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​1:10围堰模型倾倒试验研究

futao 爆破拆除 2019-06-05 669 0
川渝拆除17713551981

1:10围堰模型倾倒试验研究

为了进一步地验证预埋集中药室爆破倾倒方案的实施可靠性以及了解爆破缺口形状和爆破倾倒时产生的水击波等的影响,2005年10月24日和2005年11月8日在长江科学院前坪试验基地进行了两次RCC围堰1:10模型爆破倾倒试验。具体试验内容及其目的为:

(1)倾倒的可靠性试验:模拟围堰拆除时的水位135m条件下,围堰是否能顺利倾倒,以及堰块倾倒后的形态。

(2)爆破参数试验:模拟水位135m条件下,选定的爆破参数能否形成有利于倾倒的爆破缺口。

(3)振动测试:在水位135m条件下,测试围堰爆破及倾倒时产生的振动。

(4)水击波测试:在水位135m条件下,测试围堰爆破时产生的水击波。

1)1:10模型倾倒试验条件。根据围堰的结构特点,在试验水池内制作了两个高5m,长度分别为6m、8m的混凝土模型,模拟高程90m(原型高程,以下类同)以上部位围堰。当预埋药室内装药后,即向水池内充水,充水深度为4.5m,模拟围堰爆破拆除时的堰内外水位均为135m的条件。

2)爆破参数试验优化。两个模型分两次进行试验,每次试验取两组不同爆破参数。

通过爆破倾倒过程、爆破缺口形状等的分析,优化爆破参数。

3)1:10模型堰块倾倒形态观察范围及设备。1:10模型堰块倾倒试验时,用摄像机拍摄记录围堰的倾倒过程;用数码相机拍摄记录堰块倾倒后的形态。

4)1:10模型堰块爆破水击波观测范围及系统。1:10模型堰块爆破试验时,在围堰前、堰后大坝轴线、围堰轴线侧向等水域布置水击波观测点,用水击波测试系统记录爆破产生的水击波。在水击波测点处放置长江中常见的鱼类(细鱼、鲫鱼、江链、链子鱼、编鱼、黄金鱼、鲤鱼等),观察鱼类受爆破冲击波时的反应及受损情况,从而对水击波的天

小有一个直观的认识。

5)1:10模型堰块爆破振动观测范围及设备。进行1:10模型爆破试验时,在围堰基础、堰后大坝轴线(模型11.4m处)、附近位置布置振动传感器及记录仪,测试堰块爆破时及倾倒过程中产生的振动。

6)模型几何相似处理。试验时仅考虑几何相似。模型试验材料采用与碾压混凝土相似的常态混凝土,因此,模型的材料密度、弹性模量与原型基本一致,模型与原型几何相似,其几何比例尺为L,。

7)爆破几何相似处理。药量比例尺采取集中药包:Q,=L;条形药包:q,=L。

5.1模型制作

1.1混凝土材料

制作的1:10两组模型的尺寸分别为:长度6m、8m,高度均为5m;浇筑的混凝土方量分别为60m3、80m3,共计140m3。围堰模型制作材料采用C30混凝土,混凝土配合比参数见表3.23。

表3.23模型制作混凝土配合比

表3.23模型制作混凝土配合比

1.2预埋件制作

1号、2号、3号预埋药室及断裂孔采用PP一R管材料。1号药室预埋管内径为40mm、外径为50mm、长度为25mm。2号药室预埋管:药室部分内径75mm、外径90mm、长度为10cm、容积为441cm3;连接管内径为40mm、外径为50mm、长度为55cm。3号药室预埋管:药室部分内径63mm、外径75mm、长度为10cm、容积为311cm3;连接管内径为40mm、外径为50mm、长度为100cm。断裂孔内径为16mm、外径为20mm、长度为150cm。药室端头采用热熔法密封处理。

