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​世界水工程围堰爆破拆除现状

futao 爆破拆除 2019-06-04 827 0
川渝拆除17713551981

世界水工程围堰爆破拆除现状

用爆破方法拆除建筑物或构筑物,欧美有50多年的历史。

1992年,世界媒体舆论认为拆除爆破是十大应用高科技之一。

然而,全世界至今没有一所大学设置拆除爆破专业。西方乃至发达国家美国、德国、法国、日本等,对拆除爆破技术的掌握与拓展仍以经验为主,我国学者梁云明教授并用下列五点予以佐证0:

(1)国外最火的爆破拆除公司都强调主要负责人从11岁,甚至8岁就开始跟着家长干爆炸拆除作业了。他们中少数人有大学学历,也没有像国内这样通过严格的考试审核。

(2)国外重大的爆破拆除都要先试爆(或预爆),按试爆的结果再调整设计的装药量,如果计算有把握就不必试爆。在中国,特别是闹市区,有些城市不准试爆,风险是显见的。

(3)作为复杂介质中多自由面的冲击波作用计算现在无法完成,并且也没有必要。对绝大多数建筑物,单孔装药所形成的冲击波在其作用介质中仅存在不足1ms。冲击波过后,建筑物由于自重而倾倒或塌落。倾倒或塌落的历程要经过屈服变形,那是秒的量级,因而可以作为一个亚稳定的力学问题来处理。

(4)建筑物的爆破拆除,必须有预拆除(包括外牵引),有防护措施,这些因素主要靠设计者的经验和少量估算,远远没有达到定量优化的程度。

(5)国外的爆破拆除,往往是整个小区,整幢楼房又高又宽,爆破设计调整余地大。

在中国,目前大多数是在楼群中的单幢楼,犹如拔一颗牙,其难度更大。

将拆除爆破用于水工程尤其是围堰,目前,世界上大多放在土石围堰爆破拆除上,其中,又多以对土石围堰及其防渗墙诸如混凝土、钢筋混凝土地下连续墙/防渗体(墙)拆除爆破为多,少数有塑性混凝土、喷射混凝土墙体的爆破拆除。

表1.4国内外典型的水工程围堰防渗墙主要参数

表1.4国内外典型的水工程围堰防渗墙主要参数

在大型水工程围堰爆破拆除典型案例中,葛洲坝大江上游围堰值得一提。

第一座位于长江干流的葛洲坝水利枢纽工程,大江上游挡水发电围堰双排混凝土防渗墙总长超过1700m,围堰距大坝不到400m,其上部需水下爆破拆除,总装药量近48t,采用毫秒爆破,总孔数3548个,共分324段,单响药量不超过300kg,一次起爆成功,震动影响轻微。如此大规模、近距离的围堰安全爆破拆除,这在20世纪80年代,曾经引起国内外的惊叹!

到了20世纪90年代,尤其是中国长江三峡水利枢纽工程开工建设以来,一期的土石围堰,堰高42m,采用土工膜接塑性混凝土墙防渗;二期上游围堰和下游围堰,堰高分别为82.5m和57m,同样采用土工膜接塑性混凝土墙防渗,均在世界水工程围堰及其防渗墙建造与拆除两方面取得了历史性的突破和创新。国内外典型的水工程围堰、防渗墙主要参数(见表1.4)可以佐证。

1三峡工程一期土石围堰及塑性混凝土防渗墙爆破拆除开辟世界塑性混凝土防渗墙先河

三峡工程一期土石围堰全长2502.4m(不包括岸坡延伸段144.6m)。其中茅坪溪段长396.9m,上横段长4164m,纵向段长1290.8m,下横段长398.3m,其平面布置见图1.4。

