爆破实践的新进展探索

(1)三峡二期下游围堰混凝土防渗墙复杂结构拆除爆破设计。二期下游围堰是三峡工程主要的三级临时建筑物,堰体内设置单排混凝土防渗墙,墙厚0.8～1.1m,全长971.5m,墙体内有灌浆钢管和塑料管。当墙体深度大于40m 时,采用直径100～110mm、壁厚约4mm 的灌浆钢管。长钢管均由6～8m 的短钢管焊接成型,由直径22mm 的钢筋按6～8m 一层制作的格形保持架固定。灌浆钢管沿防渗墙轴线按1.5m 间距布置,有钢管段防渗墙轴线长约500m。

三峡工程三期明渠截流前需拆除二期上下游围堰,下游围堰最终拆至高程53m(防渗墙拆至高程52.5m),拆除前有钢管段防渗墙顶高程70m,拆除深度17.5m。

为确保三峡三期明渠截流的顺利进行,截流前二期下游围堰拆除工程要求完成的最小拆除工程量为243万m3,最迟于2003年4月完成共约600万m3 的拆除量。围堰拆除工程不仅工期短、水下开挖工程量大,而且混凝土防渗墙内还埋有灌浆钢管及固定钢管的保持架,这种复杂结构在以往的围堰防渗墙爆破拆除中没有先例。

为了确保混凝土防渗墙拆除爆破的成功,长江水利委员会长江勘测规划设计研究院在对国内外有关资料分析的基础上,进行了大量全面、细致的模拟爆破试验。在对试验成果进行统计分析后,遵循安全、可靠、经济、合理的原则进行混凝土防渗墙拆除爆破设计。在爆破施工后,根据现场调查和监测结果对爆破效果进行分析评价。

为满足三期导流明渠截流、电站厂房机组运行和导流底孔安全泄洪要求,按2002年7月1日破堰进水方案实施,要求混凝土防渗墙拆除爆破在2002年7月1日一次爆破成功。根据葛洲坝集团三峡施工指挥部采用的水下施工设备铲扬船和抓斗船的技术性能,要求将墙体内的钢管炸断,其几何长边长度不大于100cm,将固定钢管的保持架炸散,混凝土墙体炸碎,其最大块径不大于50cm。经爆破实践证明,基本达到预期要求。

(2)三峡永久船闸开挖控制爆破技术。三峡永久船闸为双线五级船闸,每级长290m,闸槽单宽37m,槽壁开挖深度达40～68.5m,要求直立开挖,而且对爆破引起的震动强度、建基面的平整度及对保留基岩的完整性都提出了更高的要求。

永久船闸基岩主要为闪云斜长花岗岩,饱和抗压强度100MPa以上,闸室内有长度40m 以上的断层125条,且岩石节理发育,开挖中易发生三角体坍塌。工程地质条件的复杂性,增加了爆破开挖的难度。

在三峡永久船闸直立边坡开挖中,根据实际需求,采用了预留保护层、深孔梯段爆破技术等控制爆破方案。深孔梯段爆破时,在保护层内边缘布置预裂孔与缓冲孔。保护层采用手风钻光面爆破开挖,闸槽底面保护层采用水平光面爆破。爆破效果表明,闸槽侧壁和闸槽底部,爆破开挖的完整性完全达到了三峡工程的预期要求。

(3)响洪甸蓄能电站岩塞爆破现场试验研究。水下岩塞爆破在国内外已被广泛采用,并取得显著成效,但应用于抽水蓄能电站工程的输水洞口,响洪甸岩塞爆破尚属首例。(www.xing528.com)

响洪甸混合式抽水蓄能电站的上库输水洞口岩塞为塞底面倾角42°、塞底断面直径9m 的倒锥台体,向上的周边扩散角为11.31°,轴线倾角48°,包括覆盖层平均厚度约12m,爆破石方约1200m3。由于控制洞口成型、聚渣及爆破安全等要求更加严格,现有爆破理论的发展还不能完全满足实践的要求,经验设计方法又有较大的局限性。为“安全、可靠、经济”地实现岩塞爆破,对一些新的工程问题需要进行现场爆破试验解决,在总结爆破试验成果和经验的基础上,为爆破方案的局部优化和实施改进提供科学依据。

