山西禹门口水工围堰拆除爆破

1.工程概况

山西省河津县黄河禹门口提水工程一级站为岸边式取水建筑物。混凝土围堰顶高程384m，岩坎高程378～380m。围堰顶宽3～3.5m，圆弧段为1.5m。岩坎拆除底高程上游段为370.61m，下游段为369.9m。此高程拆除范围：顺水流方向长度46m，垂直水流方向最大长度14.5m。拆除工程量为：混凝土围堰350.5m3，岩坎陆上方量945.0m3，岩坎水下方量1640m3（水上与水下分界高程为380.5m）。

水下基岩为浅灰色至深灰色白云质灰岩，岩体风化溶蚀严重，有6 条由上至下的垂直于水流方向的贯通夹层。在374m和376m高程附近有不连续的水平破碎区。由于黄河流态紊乱、冲淤交替，覆盖层厚度不断变化，爆破期间一般为6m。

围堰及岩坎拆除爆破时，其防护目标为“两桥一线”、进水闸及主、副厂房建筑物等。一级站进水闸混凝土已浇筑至384.0m高程，主、副厂房部分混凝土已浇筑至390.0m高程。爆区与各保护对象间的最近距离为：闸墩前缘0.1m，拦污栅4m，叠梁闸门5.2m，主厂房12m，国家级通信线40m（上方），黄河铁路桥80m，公路桥67m。

2.爆破方案

一级站进水闸前沿与岩坎最大空间距离为1.5m。1 号闸墩牛腿伸入围岩凹处，其余牛腿紧邻混凝土围堰。为确保建筑物的安全，减少水下开挖工程量，在保证岩坎安全稳定和有一定宽度的钻孔平台的前提下，采用小药量控制爆破进行陆上开挖，增大岩坎与进水闸间的空间，减少岩坎水下爆破方量。经多次论证比较后，确定围堰及岩坎的拆除方案为：揭顶→削薄→岩坎一次爆除（图7.2.1）。

图7.2.1　混凝土围堰及岩坎拆除施工顺序图（单位：mm）

揭顶是将混凝土围堰由高程384m拆至380m。采用控制爆破方法，将混凝土切割成块，留在原地，由8t吊车吊走。削薄是将岩坎内侧宽约1～2.5m范围的岩石，采用浅孔爆破、光面爆破的手段分层爆破。岩坎一次爆除是在揭顶与削薄后，剩余的大部分岩体采用一次爆破的方法予以拆除。

3.岩坎一次爆破拆除设计

岩坎由进口段、直线段和出口段三段组成。进、出口段拆除部分呈圆台状，顶面为小圆弧平台、底面为大圆弧平台。直线段横断面为槽形，靠河床一侧为1∶0.2的边坡。

（1）爆破参数确定。为了弥补基岩地形资料不准，防止孔底抵抗线过大，采用小排距密孔的布孔方式。根据岩坎地形和开挖断面轮廓布孔，各段孔底、孔口的抵抗线、排距、孔距均不相同。

抵抗线：孔底为2.5～2.0m（上下游段）、孔口为1.0～0.8m；

排距：孔底为1.2～0.8m、孔口为1.0～0.5m；

孔距：孔底为2.2～1.5m（上下游段）、孔口为0.4～0.3m；

梯段高度：上游为（380.8-370.6）＝10.2m、下游为（380.5-369.6）＝10.9m；

超深、孔深：取超深为1m，当炮孔斜为30°时最大孔深为13.0m。

单位体积耗药量：上、下游段外侧炮孔按加强抛掷爆破选取炸药单耗，以利于打开自由面，保证爆破后开挖到位。内侧炮孔按松动爆破取炸药单耗，以求岩体破碎，又不致产生过大的后冲破坏。

岩坎爆破综合炸药单耗按下式计算：

计算得到本次岩坎爆破炸药单耗为1.4kg／m3。

各炮孔按岩坎外、中、内位置取不同炸药单耗。其平均数值为：开口段取1.90kg／m3；下游段取1.44kg／m3；直线段取1.29kg／m3；上游段取1.43kg／m3。

最大单段药量：取岩坎距叠梁门最近距离的断面作为计算断面，按类似工程的质点振动速度公式计算，振速为15cm／s时的允许单段药量为67.3～23kg。结合装药结构确定最大单段药量为24.1kg。(www.xing528.com)

总药量为2306.8kg；平均炸药单耗为1.40kg／m3。

（2）装药结构设计。

最外侧炮孔：上、下游段（包括开口段）采用药量集中于底部的装药结构，装药长度6.8m，保证上部堵塞长度在5m左右，不致因堵塞短而造成飞石。为避免因炮孔堵塞过长而使表面产生大块，地表布置1～2排手风钻孔，在该部位岩块脱离岩体后起爆，起解炮作用。

