飞石的危害。无论爆破振动还是水击波的控制，控制爆破单响药量是最根本的措施。

4.1 爆破振动控制与防护

根据GB 6722－2014《爆破安全规程》的规定，参考类似水利水电爆破工程的实践经验，本工程采用的爆破振动安全允许标准为：尾水检修闸门5 cm/s、尾水启闭机排架4.5 cm/s，尾水闸钢筋混凝土15 cm/s。根据经验公式计算质点振动速度v：

式中：v为质点振动速度（cm/s）；K、α分别为与爆区地形、地质有关的系数和衰减系数，参照类似工程取K为130，α为1.7；R为保护对象到爆区中心的距离（m）；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量 （kg）。

爆区中心距离尾水检修闸门最近点约30.14 m，距离尾水启闭机排架最近点约26.99 m，距离尾水闸墩混凝土最近点约20 m。当最大单响药量为49 kg时，爆破振动对重点保护的建（构）筑物及设施、设备的影响验算如下：

对尾水检修闸门：

对尾水启闭机排架：

对尾水闸混凝土：

爆破振动的防护措施包括：

（1）合理确定保护物的抗振标准。设计中参考类似水工围堰的爆破拆除工程经验，根据工程类比合理确定保护物抗振标准。

（2）合理确定单响药量。通过现场爆破试验确定K、α值，从而确定合理的单响药量。

（3）在主爆孔孔底设缓冲垫层、岩坎下游端与边坡设预裂孔以及采用逐孔延时爆破技术，可进一步减缓爆破振动对建（构）筑物的影响。

4.2 水击波控制与防护

水击波压力计算公式为：

式中：Pm为水中冲击波压力峰值（×10－1MPa）；Q为乳化炸药单响最大药量，取值为49 kg；R为距爆源的距离，取值为30.14 m。

经计算，Pm为0.18 MPa，小于类似工程钢闸门水击波允许峰值压力0.4 MPa，满足安全要求。为确保尾水检修闸门等保护对象的安全，进一步强化削减水击波有害效应的相关措施，在闸门前3 m区域设置两道气泡帷幕，帷幕间隔1.0 m。在尾水闸出口两侧及底部布置用镀锌钢管制作的输气管道，镀锌钢管上钻设了两排密集的直径1.5 mm的排气孔，镀锌钢管之间采用高压胶管连接，整条输气管道两端口与空压机连接，通过空压机向输气管道中送入压缩空气在水中形成气泡帷幕。镀锌钢管加工及连接方法见图5。

图5 镀锌钢管加工及连接方法

4.3 爆破飞石控制与防护

飞石也是本次爆破引起的主要有害效应，必须严格控制装药量、堵塞长度及质量。爆破飞石控制的主要防护对象是尾水检修闸门、启闭机排架、钢丝绳、尾水闸混凝土等，主要采用遮挡措施进行防护，尤其是闸门需要严加防护，防护的基本方法包括：

（1）做好主动防护：对爆区表面采用砂袋进行覆盖。

（2）启闭机防护：主要采用搭设钢管排架，覆盖竹跳板封闭防护。

（3）钢丝绳防护：主要采用外裹柔性材料或钢管排架遮挡的方式防护。

（4）尾水检修闸门防护：闸门位于水下，主要采用增加炮孔特别是围堰内侧炮孔堵塞长度、控制爆破抛掷方向等防止爆破飞石直接冲击闸门。

5 结语

乌弄龙水电站尾水预留岩坎围堰于2018年3月25日下午实施了下游段15m长开口爆破，剩余围堰段分成三段先后三次爆破拆除，块度粒径≤40 cm的爆渣体积达到90%以上，现场爆破振动监测尾水检修闸门的质点振动速度为3.1 cm/s，小于钢闸门允许质点振速5.0 cm/s，闸门前设置的气泡帷幕效果良好，爆破水击波、爆破飞石等均在安全控制范围内，爆破对周围建筑物未造成不利影响。尾水预留岩坎围堰爆破拆除取得了预期的成效，实践检验了爆破设计的合理性和可靠性。