模型廊道采用C30混凝土预制,内部配有单层10mm钢筋,并按实际廊道的1:10比例预制。

预制件数量见表3.24。

表3.24预埋药室、断裂孔及廊道数量单位:个

表3.24预埋药室、断裂孔及廊道数量单位:个

1.3混凝土浇筑及药室预埋

为防止模型浇筑后引起底板不均匀沉降,在围堰模型浇筑前,先进行了基础处理,分别在6m堰块、8m堰块部位浇筑了长7m、宽5m和长9m、宽5m的钢筋混凝土基础。

为模拟实际围堰的分块情况,在模型混凝土施工时分块浇筑,6m堰块分4m和2m浇筑,8m堰块分两个4m块浇筑,利用施工冷缝模拟围堰的实际分缝。

当模型从围堰原型的高程90m(为叙述方便,本书中所述的围堰高程均为围堰原型的实际高程,而非围堰模型的实际高程)浇筑到高程101.5m时,预埋2号药室,药室间距为0.5m;当浇筑到围堰高程106.4m时,预埋3号药室,药室间距为0.4m;当浇筑到围堰高程107.5m时,预埋预制廊道;当浇筑到围堰高程108.7m时,预埋1号药室、药室间距为0.22m;当浇筑到围堰高程109.7m时,预埋断裂孔,孔间距为0.10m。由于模型试验不可能从预制廊道内装药,1号、2号、3号药室的连接管开口均布置在围堰上游直立面,可通过水平连接管装药至各药室。断裂孔的开口在围堰背面,呈水平状布置。

模型试验的药室布置横剖面图、平面图分别见图3.25、图3.26。

1.4防渗处理

由于蓄水池原来的防渗处理不好,不能满足试验的蓄水要求,试验前对水池的底板及周围侧墙进行了防渗处理,地板采

用聚乙烯丙复合防水卷材(300g/m2)、侧壁采用聚乙烯蓝布(160g/m2)进行处理。实践证明,所采用的防渗处理效果较好,满足试验的蓄水要求。

5.2模型试验中有关爆破参数的选择

2.1集中药室装药量Q集中药室装药量Q按式(3.6)计算:

Q=eKaKW3(0.4+0.6n3)(3.6)

式中Q—装药量,kg;e——以2号岩石炸药为基准的炸药换算系数,乳化炸药取e=1.15;Ka——双向药包作用时的系数,一般取Ka=1.2;K——与爆破介质有关的炸药单耗,kg/m3;W——药包的最小抵抗线,m;n——爆破作用指数。

2.2炸药单耗K

(1)最小抵抗线对炸药单耗K的影响。抵抗线对炸药单耗的影响是非线性的,抵抗线低于一定值时(2m)单耗将增加,抵抗线大于一定值(20m)单耗也将增加。根据兰格福尔斯在《岩石爆破现代技术》一书中提出的药量计算公式,其中系数K应按式(3.7)计算:

K=K1/W+Ka+KsW(3.7)

图3.251:10围堰模型药室布置横剖面图(高程单位:m,其余单位:cm)

图3.251:10围堰模型药室布置横剖面图(高程单位:m,其余单位:cm)

图3.261:10围堰模型药室布置平面图(单位:cm)

图3.261:10围堰模型药室布置平面图(单位:cm)

其中,K1、Ks与爆破介质和炸药种类有关,在爆破介质、炸药不变的条件下应为常数。

K2与炸药、介质性质有关。

(2)水深对炸药单耗K2的影响。水下标准抛掷爆破炸药单耗K2为K2=[0.4+(y/2450)2]+HC。(3.8)

式中y——爆破介质重度,kg/m3;H——药室中心处水深,m;C。——水深影响系数,一般为0.005~0.015。

模型试验混凝土的重度取2400kg/m3,试验时药室中心处水深为3.5m,水深影响系数C。取0.015,按式(3.8)进行计算:

Ka=[0.4+(y/2450)2]+HC。=[0.4+(2400/2450)2]+3.5×0.015=1.411号、2号、3号三个药室在模型中的最小抵抗线分别为22cm、60cm、36cm,模型试验的最小抵抗线均小于2m,因此,需采用较高的单耗值。

根据兰格福尔斯的实践经验:K1取0.07,Ks取0.004,K2取计算值1.41,按式(3.7)进行计算:

1号药室相应的K值,即:

K=K1/W+K2+KsW=0.07/0.22+1.41+0.004×0.22=1.732号药室相应的K值,即:

K=K1/W+K2+KaW=0.07/0.6+1.41+0.004×0.6=1.533号药室相应的K值,即:

K=K1/W+K2+KsW=0.07/0.36+1.41+0.004×0.36=1.61

3.5.2.3爆破作用指数n三峡工程三期上游RCC围堰倾倒爆破初步设计方案中,预埋药室1号、2号、3号的爆破作用指数分别取1.1、1.25、1.3。

考虑到模型尺寸、自重相对较小,两端又都有临空面,在模型试验中,预埋药室1号、2号、3号的爆破作用指数分别取1.35、0.6~0.9、1.1,以检验设计爆破作用指数选取是否合理。

3.5.3第1次模型爆破试验

3.5.3.1第1次模型试验爆破参数

第1次模型试验的长度为6m,1号、2号、3号药室内装乳化炸药,断裂孔内装防水导爆索。

为便于取得更多的试验数据,2号药室的爆破作用指数在2m段、4m段分两种爆破参数进行试验,分别取爆破作用指数为0.60、0.87;1号、3号药室的爆破作用指数分别取为1.35、1.1。由式(3.6)计算分别得到各药室的装药量:

1号药室:

Q:=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.2×1.73×0.22(0.4+0.6×1.353)=0.050(kg)

2号药室:

Qa1=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.0×1.53×0.60(0.4+0.6×0.603)=0.200(kg)

Qe2=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.0×1.53×0.60(0.4+0.6×0.873)=0.300(kg)

3号药室:

Qa=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.0×1.61×0.36(0.4+0.6×1.13)=0.100(kg)

断裂孔装药量按:

线装药重度:

式中Q——断裂孔单孔装药量,kg;Qi——断裂孔线装药重度,kg/m;K.——单位面积炸药消耗量,kg/m2;a——孔距,m;L——孔深,m。

在爆破试验中,断裂孔孔距a为0.1m;孔深L为1.5m;单位面积炸药消耗量K。取0.325kg/m2(2号岩石硝铵炸药),换算成导爆索内的黑索金或泰安炸药,则单位面积炸药消耗量K。取0.26kg/m2。按式(3.9)、式(3.10)进行计算:

断裂孔单孔装药量:

Q=KaaL=0.26×0.1×1.5=0.039(kg)

断裂孔线装药重度:

Qi=Kaa=0.26×0.1=0.026(kg/m)

根据断裂孔线装药重度,每个断裂孔孔内装2根防水导爆索(孔底30cm为3根)。

6m长模型试验的药包数为:1号药室27个;2号药室12个;3号药室15个;断裂孔60个。

第1次试验总装药量:p32mm乳化炸药6050g;防水导爆索198m(不含孔外连接等)。第1次模型试验爆破参数见表3.25。

表3.25第1次爆破试验参数(模型长度为6m)(2005年10月24日)

表3.25第1次爆破试验参数(模型长度为6m)(2005年10月24日)

3.2第1次模型试验起爆网路

根据前期研究,高精度塑料导爆管雷管、数码雷管能满足三峡工程三期上游RCC围堰拆除对爆破器材的要求,因此,试验决定采用两种起爆网路,即第1次试验全部采用高精度塑料导爆管雷管,第2次试验采用数码雷管与高精度塑料导爆管雷管相结合的起爆网路。

试验中对每个药室的药量用天平称量后进行防水加工处理,每个药室装双发高精度雷管,孔内起爆雷管的延期时间为400ms,1号、2号、3号药室间用17ms高精度雷管接力传爆,使2号药室内的炸药迟后于1号药室17ms起爆,3号药室内的炸药再迟后于2号药室17ms起爆;同排相邻药室间用25ms高精度雷管接力传爆。断裂孔每2m为一段用导爆索连接,并用400ms高精度雷管起爆。整个起爆网路用电雷管引爆。

第1次爆破试验的起爆网路见图3.27。从图3.27中可以看出:孔外雷管接力传爆时间为450ms,当第一个1号药室内的起爆雷管起爆时(孔内雷管延期时间为400ms),孔外接力雷管已基本传爆完毕;断裂孔分3段,起爆时间分别迟后于相邻的3号药室191~266ms、116~191ms、41~116ms;从第一个1号药室起爆至最后一个3号药室起爆完毕的延期时间为309ms,共分36段,实际段与段间的延期间隔时间为8~9ms;如加上断裂孔的3段及相应的延期时间,那么从第一个1号药室起爆开始至最后一个断裂孔起爆完毕的总延期时间为350ms,共分39段。

