水工围堰拆除爆破的成果

1.工程概述

构皮滩水电站位于贵州省余庆县构皮滩镇上游1.5km的乌江上，上游距乌江渡水电站137km，电站装机容量3000MW，是乌江干流和贵州省最大的水电站。

为了确保2007 年汛期前大坝导流底孔顺利泄洪，要求水垫塘467.0m高程以下全部工程以及透水面以下工程必须在2007 年4月30日前完成，因此，构皮滩水电站下游围堰拆除应在2007 年12月上旬完成。

构皮滩水电站下游围堰为碾压混凝土围堰，由1～11 号堰块组成，长度204.3m（围堰纵剖面图如图6.2.8所示），其中1 号、2 号、3 号堰块为C20 混凝土，其余堰块外部2.0m为C30混凝土，内部为C15 碾压混凝土。围堰拆除高程为440.0～464.6m，从围堰横剖面看：围堰顶宽为8.0m，上游坡面的上部8.0m为直立面，其下部为1∶0.7 的坡面；下游坡面则为直立面，拆除总方量4.75 万m3。

爆破拆除最大的难点为：下游围堰为部分拆除，部分保留，爆破拆除后，在保留部分的基础上将浇筑一定高度的混凝土作为二道坝使用；同时由于堰内的出渣困难，要求在爆破过程中，爆渣要尽量向下游抛掷，上游则要求塌落量尽可能少。总之，本次围堰拆除工程施工难度大，技术要求高。

图6.2.8　构皮滩水电站下游围堰纵剖面图（单位：m）

二道坎和围堰的组合设计在国内类似工程中没有现成的实例，为了保证二道坝的安全，首先结合现场施工进行爆破试验，根据试验成果，调整爆破参数、起爆网路等，从而实施大型碾压混凝土结构保护性拆除爆破，同时通过爆破振动监测、声波爆破前后的对比测试，分析爆破对保留堰体的影响程度，对爆破效果作出安全评价。

2.现场爆破试验（10～11 号堰块拆除）

爆破试验选择在10～11 号堰块，10号堰块的拆除底高程442.5m，11 号堰块的拆除底高程为440.0m，拆除高度分别为22.1m、24.6m。

（1）主要爆破参数。钻孔直径D：堰顶（宽8.0m）采用CM351 钻机钻孔，后部三角体采用YQ100B型三脚架钻机钻倾斜孔和光爆孔，钻孔直径D＝90～100mm，最后两排炮孔较浅，采用手风钻钻孔，钻头直径D＝38～42mm。

最小抵抗线W：由于围堰下游面为垂直面，按前抛后松设计要求，取最小抵抗线W＝2.5m。

孔距a：根据钻孔深度、最小抵抗线等因素进行设计调整，第一、二排孔孔距取2.5m，第三排孔孔距取2.0m；第四～六排孔孔距取3.0m，第七排孔孔距取2.5m，为改善爆破效果，第五、六、七各排间隔一个孔又加了一个辅助装药孔；其余第八、九、十排孔采用手风钻浅孔（只有11 号堰段有第十排孔），孔距取1.5m。

排距b：根据各排孔作用及爆破效果的要求，炮孔排距在1.5～3.0m选取。

超钻ρ1：由于在围堰爆破拆除底高程处采用光面爆破，没有超钻问题。但装药孔孔底距光爆面的距离是需要控制的，预留过大、光爆面上部会出现大块或炸不开，过小则可能损坏光爆面。抛掷孔取ρ1＝-1.5m（孔底有0.5m用竹筒做成的空气垫层），深孔取ρ1＝-1.0m，浅孔取ρ1＝-0.5m。

孔深L：孔深根据拆除高度、超钻值等加以确定。

炸药单耗K′：本次爆破为露天大体积混凝土爆破，碾压混凝土强度和硬度相当于中硬岩石，炸药单耗在0.5kg／m3左右，考虑到围堰拆除特殊性和前抛后松的要求，故采用“定位调整炸药单耗”的设计思想，对不同炮孔选择了不同的单耗。第一排取0.6kg／m3；第二排爆孔装药量要大于第一排才能尽量多地抛出，故取0.7kg／m3；第三排顶部8.0m不允许后抛，故取平均单耗0.35kg／m3，下部取0.6～0.8 kg／m3；第四排取0.8kg／m3；第五、六排取0.7kg／m3；第七排取0.6kg／m3；第八、九、十排为减少后翻爆渣量，取0.3kg／m3。

（2）光面爆破参数。在10号堰段442.6m高程、11 号堰段440m高程以及拆除高程变化分界处钻凿水平光爆孔，光爆孔的爆破参数如下。钻孔设备：YQ100B潜孔钻机；钻孔直径：φ90mm；钻孔间距：0.8～1.0m，深孔部位取大值，浅孔部位取小值；线装药密度取500g／m；炸药采用φ32mm的2 号岩石乳化炸药；孔口堵塞长度取1.0m；孔口1m处减弱装药。

（3）预裂爆破参数。在围堰两端，即11 号堰段与岩石边坡衔接处布置倾斜预裂孔，10号、9 号堰段间布置垂直预裂孔，预裂孔孔底高程至相应堰块的拆除高程，布孔参数与光面爆破参数基本一致，平均线装药密度取350g／m。装药结构为：孔口1m减弱装药，底部1m加强装药。

（4）药量计算。单孔装药量按下式计算：

式中：Q为单孔装药量，kg；K′为单位用药量，kg／m3；a 为孔距，m；W 为最小抵抗线，m；H 为拆除高度，m；b 为排距，m。

由于围堰的拆除底高程不同，相应的装药量及装药结构也不同。(www.xing528.com)