三峡工程一期土石横向围堰堰体及其下压段拆除分上横段和下横段两部分。上横段从桩号0+180.19~0+985.00,堰体拆除方量为59.75万m3,混凝土防渗墙拆除量为0.97万m3,下压导流明渠土石方开挖量86.59万m3,合计147.31万m°,下横段从桩号2+110.00~2+502.36,堰体拆除量24.59万m3,混凝土防渗墙拆除0.86万m3,下压导流明渠土石方开挖量98.13万m3,合计123.58万m2;上下横段共计拆除开挖总量271.06万m3。

图1.4三峡工程一期土石围堰平面布置图

图1.4三峡工程一期土石围堰平面布置图

(1)三峡工程一期土石围堰上横段拆除上横段拆除程序见图1.5。

图1.5三峡工程一期围堰上横段拆除程序图

图1.5三峡工程一期围堰上横段拆除程序图

(2)三峡工程一期土石围堰下横段拆除下横段拆除程序见图1.6。

图1.6三峡工程一期围堰下横段拆除程序图

图1.6三峡工程一期围堰下横段拆除程序图

(3)堰体拆除及渗墙爆破。由图1.5和图1.6可知,三峡工程一期土石围堰拆除主要表现为使用机械对堰体拆除,而采用爆破对其防渗墙拆除。

高程70.0m以上(下游高程69.0m以上)堰体拆除,首先用4m3电铲或6m3液压正铲配合自卸汽车直接挖运石渣、块石护坡;接着用推土机铲除堰顶石渣,暴露出防渗墙盖帽混凝土结构,盖帽混凝土用风钻钻孔爆破。

柔性混凝土防渗墙每暴露一段,就采用聚能药包爆破一段。防渗墙每段暴露长度不大于5m,否则就有倾倒压坏设备、造成人员伤亡的可能。爆破时,聚能药包置于防渗墙根部,聚能穴对着防渗墙最薄处,药包用砂土覆盖50cm厚,药包间距取2倍墙厚即1.6m。

每个药包药量计算式(1.1)如下:

Q=qV式中Q——每个药包重量,kg;

g——单耗,对柔性混凝土取1.7kg/m3;V——每个药包爆破方量,m3。

对于80cm厚柔性混凝土防渗墙,药包间距1.6m,则V=1.6×1.6×0.8~2(m3),所以Q~2×1.7=3.5(kg)。

(4)爆破震动安全控制。由于三峡工程一期围堰的迎水侧为饱和砂壤土铺盖、背水侧为饱和淤砂基础,故在拆除爆破时,其垂直振速必须很小,经现场试验研究,提出以下经验式:

V=.31.2(QM&/R)121≤3(1.2)式中V——被保护物的垂直振速,cm/s;Qmx——最大一段起爆药量,kg;R——被保护物至振中的最小距离,m。

相应水下钻爆参数见表1.5;水平抛掷爆破参数见表1.6。

表1.5水下钻爆参数表①

表1.5水下钻爆参数表①

表1.6水平抛掷爆破参数表。

表1.6水平抛掷爆破参数表。

综合爆破试验观测与研究成果,三峡工程一期土石围堰的安全爆破振动控制指标为下列5个经验式(1.3)~式(1.7)0:

0v=28.7p-36(1.3)式中——期望值,cm/s;Q13

p==0.511~0.016。其中Q=720~80kg;R=15~338m。

此外,N=132、r=0.927、F=796、e=2.16。

查表得:(r2-0.01=0.232)<(r=0.927);(Fo-0.01=6.64)<(F=796)。

2.=13.7-18(1.4)式中——期望值,cm/s。

此外,N=128、r=0.914、F=642、e=2.22。

查表得:(r-0o1=0.229)<(r=0.914);(F.-0.1=6.64)<(F=642)。

p=220kPa a=1.9g v=5cm/s(1.5)

v=6(1.7)上列式中、一—竖向和水平向爆破振速,cm/s;Q——爆破单响药量,kg;R——爆源距离,m;N——信息资料组数;r——相关系数;F——显著性检验值;