根据实际围堰爆破单段药量的控制要求,对模型试验的单段药量进行了模拟控制,2号药室一孔一段,单段药量为200g和300g;3号药室1~2孔一段,单段药量为100~200g;1号药室2~3孔一段,单段药量为100g和150g。断裂孔2m一段,单段药量为780g。

图3.27第1次爆破试验起爆网路图

—17ms高精度导爆管雷管—400ms高精度导爆管雷管B—25ms高精度导爆管雷管口—起爆电雷管

—1号、2号、3号药室内装400ms高精度导爆管雷管一断裂孔用导爆索连接

图3.27第1次爆破试验起爆网路图

3.3充水情况

2005年10月19日上午开始装药、堵塞、联网、防护,并于19时结束。22时开始向池内供水。

10月20日8时的水位到达围堰高程90m。

10月21日8时的水位到达围堰高程101.5m,浸到围堰模型的2号药室高程。

10月22日8时30分的水位到达围堰高程111m,超过断裂孔围堰高程110.0m以上10cm。

10月23日8时30分的水位到达围堰高程120m。

10月24日15时的水位到达围堰高程135m,达到围堰原型拆除设计水位,按计划准时起爆。

试验水池内总的充水量为5600m3。

3.4第1次围堰模型爆破试验观测

(1)倾倒过程摄像观测设备及测点布置。倾倒过程观测使用FSD-4IN1水下四路摄像系统,单通道帧率为25F/s。爆破试验时,在陆地上沿围堰的轴线侧向、正前方布置了两个摄像头;从相邻的围堰模型顶部放置一个水下摄像头,距水面以下3m,摄像头的方向对着围堰的爆破缺口部位。另一个水下摄像头用于观察爆破水击波对鱼类的影响。测点布置见图3.28。

(2)倾倒过程观测。水下摄像头清楚地观察到了接力起爆雷管网路的传爆过程,第一个接力雷管起爆后400ms,可见孔内炸药起爆产生的爆生气体喷出,气团不断膨胀并搅动周围水体。这与设计起爆时间一致。

侧向摄像可清楚地观察到:与水下摄像相对应的炸药起爆时间(并以此为计算零时),可观察到水面有水击波传播产生的波纹;炸药起爆时,围堰出现细微上抬现象;200ms时

图3.28第1次围堰模型试验测点布置(单位:m)

图3.28第1次围堰模型试验测点布置(单位:m)

(a)测点布置平面示意图;(b)测点布置剖面示意图

围堰轻微后倾,角度小于1°;240ms时围堰可见明显上抬约5cm;400ms时围堰4m段(为叙述方便该段以A1表示)首先出现前倾,倾倒角度在5°左右,同时出现向围堰2m段(该段以A2表示)侧向挤压趋势;520ms时围堰的A2段与A1段分离;600ms时围堰模型A1段前倾15°,A2段开始侧转,倾倒速度明显快于A1段;840ms时围堰模型A2段顶部前沿触水,A1段仅前倾25°;920ms时围堰模型A1段顶部全部入水,A2段前倾35°;1000ms时围堰模型A1段前倾35°;1080ms时围堰模型A1段前倾40°;1240ms时围堰模型A1段前倾45°;1320ms时围堰模型A1段前倾50°;1400ms时围堰模型A1段顶部入水;1600ms围堰后倾部分激起大量水花。在倾倒过程中,围堰模型A2段产生的水花明显大于围堰模型A1段产生的水花。

(3)爆后效果测量。第1次试验后,为观察爆后效果,将池内的水用潜水泵抽出。爆破后的围堰整体倾倒效果见图3.29,爆破缺口效果见图3.30。

从图3.31可以看出:高程110m以上堰块总体向前倾倒,围堰4m段的上游直立面着地;倾倒着地部分堰体距原围堰上游直立面的最近距离为1.0~1.4m;围堰模型顶部直立部分与下部分离,并倾倒在下部堰块的前方,两者之间的距离为0.7~1.5m。围堰2m段向前倾倒并向外侧偏转约40°,围堰原高程130m面着地,倾倒着地部分堰体距原围堰上游直立面的最近距离为0.6~1.8m;围堰模型顶部直立部分与下部分离,并倾倒在下部堰块的前方,两者之间的距离为0.2~0.6m。