爆破试验的结论:①倒坡面的向下集中药室爆破,其作用指数考虑开口几何尺寸要求,按松动爆破设计是可以炸开岩体、形成爆破漏斗的。扩大排空装药按加强松动爆破设计,其药包埋置按堵塞到集中药室爆破漏斗面处确定,外扩孔至预裂面距离取0.5m 左右是合适的,能够完成剩余岩体爆出。②验证了所选的爆破材料是合适的、可靠的,可以在岩塞爆破中使用。特别是岩塞爆破中采用的新型电磁雷管及其网络连接方式,不仅抗杂散电流干扰,网络连接快捷可靠,而且不需要电阻平衡和复杂的网络计算。通过雷管的性能测试及试验爆破的成功运用,取代了复杂的其他起爆方式。③为优化原型岩塞爆破设计和提高施工质量提供了可参考的资料及借鉴的依据。周边预裂爆破是控制洞口成型的关键,局部预裂缝形成不好,均是由造孔误差较大产生的,尤其是导向孔偏离轮廓面而不起作用造成的。另外,从上下部分扩大孔不同布置的对比情况看,说明按孔间距不小于抵抗线、梅花形布置的爆破效果较其他为好,因此,将原型的扩大排孔优化为辐射状布置。

原型岩塞爆破效果:响洪甸岩塞爆破于1999年8月1日10∶02起爆成功,爆破时,最大单响药量596.8kg,大坝最大震动速度为1.34cm/s,震动加速度0.07g。在岩塞造孔时出现的偏差问题,经补救处理基本满足设计要求,经爆后的水下检测表明,上库输水洞口成型较好,周边预裂爆破半孔留痕清晰可见。

(4)铵油炸药混装车在中小型水电站中的应用研究。混装铵油炸药生产系统的硬件由地面站设施和铵油炸药混装车两部分组成。地面站是原材料的储料与加料场所,铵油炸药混装车是原材料运输与现场混制炸药的设备。由于混装铵油炸药采用经膨胀化处理多孔粒状硝酸铵作为原材料,其吸油率达8%以上,而且螺旋搅拌,拌制较为均匀,加之现场混制炸药,消除了炸药随时间增加而造成的性能下降,混装铵油炸药较2号铵油粉状炸药爆炸性能有很大提高。

混装铵油炸药生产系统与混装乳化炸药生产系统对比,从生产工艺方面,后者需要发泡剂、水相等半成品制备工艺,相应要增加供水供电系统、预热保温系统、破碎搅拌系统等硬件投资。这不仅大大增加了炸药生产的直接成本与间接成本,而且由于工艺复杂,中毒、触电、机械伤害、灼伤等不安全因素较多。而前者只需要多孔粒状硝酸铵与柴油两种原材料,不需要半成品的制备,所以工艺相对简单,成本大大降低。一般前者相对于后者投资下降3～4倍,直接成本下降15%～20%。所以混装铵油炸药生产系统在中小型水电工程中有更大的推广价值。而且现场混装乳化炸药车难以解决运输过程中半成品温度下降的问题,而铵油炸药车不存在这些问题,比较适合炸药用量不大的长途配送。

混装铵油炸药生产系统在贵州洪家渡水电站的应用实例:

洪家渡水电站属乌江干流规划的梯级水电站,装机540MW,大坝为混凝土面板堆石坝,坝高179.5m,坝体填筑约需石料836.31万m3,主要取自于大坝附近的天生桥料场和卡拉寨料场的石灰岩。鉴于该工程技术要求高,施工强度大,经主管部门批准,于2002年在该电站投资建设了一套2000t/a生产能力的现场铵油炸药生产系统,在上坝料的开采中使用了混装铵油炸药。主要取得了以下社会效益和经济效益:①改善了施工安全条件。由于装药车是现场混制炸药,在储备与运输环节中只有原材料,所以安全性高,消除了成品炸药在储、运环节的隐患。②能保证施工质量。混装铵油炸药为颗粒状炸药,流动性高,不存在粉状铵油炸药装药时药粉卡孔的现象,减少了卡孔造成的炮根与盲炮。③加快了施工进度。装药车单班作业能力为20t/班(每班8h),一台车就能满足洪家渡料场高峰期的作业强度。④有利于环境保护。不存在由于硝酸铵水溶液造成的“废水”污染和炸药与半成品含TNT、NaNO3 等有毒组分造成的危害,同时由于炸药呈颗粒状,相对于粉状铵油炸药,消除了炸药粉尘对装药人员呼吸道的危害。⑤不仅减少了投资,降低了炸药生产成本,同时钻孔爆破成本也相对节约。