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实例长江三峡水利枢纽三期上游 碾压混凝土围堰拆除爆破

川渝拆除17713551981

(中国三峡总公司,长江水利委员会长江科学院,长江水利委员会长江设计院等)

1)工程概况

(1)拆除范围及拆除工程

长江三峡工程三期上游碾压围堰是三峡水利枢纽工程重要的临时挡水建筑物,它和下游土石围堰与纵向混凝土围堰共同形成的三期基坑,为右岸厂房坝段及电站厂房干地施工创造了条件,保证了三期工程的安全施工。三峡三期上游围堰拆除范围包括如下

①右岸5号堰块:长40m,拆除至高程110m。

②河床段6~15号堰块:长380m,拆除至高程110m

③左连接段:长60m,拆除至高程110m,其中与纵堰交界处拆除至纵堰内坡面总拆除工程量为18.6万m3。

2)三期上游碾压混凝土围堰的布置与结构特性期上游碾压混凝土围堰平行于大坝布置,横向围堰轴线位于大坝轴线上游114m,其右侧与右岸白岩尖山体相接,左侧与混凝土纵向围堰上纵堰内段相连。横向围堰轴线总长546.5m,从右至左分为右岸坡段(2~5号堰块,长106.5m)、河床段(6~15号堰块,长380m)和左接头段(长60m)。

三期碾压混凝土围堰为重力式结构形式。堰顶宽度8m,堰体最大高度121m。迎水面高程70m以上为垂直坡,高程70m以下为1:0.3的边坡;背水面高程130m以上为垂直坡,高程130~50m为1:0.75的台阶边坡,其下为平台。

河床段6~15号堰块在相邻堰块间设结构横缝,不设纵缝。堰体施工时预留了倾倒爆破药室和断裂孔,具体布置为:在高程108.7m、离上游面2.2m处预埋1号药室;在高程101.5m、离上游面6.0m处预埋2号药室;在高程106.4m、离装药廊道下游面3.5m处预埋3号药室;在装药麻道下游侧堰体内高程109.7m处预埋一排断裂孔。堰体内设两排排水孔,上游排水孔中心线位于围堰轴线上游3.0~3.5m,在堰体高程107.5m爆破廊道和堰顶施钻;后期在7号堰块左半块~15号堰块髙程107.5m廊道距下游壁50cm处加设一排排水孔,与上游排水孔呈梅花形布置。排水孔孔距3m,孔径10mm,通至基础廊道。

2)围堰拆除爆破方案

(1)总体方案

根据围堰结构特点和堰前水下地形,经充分论证,三峡RCC围堰拆除爆破方案为:河床段7~15号堰块)釆用倾倒爆破,右岸坡段5号堰块和左岸连接段采用钻孔爆破方案,6号堰块采用倾倒与钻孔相结合的方案。倾倒爆破部分利用修建围堰时预留的药室和炮孔进行装药,在6~15号堰块共预埋药室354个,其中1号药室178个,2号药室78个,3号药室98个;1号、2号、3号单个药室设计装药量分别为60kg、690kg、160kg。在高程109.7m处预埋有376个断裂孔。

(2)深孔爆破设计

①基本设计原则

(a)钻孔孔径

堰顶钻孔采用潜孔钻机或地质钻,孔径10mm;堰后坡面上采用快速钻钻孔,孔径中100mm;边角部位部分浅孔采用手风钻钻孔,孔径2mm。垂直预裂或光爆孔采用地质钻钻孔,孔径91mm。

(b)钻孔孔深

爆破方量相对集中在堰体上游,爆渣主要向上游拋掷,故上游孔比下游孔孔底高程低,以避免留根;考虑预裂成形,上部垂直孔孔底距预裂面0.5m左右。根据不同的孔排距、孔深确定超深为1.0~1.5m。

(c)钻孔孔斜为方便施工及保证施工精度,主爆孔均布置为垂直孔。另根据需要布置水平预裂孔。

(d)单位炸药消耗量

水面以上部分钻孔单耗按0.4kg/m3计算;水面以下部分孔内按不同水深分段计算单耗计算公式为

q=0.9+0.01H1+0.03H2

(17-5)