从图3.30可以看出:高程110m断裂面整齐、平整,半孔残留痕迹明显,保留部分的实测平面尺寸见图3.31(a)。爆破缺口形成较好,瀑渣块度较小,有部分靠近1号药室的预埋廊道侧壁出现局部破碎,露出钢筋,大部分预埋廊道散落在堰体倾倒部分与爆破缺口之间。围堰4m段处的爆破缺口形式整体上为梯形,沿3号药室垂直线方向至高程110m为直立面,该处实测爆破缺口断面见图3.31(b)。围堰2m段处的爆破缺口形式整

图3.29第1次试验后围堰模型倾倒全貌

图3.29第1次试验后围堰模型倾倒全貌

图3.30第1次试验后形成的倾倒缺口

图3.30第1次试验后形成的倾倒缺口

体上为三角形,该处实测爆破缺口断面见图3.31(c)。

3.5爆破效果分析

整体倾倒效果较好,倾倒过程、倾倒后的形态与模型计算的结果基本一致;高程130~140m部分与下部分离,这与模型制作工艺有关,因为在模型制作过程中,当混凝土浇筑到高程130m时,由斜模板改为直立模板,中间存在一个时间间隙,致使在高程130m位置存在一个施工缝,虽做了凿毛处理,但毕竟是一个弱面,所以在围堰倾倒的过

图3.31实测爆破缺口断面(高程单位:m,其余单位:cm)

图3.31实测爆破缺口断面(高程单位:m,其余单位:cm)

(a)高程110m保留部分的实测平面尺寸;(b)围堰2m(A2)段处实测爆破缺口断面;

(c)围堰4m(A1)段处实测爆破缺口断面

程中或触地撞击过程中出现了分离现象。围堰4m(A1)段整体倾倒形态正常,说明只要形成了爆破缺口,可实现顺利倾倒;但围堰2m(A2)段倾倒向临空侧偏转了约40°,这可能与爆破存在侧向临空面、且堰块的侧向刚度较低有关,致使高程110m临空面处的破碎面超过预期。

围堰模型A1段的爆破缺口处,3号药室存在部分残留,致使围堰倾倒的转动支点位置前移,没有达到设计预期的位置,但是堰块还是按预定方向倾倒。2号药室的单孔药量在A1段为300g、A2段为200g,从爆破效果来看,A1段的爆破块度要略小于A2段的爆破块度,但A2段形成的爆破漏斗形状似乎要优于A1段的爆破漏斗形状,经分析可能与2号药室炸药爆破产生的后破裂线影响了3号药室爆破的最小抵抗线有关。

预埋廊道靠近1号药室的侧壁出现局部破碎,露出钢筋,说明1号药室药量较合适,但廊道底部没有出现破坏痕迹,因此,对廊道底部的混凝土破碎还需采取增加辅助药包的爆破措施,如在靠近预埋廊道底板的排水孔内装少量的炸药,对该部位的混凝土进行破碎。

高程110m断裂效果较好,说明断裂孔的单位面积的耗药量足以形成断裂面。第1次模型试验的断裂孔爆破产生的振动较大,说明单段药量偏大,在第2次试验中采取了减小断裂孔单段药量的控制措施。

3.5.4第2次模型爆破试验

3.5.4.1第2次模型试验爆破参数

第2次模型试验的长度为8m,1号、2号、3号药室内装乳化炸药,断裂孔内装防水导爆索。

由于第1次试验后爆破缺口部位形成了较好的爆破漏斗,同时考虑到2号药室可能对3号药室最小抵抗线的影响,所以第2次试验将2号药室的药量作适当降低,并把长度8m分为4m一个区,分别取爆破作用指数为0.6、0.76;1号、3号药室的爆破作用指数与第1次试验相同,分别取为1.35、1.1。

由式(3.6)计算分别得到各药室的装药量:

1号药室:

Q1=eKaKW3(0.4+0.6n3)=0.050(kg)

2号药室:

Q1=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.0×1.53×0.603(0.4+0.6×0.603)=0.200(kg)