光爆孔、预裂孔用药量分别按下式计算：

围堰拆除爆破装药结构横剖面图如图6.2.9 所示。

在爆破试验中，实际布置了207 个炮孔，其中主爆孔107 个，手风钻孔47 个，光爆孔30个，预裂孔23 个。共装药5064kg，其中φ70药卷4300kg，φ32药卷764kg。单孔装药量为1～99kg，最大单段药量为99kg。采用孔间、排间接力起爆网路：孔内MS15 段导爆管雷管，孔间MS3 段雷管，排间MS5 段雷管，共分143 段，孔外接力传爆时间为1640ms。

（5）爆破效果。2006 年11 月30日12时30分准时起爆，爆破后2／3 以上的爆渣按设计预期抛向下游侧，爆破块度均匀。通过试验发现，堰体下游垂直面第一排炮孔在底部存在45°角的下向拉裂，上游侧存在局部三角区残留，说明第一排孔深还应减小，而下游侧药量偏小。爆破振动监测资料表明，爆破振动控制的较好，如右岸危岩体上实测爆破振动速度为：0.23～1.7cm／s；大坝415m高程灌浆廊道内实测爆破振动速度小于仪器触发振动速度（小于0.015cm／s）；保留堰体廊道内9 号、10 号堰体分界线处（监测二道坝帷幕灌浆区）实测爆破振动速度为4.90～6.69cm／s。

3.1～9 号堰块保护性爆破拆除

根据10号、11 号堰块爆破试验的效果，对1～9 号堰块的爆破参数进行了适当调整，并于2006 年12月10日13 时成功进行了爆破。

图6.2.9　构皮滩水电站围堰拆除爆破装药结构横剖面图（单位：m）

（1）爆破参数。根据爆破试验成果，爆堆形状基本满足要求，爆破振动控制在安全允许范围内，声波测试结果表明爆破影响深度在0.7m以内，说明定位调整炸药单耗的设计、空气垫层起到了很好的效果，水平光爆参数、单段药量控制合理。

1～9 号堰块保护性爆破拆除爆破参数与试验段的爆破参数基本相同，只是根据试验结果，为防止围堰下游面出现拉裂破坏，在第一排的装药结构上做了适当调整，孔底空气垫层由0.5m调整为1.5m。

1～9 号堰块爆破时，共布置909 个炮孔，其中主爆孔552 个，手风钻孔202 个，光爆孔155 个。实际装药量16804.8kg，其中φ70炸药14751.9kg，φ32 炸药2052.9kg，最大单段药量为90kg。采用孔间、排间接力起爆网路，孔内采用MS13段导爆管雷管，孔间采用MS3 段导爆管雷管，排间采用MS5 段导爆管雷管，共分342段，孔外接力传爆延期时间为2850ms。

（2）爆破效果。2006 年12 月10 日13 时准时起爆。爆破后爆渣绝大部分抛向下游侧，爆破块度均匀，完全符合设计意图。爆破时进行了振动监测，实测资料表明，爆破没有对周围需保护对象产生破坏影响。

右岸430m高程尾调公路边实测爆破振动速度为0.51～0.64cm／s；右岸580m高程挡墙顶部岩石上实测爆破振动速度为0.19～0.27cm／s。

基坑内混凝土50m处实测爆破振动速度为1.01～1.12cm／s；基坑内左侧边坡处实测爆破振动速度为0.05～6.84cm／s。

大坝415m高程灌浆廊道内实测爆破振动速度小于仪器触发振动速度（小于0.05cm／s）。

左岸2 号公路上部岩体实测爆破振动速度为0.75～1.47cm／s；左岸510m高程泄洪洞出口平台实测爆破振动速度为0.88～1.52cm／s；均小于相应的安全控制标准。

爆后巡查未发现测点附近混凝土结构、混凝土喷层及岩石有明显破坏迹象。

清渣后，堰体保留面平整，光爆孔半孔率在90%以上。并通过同孔、跨孔声波测试法检测保留堰体的质量及受爆破影响的范围。爆破前后声波测试结果表明：下游碾压混凝土围堰4～10号堰块各测区爆后未受爆破影响部位的跨孔平均波速在4371～4718m／s，同部位同孔声波平均波速在4650～4849m／s，同孔声波波速略高于跨孔，但两者误差在允许范围内。

同孔声波测试结果主要反映测孔壁附近浅层混凝土波速沿高程方向分布，更利于反映混凝土分层对波速影响；跨孔声波测试的是两测孔之间测试断面上混凝土波速均值，两者测试范围有所不同，后者偏重反映测试断面上混凝土整体受爆破影响状况。

未受爆破影响区域波速主要受混凝土分层碾压及碾压密实度的影响，沿测孔高程方向波速局部呈现“锯齿”状波动，但仍基本保持在4000m／s 以上，个别部位降至3700m／s左右。从6 号、8号堰块声波测试结果分析，对于原碾压混凝土层中存在缺陷部位，爆破影响深度局部可至442.5m高程保留面以下约2m，主要表现为使原缺陷部位波速进一步降低。跨孔声波测试结果表明爆破对测试断面上保留混凝土体影响深度一般控制在0.3～0.7m以内，同孔声波测试结果表明爆破对测孔部位保留混凝土体影响深度一般控制在0.5～0.9m以内，两者差别不大。结合各测孔注水调查结果来看，本次围堰拆除对爆破危害效应控制总体较好，基本达到了设计的预期要求。