式中:H1计算水深,m;

计算台阶高度,m。

②钻爆参数设计

(a)左连接段钻孔参数设计

主爆孔主要釆用垂直孔,梅花形布孔。从上游至下游共布置11排主爆孔:第1~3排炮孔布置在堰顶,孔径阻10mm;第4~11排炮孔布置在堰后斜坡面上,孔径∮00mm第1~3排炮孔的孔网参数为3.0m×2.0m;第4排炮孔的孔网参数为3.0m×2.3m(受堰后直立面限制,留出30cm的钻机布置空间);第5排炮孔的孔网参数为3.0m×2.0m;第611排炮孔的孔网参数为2.0m×1.5m。局部浅孔采用手风钻钻孔,孔径2mm。为便于溜渣,上游6排孔孔底连线呈55°下倾角。

主爆孔孔底高程距保留面或预裂面0.5m。典型横断面上主炮孔孔深45.8~4.4m

(b)6号堰块钻爆参数设计

6号堰块由于倾倒后水下空间不够,故除了下部预留药室(孔)装药外,仍需在上部设辅助深孔破碎倾倒部分堰体。从上游至下游共布置11排主爆孔。因下部有药室和预埋水平断裂孔的清底,不再设其他辅助孔。主爆孔孔底高程距1号药室上破裂面、装药廊道顶和水平断裂面1.5m。典型横断面上主炮孔孔深28.5~3.7m。

(c)5号堰块钻爆参数设计

主爆孔平面布孔原则及形式同左连接段,从上游至下游共布置13排主爆孔。其中为减小主爆孔对光爆孔的影响,第1、3、5排最冇端主爆孔孔距调整为2.5m,距光爆面距离1.5m;第7、9、11、13排最右端主爆孔距光爆面距离1.0m。

5号堰块堰前水下地形狭窄,容渣空间有限,此乃与左连接段的最大不同特点是本堰段不设溜渣坡,相应也不设高程110m水平预裂孔。

(3)倾倒爆破设计

①药室布置

1号药室位置:高程108.7m、离上游面2.2m;2号药室位置:高程101.5m、离上游面6.0m;3号药室位置:高程106.4m、离上游面10.5m;在装药廊道下游侧堰体内高程109.7m处预埋一排断裂孔。各类药室及孔的清查量见表17-3。

预埋药室及孔清查数量统计表 表17-3

预埋药室及孔清查数量统计表 表17-3

②爆破参数设计

(a)预埋药室爆破参数设计标准抛掷单耗计算公式为:

K=0.4+(0/2450)(17-6)

式中:P爆破介质密度,kg/m

药室药量计算公式为:

Q=ekd(K+ hca)wsf(n)(17-7)

式中:e炸药换算系数;K

双向作用系数

K—水上标准抛掷单耗,kg/m3

H水深,m

水深影响系数

W——最小抵抗线,m;

f(n)爆破作用指数函数。

f(n)=0.4+0.6n23

式中:n-爆破作用指数。

各药室计算结果见表17-4。

各药室计算表 表17-4

各药室计算表 表17-4

(b)切割孔爆破参数设计

根据模型试验成果,需将6~15号堰块分割成单个堰块依次倾倒,以减小整体倾倒带来的塌落振动。在6~14号堰块间每个横缝面布置1列切割孔,每列23个孔,共布置8列,计184个孔。切割孔的孔径为91mm,孔距为0.85~0.9m。切割孔孔底距断裂孔正常装药段的距离为1m,即该部位的切割孔孔底高程为110.7m,其余部位的切割孔孔底高程为111.5m。

(c)断裂孔爆破参数设计

断裂孔线装药密度为1.5kg/m。其底部3m加强装药,线装药密度为6.0kg/m,同时为防止相邻段发生殉爆,相邻段的断裂孔底部线装药密度调整为2.0kg/m。

(4)总体爆破网路设计

①网路组成整个爆区爆破网路由三个子网路组成:

(a)左连接段深孔爆破网路;

(b)15~6号堰块倾倒爆破网路;

(c)6~5号深孔爆破网路。

三个子网路最终汇成一个总起爆网路。

②起爆次序

总起爆网路中三个子网路的起爆次序为:左连接段深孔爆破网路∽15~6号堰块倾倒爆破网路>6~5号堰块深孔爆破网路。其中左连接段先爆是为了给15号堰块倾倒解除侧向约束。各子网路内部起爆次序从略。

③雷管选择

所有炮孔及预埋药室均采用数码雷管,数码雷管延时可在0~15000ms范围内按要求设置。每个药室(1号、2号、3号预埋药室)及深孔均装2发数码雷管,其余孔装1发数码雷管。

相邻的1号、2号、3号药室段间以及断裂孔段间、切割孔段间时差均为68ms。2号药室迟后于相邻的1号药室间的时差为765ms;3号药室迟后于相邻的2号药室间的时差为357ms;断裂孔迟后于相邻的3号药室间的时差为17ms。排水孔及补钻孔在前方2号药室之后9ms起爆。倾倒爆破堰段最大单段起爆药量690kg。两端深孔部分的段间时差为8~9ms。

左连接段最大单段起爆药量475kg,右岸5号堰块和6号堰块深孔爆破部分最大单段起爆药量407kg。整个爆破网路总延时12840ms、总段数971段。

3)爆破安全防护措施

(1)爆破时对爆区附近如大坝坝体、电站厂房、主控室机电设备、电站进水口钢闸门、大坝基础帷幕灌浆区、闸门起闭机、右岸髙架桥、附近高架施工设备等主要保护对象都要采取严格的防护措施,对爆破振动、爆破水击波(动水压力)爆破涌浪和堰体倾倒触地塌落振动、围堰上部结构上抬后回落冲击振动、爆破飞石、空气冲击波和噪声进行安全复核。

(2)爆破振动的控制措施包括:严格控制爆破单响药量,釆用先进的数码雷管,对爆破段与段之间的延期时间进行精确控制,该次爆破共用数码雷管2506发,在国内首次将数码雷管用于爆破工程实践中。

(3)爆破冲击波的控制措施,除严格控制爆破单响药量、加强堵塞质量、对裸露在水中的导爆索进行覆盖外,还在大坝前布设了一道气泡帷幕,削减水击波的危害,从而确保大坝、闸门等构筑物的安全。

(4)为减小堰块触地产生的振动,以每一个堰块作为倾倒单元(其中15号、14号堰块为个倾倒单元),并在每一个堰块分界处布置一排切割孔,共布置8列切割缝

4)技术点评

(1)长江三峡水利枢纽三期上游碾压混凝土围堰于2006年6月6日16时进行了爆破拆除,实际总装药量191.7t,爆破总延期时间12.88s,共分了961段,爆破总方量18.6万m3,从围堰爆破的整体效果来看,爆破设计思想、爆破参数、起爆网路等设计都是合理的,爆破是成功的。从爆破规模、爆破难度和重要性上讲在国内外围堰拆除史上尚无先例。

(②)在该次爆破中也出现了一个遗憾,即15号堰块没有随整体围堰顺利倾倒。事后调

查发现担负15号堰块起爆的42发雷管没有被起爆器激活,导致整个布置在15号堰块中的炸药没有被引爆。进一步调査证实,这是由于负责数码雷管起爆系统的澳瑞凯公司工作人员操作失误造成的。15号堰块的数码雷管经重新接通后,于6月19日下午顺利实施倾倒爆破。

3)在爆破现场和电视机前的观众都可以看到:起爆指令发出后,停留了约30s第1孔才开始起爆。这是由于该爆破一次起爆的数码雷管比较多,起爆使用了主、副两个起爆器,在起爆指令发出后各个数码雷管与编码器,编码器与起爆器之间还有一个相互通信的过程。


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