Qa3=eKaKW3(0.4+0.6n3)

=1.15×1.0×1.53×0.603(0.4+0.6×0.763)=0.250(kg)

3号药室:

Qs=eKaKW3(0.4+0.6n3)=0.100(kg)

断裂孔装药量与第1次试验相同,每个断裂孔孔内装2根防水导爆索(孔底30cm段装3根防水导爆索)。

8m长模型试验的药包个数为:1号药室36个;2号药室16个;3号药室20个;断裂孔80个。

第2次试验总装药量:432mm乳化炸药7400g;防水导爆索264m(不含孔外连接等)。爆破试验参数见表3.26。

表3.26第2次爆破试验参数(模型长度为8m)(2005年11月8日)

表3.26第2次爆破试验参数(模型长度为8m)(2005年11月8日)

4.2第2次模型试验起爆网路

第2次试验采用数码雷管与高精度塑料导爆管雷管相结合的起爆网路。图3.32为数码雷管的模型;图3.33为数码雷管的实物。

图3.32数码雷管模型

图3.32数码雷管模型

图3.33数码雷管实物

图3.33数码雷管实物

试验中对每个药室的药量用天平称量后进行防水加工处理,1号药室:每个药室内装双发高精度雷管,孔内起爆雷管的延期时间为400ms,根据1号药室与相邻2号、3号药室的位置关系,1号药室4~5个孔分为一段,相邻段的结点间用17ms高精度塑料导爆管雷管进行接力传爆,并用两发数码雷管进行起爆;2号、3号药室:每个药室内装一发I-KonTM数码雷管,并根据总的起爆顺序和延期时间确定数码雷管的延期时间。断裂孔每1m为一段并采用导爆索连接成,段间用17ms高精度雷管接力传爆,用数码雷管进行起爆。

数码雷管由装在雷管内的芯片控制其延期时间,并通过LOGGER控制器对数码雷管进行身份采集、位置编号和延期时间输入。图3.34为LOGGER数码雷管控制器。LOG-

GER控制器可逐一输入数码雷管位置编号和对应的延期时间,也可先对数码雷管位置进行逐一编号,然后再统一输入对应的延期时间。在数码雷管延期时间设定后,通过LOG-

GER控制器可对整个起爆网路的数码雷管位置编号、身份编码、延期时间等信息进行检查,并对可能出现的漏接、短路等情况发出提示信号,以便及时修改。

图3.34LOGGER数码雷管控制器

图3.34LOGGER数码雷管控制器

第2次爆破试验起爆网路所使用的数码雷管位置编号:3号药室按起爆先后顺序编号为1~20号;2号按起爆先后顺序编号为21~36号;引爆1号药室接力雷管的两发数码雷管编号为37号、38号;引爆断裂孔接力雷管的两发数码雷管编号为39号、40号。数码雷管的时间设定情况见表3.27。

表3.272005年8月11日爆破试验数码雷管位置编号、身份编码及延期时间设定

表3.272005年8月11日爆破试验数码雷管位置编号、身份编码及延期时间设定

从图3.35的起爆网路图中可以看出:1号药室段与段之间间隔17ms;2号药室通过数码雷管延期时间的设定使相邻药室间间隔9ms(个别端部孔除外);3号药室通过数码雷管延期时间的设定使相邻药室间间隔4~9ms。2号药室滞后相邻的1号药室起爆时间为13~28ms;3号药室迟后相邻的2号药室起爆时间为7ms。孔外高精度塑料导爆管雷管的接力传爆时间为316ms,当第一个1号药室内的起爆雷管起爆时(孔内雷管延期时间为400ms),孔外接力雷管已传爆完毕;断裂孔分8段,起爆时间分别迟后于相邻的3号药室110ms左右;从第一个1号药室起爆至最后一个3号药室起爆完毕的延期时间为150ms,共分44段,实际段与段间的延期间隔时间为1~7ms,并以2~4ms的延期间隔时间居多;如加上断裂孔的8段及相应的延期时间,那么从第一个1号药室起爆开始至最后一个断裂孔起爆完毕的总延期时间为256ms,共分52段。