——爆破质点振速,cm/s;a—显著水平,g;p——孔隙压力,kPa;o——应力,kPa。

2三峡工程二期下游RCC围堰及塑性混凝土防渗墙爆破拆除攻克了世界围堰拆除难关

三峡工程二期下游围堰全长1075.9m,内置塑性混凝土防渗墙呈突向上游折线状与坝轴线相距350~500m,左岸和右岸段墙顶高程79m,墙体宽度为0.8m,河床段墙体高程70m,墙体宽1.1m。墙体由塑性和柔性两种混凝土材料浇筑而成,设计强度不小于5.0MPa,抗折强度不小于1.5MPa。混凝土防渗墙部分墙体内以1.5m间距,埋设有帷幕灌浆钢管(p100~

114mm;t=3.5~4.0mm),钢管之间布设钢筋(422mm)格形保持架;其余部位埋设有PVC塑料管。在防渗墙和帷幕施工完成后,钢管内已充满了固结的水泥浆,构成了含有钢管及钢筋保持架的混凝土防渗墙。二期下游围堰平面位置示意图见图1.7。

图1.7三峡工程二期下游围堰平面位置示意图

图1.7三峡工程二期下游围堰平面位置示意图

三峡工程二期下游围堰爆破拆除的难点在于:首先,防渗墙墙体内埋设有钢管及钢筋保持架,爆破需要考虑在钢管段加大炸药耗量引起爆破效应加剧带来的不利影响,更要考虑水下开挖畅通无阻,确保导流明渠截流按期顺利实施。其次,由于防渗墙为薄墙体结构,造孔是控制爆破块度的重要因素之一,如孔斜偏差大,造孔可能出墙;或造成间距太大,将造成大块率高,块径太大,甚至爆后留下墙根底,对后续水下挖除造成困难。其三,邻近有已建的厂坝建筑物,金属结构物和机电设备已经或正在安装,是爆破时重点保护对象。因此,混凝土防渗墙拆除爆破设计必须选择合适的爆破参数,尽可能减小爆破效应对已建大坝各建(构)筑物、金属结构和机电设备造成的不利影响。

通过精心设计、精心施工,二期下游围堰塑性混凝土防渗墙于2002年7月1日上午8时51分一次爆破拆除成功,又构成了当代世界水工程围堰爆破拆除的新亮点。二期下游围堰爆破拆除塑性混凝土防渗墙计1.78万m2,一次爆破拆除采用的总装孔2100个,总装炸药量19.24t。采用段内孔间微差,复式交叉并串联非电网路爆破技术,毫秒分段375段(未含盖帽混凝土孔),爆破总延时9500ms,最大单段起爆药量60.6kg。由于防渗墙内埋有大量钢管及钢筋保持架,为国内水利水电工程防渗墙技术最复杂、规模最大的拆除爆破。爆后状态为:块度大于50cm的仅出现在表层炮孔堵塞段,可由陆上设备完成,水下部分的墙体均小于50cm,炸段后钢管长度均小于1.0m,钢筋保持架均破散,完全满足设计及水下挖除施工要求。爆破监测成果表明,爆破时坝前水面未出现大的涌浪,大坝建筑物和各金属结构物安然无损;爆破瞬间地震波、水击波远小于设计和有关规程规范标准。

二期下游围堰混凝土防渗墙附近的主要建筑物有大坝、电站厂房、左导墙,右侧的纵向围堰和左厂房尾水渠护坡等。混凝土防渗墙拆除爆破时将产生一定有害效应一—爆破地震波和水击波(基坑充水至一定高程)。根据招标文件对建筑物安全标准的有关规定及类似工程的经验,确定本工程主要建筑物的安全控制标准,采用条件类似的葛洲坝大江围堰混凝土防渗墙拆除爆破获得的爆破质点振动速度衰减规律经验公式和水击波经验公式进行估算0