中间炮孔：上游段炮孔的孔底距较大，孔口距较小，下游段炮孔排距较小，采用变直径装药结构，孔底装大直径药卷，使孔体岩体充分破碎。其上部连续绑扎小药包，中间炮孔还需控制装药高度，使药包顶部内、外侧岩体厚度大致相等，以防止后冲向破坏和上部产生大块石。堵塞长度为1.2～2.0m。

内侧炮孔：为防止后冲破坏，选取较小单耗，根据单耗大小确定装药结构。堵塞长度3.0m左右。

炮孔内起爆结构：为了提高炮孔起爆的可靠性，孔内设2根导爆索，全孔药包均绑在导爆索上。由4个非电毫秒雷管引爆，其中2个绑在孔口以下1.5m处的导爆索上，两个绑在6m以下的药包内。

（3）爆破网路设计。开口段共8孔，孔内分别选用1～8 段非电毫秒雷管引爆。每孔设4个同段的雷管分为两组，每组塑料导爆管在孔外并联，由2个1 段毫秒雷管引爆。

下游段、直线段和上游段分两组采用复式交叉并串联网路。地面网路由塑料塑料导爆管MS3 非电毫秒雷管组成。

下游段孔内雷管选用MS5 段、MS6 段；直线段和上游段选用MS8 段、MS9 段、MS10段。下游段网路由MS6 段非电毫秒雷管引爆；直线段和上游段网路由MS4 段毫秒电雷管引爆。

4.安全措施

为了保证岩坎爆破能达到预想的效果，施工中除采用一般的工程技术措施外，还采取了一些特殊措施。

（1）水泥球封孔、套管护壁。由于炮孔四周裂隙与黄河连通，泥沙不断涌入孔内，加之孔壁的碎石使孔内淤积严重，冲孔无效。为了使药包顺利进入孔底，采取了封孔和塑料套管护壁的措施。

首先将打穿的炮孔用水泥球封堵，然后待水泥凝固后进行扫孔（即套原孔重钻）。在扫孔后，立刻放进6m或2m的塑料套管（外径90mm）2～3 节，由于下部岩石完整，套管放至孔底后，孔内回淤现象终止。

（2）爆破网路连接和结点防护。由于施工场地狭小，各炮孔孔口与孔底的前后位置不一致，炮孔起爆顺序按平面和断面图综合判断确定。为保证爆破网路准爆，采取了凭炮孔孔口和药串上的标志（孔号、结点号、雷管段别等）联网的措施。

因为地面炮孔分布过密，为了防止先爆结点碎片将后爆网路砸断，每个结点外套一段长30cm、外径40mm的胶皮管。网路上铺20cm厚的粗砂，再覆盖皮带和装砂的草袋。

（3）安全防护措施。为了保护邻近建筑物和国家通信线不受爆破飞石的破坏，采取了一系列防护措施。

进水闸前沿：进水闸共5 孔，每一孔均从底板起，用直径10cm的圆木横排至384m高程，并均匀布置三根竖向圆木增加防护体的强度，以保护叠梁门不受爆渣的直接撞击。

基坑：在381m高程以下约1000m3基坑空间内填成捆的树枝或麦草，并将其压紧。在381～384m高程堆2m宽的树枝。这一措施主要起减震作用，并减少进入基坑的石渣。

岩坎外水面防护：岩坎外边线长40m，设计水面防护宽度上游段为8m，其他地段6m。用两端固定在岸上的钢丝绳将两层竹排联在一起密布在紧靠岩坎的水面上，防止水下飞石冲出。

主厂房防护：为了保护厂房内的楼板、过道等薄弱部分，在未封顶的390.5m高程的墙上，间隔2.5m放置长12m的工字钢或槽钢，然后在其上铺一层4cm厚的木板。

5.爆破效果

禹门口岩坎于1991 年6 月3 日11 时45 分准爆，虽因黄河水位上涨，基坑由放空状态变为充水状态，起爆网路干线铺设由陆上变为水下，但仍取得了较好的爆破效果，破碎的岩块大部分通过竹排下面抛出水面，岩坎上的尼龙网完好无损。进水闸、主厂房及“两桥一线”未受到飞石的威胁，叠梁门也未受到任何破坏影响，仍正常挡水。除个别点外，基础部位质点振动速度控制在允许范围内，岩石破碎块度基本满足1m3抓斗的出渣要求。