模型试验对单段药量进行了模拟控制,1号药室4~5孔一段,单段药量为200~250g。2号药室一孔一段,单段药量为200~250g;3号药室1孔一段,单段药量为100g;断裂孔1m一段,单段药量390g。

图3.35第2次爆破试验起爆网路图

图3.35第2次爆破试验起爆网路图

连接后的实际起爆网路见图3.36。1~40号数码雷管分别并联到起爆主线后,用LOGGER控制器进行起爆前的网路复查,经检查无误后,再用BLASTER数码雷管专用起爆器进行起爆,数码雷管起爆系统见图3.37。

图3.36第2次试验的实际起爆网路

图3.36第2次试验的实际起爆网路

图3.37第2次试验所使用的数码雷管起爆系统

图3.37第2次试验所使用的数码雷管起爆系统

4.3充水情况

2005年11月3日上午开始装药、堵塞、联网,并于17时结束。21时开始向池内供水。

11月4日21时的水位到达围堰高程100m。

11月5日21时的水位到达围堰高程110m,断裂孔淹没,

11月6日21时的水位到达围堰高程120m。

11月7日21时的水位到达围堰高程130m。

11月8日10时的水位到达围堰高程135m,达到围堰拆除设计水位,10时10分起爆。

试验水池内总充水量为5600m3。

4.4第2次模型爆破试验观测

(1)倾倒过程摄像观测设备及测点布置。倾倒过程摄像设备与第1次试验相同。爆破试验时,在陆地上沿围堰的轴线侧向、正前方布置了两个摄像头;水下摄像头放置在池边,水面以下3m,摄像头的方向对着围堰的爆破缺口部位。另一个水下摄像头用于拍摄爆破水击波对鱼类的影响。

(2)倾倒过程观测。从侧向、正面、背面等多角度的摄像资料分析:炸药爆破的瞬间,堰块微微上跳(以此时刻为下述分析零时),起爆端首先上抬,其标尺微后倾(为叙述方便,先起爆的4m段堰块记为B1堰块、后起爆的4m段堰块记为B2堰块);80msB1堰块上抬约5cm,并后倾约1°;160msB2堰块上抬约5cm,并后倾约2;240cmB1堰块标尺复位,B2堰块上抬约10cm;320msB2堰块顶部后移约10cm;400msB1堰块前倾约5°,B2堰块顶部后倾约10°;480msB1堰块前倾约10°,B2堰块顶部后倾约20°;

560msB1堰块前倾约11°,B2堰块顶部后倾约25°;640msB1堰块前倾约12°;B2堰块顶部后倾约28°;720msB1堰块前倾约13°,B2堰块顶部后倾约30°;800msB1堰块前倾约14°,B2堰块顶部后倾约35°;880msB1堰块前倾约15°,B2堰块顶部后倾约45°;

960msB1堰块前倾约15°,B2堰块顶部后倾约65°;1040msB1堰块前倾约16°,B2堰块顶部后倾约75°;1120msB1堰块前倾约18°,B2堰块顶部后倾入水;1200msB1堰块前倾约20°;1280msB1堰块前倾约22°;1360msB1堰块前倾约25°;1440msB1堰块顶部前倾入水。1600ms围堰堰后激起大量水花。

(3)爆后效果测量。第2次试验后,为观察爆后效果,将池内的水用潜水泵抽出。爆破后的围堰整体倾倒效果见图3.38、爆破缺口效果见图3.39。先起爆的B1堰块整体倾倒效果较好,围堰4m段的上游直立面着地;倾倒着地部分堰体距原围堰上游直立面的最近距离为0.8~1.35m;围堰模型顶部直立部分与下部倾倒堰块分离,并倾倒在其前方,两者之间的距离为0.5m。后起爆的B2堰块高程110~130m部分按设计预期向上游面倾倒,上游直立面着地;倾倒着地部分堰体距原围堰上游直立面的最近距离为1.25~1.7m;但B2堰块高程130~140m直立部分却在爆破过程中向后翻转,并倾倒在围堰下游面。从图3.39可以看出:高程110m断裂面基本整齐,半孔残留痕迹明显,但上部有较多的裂缝;在B1堰块起爆端部高程110m断裂面上残留有底宽及高分别约为1m的三角锥,保留部分的实测平面尺寸。爆破缺口没有第1次爆破的理想:B1堰块先起爆的2m爆破缺口形成较好,但其余部分没有形成理想的缺口形式,2号药室的爆破漏斗下破裂角没有形成,爆破缺口底高程在2号药室高程。有部分靠近1号药室的预埋廊道侧壁出现局部破碎、露出钢筋,大部分预埋廊道散落堰体倾倒部分与爆破缺口之间。