爆破振动安全控制公式为

v=101.3(Q/3/R)1.97(1.8)式中v——质点振动速度,cm/s;Q——最大单段起爆药量,kg;R——爆源至测点的距离,m。

水击波安全控制公式为

p=11.47(Q/3/R)0.95(1.9)式中p——水击波压力,kPa;Q——最大单段起爆药量,kg;R——爆源至测点的距离,m。

根据式(1.8)和式(1.9)计算的各建筑物爆破质点振动速度及水击波动水压力结果见表1.7。

表1.7三峡工程二期下游围堰爆破拆除时主要建筑物安全验算表

表1.7三峡工程二期下游围堰爆破拆除时主要建筑物安全验算表

表1.7的安全验算,基于控制标准(见表1.8和表1.9),它既是招标文件和相关规范的要求,又是后续安全监测布置及数量确定的基础0。

表1.8三峡工程二期下游围堰拆除爆破水击波安全控制标准表

表1.8三峡工程二期下游围堰拆除爆破水击波安全控制标准表

表1.9三峡工程二期下游围堰拆除爆破振动安全控制标准表

表1.9三峡工程二期下游围堰拆除爆破振动安全控制标准表

最后,通过爆破拆除监测数据分析,获得了表1.10~表1.12的结果。从而进一步证实了三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙的拆除爆破是安全、成功的。

表1.10三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙拆除爆破静态外观变形监测成果表

表1.10三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙拆除爆破静态外观变形监测成果表

注△X向下游为正、△Y向左岸为正,反之为负。

表1.11三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙拆除爆破动应变测点成果表

表1.11三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙拆除爆破动应变测点成果表

注表中数值正值为钢结构受拉、负值为钢结构受压。

表1.12三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙爆破拆除监测结果对主要建筑物安全性验算表

表1.12三峡工程二期下游围堰塑性混凝土防渗墙爆破拆除监测结果对主要建筑物安全性验算表

3中国RCC围堰兴建与拆除在世界RCC坝堰建设与拆除史上树立起新的里程碑

自1986年福建坑口重力坝完建至20世纪末,我国已建成碾压混凝土坝46座,其中碾压混凝土拱坝8座,最高为沙牌碾压混凝土拱坝。目前正在施工的大坝有19座,其中最高的为招河碾压混凝土拱坝(高107m)。高124m的沙牌碾压混凝土拱坝、高192m的龙滩碾压混凝土重力坝一期分别于1997年、2001年开工,标志着我国碾压混凝土坝的筑坝技术达到新的水平。21世纪最初的7年,RCC坝数量又增加到90余座。

与此同时,自1988年广西岩滩水电站在上、下游建设RCC围堰并于1991年爆破拆

除以来,我国兴建了RCC围堰10余座,根据围堰功能的需要爆破拆除一半以上(见表

1.13)。特别是三峡工程三期上游RCC围堰,其建设规模和爆破拆除难点均在世界同类水工程中位居榜首。

新里程碑的标志,表现在200m级高RCC重力坝和100m以上高RCC拱坝的建设上,既有新理论的运用,又有新计算方法的提出,还有RCC坝堰设计参数取值标准的选择、判别标准的拟订等一系列设计环节的协调配套,建立了适合我国高RCC重力坝特点的设计方法。新方法与新技术在龙滩RCC重力坝上成功应用,并于2007年11月在第五届RCC坝国际研讨会暨庆祝RCC筑坝技术应用30周年上荣获“里程碑奖”。

表1.13国内外RCC坝堰及RCC围堰爆破拆除典型案例一览表

表1.13国内外RCC坝堰及RCC围堰爆破拆除典型案例一览表

我国是RCC筑坝技术应用与创新较多的国家。截止2007年底,RCC筑坝国际研讨会共召开五届,其中有三届就是在我国举行(第一届1991年在北京;第三届1999年在成都;第五届2007年在贵阳)。另外两届即第二届1995年在西班牙Santander和第四届2003年在西班牙马德里。不仅如此,利用RCC建造围堰以及采用爆破方法安全地拆除RCC围堰,更是在全球独树一帜。

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