图3.38第2次爆破试验后的围堰整体倾倒效果

图3.38第2次爆破试验后的围堰整体倾倒效果

图3.39第2次爆破试验后形成的缺口效果

图3.39第2次爆破试验后形成的缺口效果

5.5爆破效果分析

除B2段上部出现后翻外,整体倾倒过程、倾倒后的形态与模型计算的结果基本一致;B2段高程130~140m部分出现后翻,这与混凝土浇筑过程有关,在高程130m位置存在一个施工缝,虽做了凿毛处理,但毕竟是一个弱面,从摄像资料来分析:在围堰内炸药起爆的瞬间,即开始了分离现象,且出现了后侧翻转。围堰模型B1段整体倾倒形态、围堰模型B2段下部倾倒形态均正常,说明只要形成了倾倒支点,即使爆破缺口形态没有达到理想状态,也可实现顺利倾倒。

围堰模型B1段先起爆的2m爆破缺口形状与设计预期基本相符,其余部位的爆破缺口未按设计预期形成,2号药室有残留,其爆破漏斗下破裂角没有形成,爆破缺口底高程在2号药室高程处,这可能与2号药室没有完全爆轰有关,因为从PP-R管药室爆破后的残留物来看,药室内的炸药并没有完全爆轰。

在B1堰块起爆端部高程110m断裂面上残留的底宽和高约1m的三角锥,可能与混凝土的质量有关,在堰块的倾倒过程中,出现拉断所致。

从爆破振动监测波形分析,有爆破振动叠加现象,说明段与段之间的时间间隔过短。

5.6结论

通过围堰模型的两次试验,可得出以下基本结论:

(1)在形成爆破倾倒缺口的前提下,能实现高程110m以上堰体顺利倾倒,如排除临空面影响,堰块倾倒过程、倾倒后的形态,与设计预期相符。

(2)在模型模拟计算中,如围堰高程130m存在施工弱面,高程130m以上部分与下部堰块在倾倒过程中出现分离现象,这与试验的实际效果是一致的。

(3)1号、2号、3号药室能形成爆破缺口,断裂孔能形成较好的断裂面,说明所设计布置的药室、断裂孔的位置是合理的。

(4)两次模型试验的爆破参数调整,主要针对2号药室,单个药室的爆破作用指数n调整从0.60~0.87,从爆破缺口形状来看,单个药室的爆破作用指数为0.87时爆破效果较好。但从2号药室未对廊道底板造成破坏的情况来分析,2号药室的炸药作用没有破碎到该处,因此,对廊道底部的混凝土破碎还需采取增加辅助药包的爆破措施,如在靠近预埋廊道底板的排水孔内装少量的炸药,对该部位的混凝土予以破碎。

(5)在第1次试验中,3号PP一R管药室均存在10cm左右的残留;第2次试验中2号PP-R管药室大部分残留在原药室高程,且药室高程以下混凝土大部分未破坏,说明药室内的炸药未完全爆轰。因此,普通乳化炸药在浸水4天后,炸药的性能可能已发生了改变,在实际围堰拆除中需采用抗水、抗压性能高的炸药才能满足要求。

(6)从两次试验的起爆网路实现的段与段之间的时间间隔来分析,第1次试验的爆破振动波形基本未叠加,而第2次试验的爆破振动波形有叠加现象,说明第1次试验的时间间隔较合理,而第2次试验的时间间隔是按原型的时间比尺进行模拟的,反而时间间隔偏短,由此可得到这样的结论:在实际围堰拆除爆破中,药室之间的时间间隔应采用比原设计大才合理。

(7)首次在国内采用数码雷管用于爆破试验,数码雷管延期时间精确、延期时间最长可设置15s,这对起爆网路的保护有利,且在延期时间的设置方面具有很大的灵活性,安全可靠,建议在实际围堰拆除中优先采用。


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