大峡水电站导流明渠进口岩坎拆除爆破技术

1.工程概况

黄河上游的大峡水电站，是一座以发电为主的大型水利水电工程。一期左岸明渠施工进口处采用预留岩坎挡水。要求在主河床截流合龙两天前将预留岩坎拆除。

预留岩坎高9.5m，岩坎顶长70m，岩坎底宽25～35m，爆破拆除总方量为1.38万m3。明渠进口在平面上呈喇叭状，上口宽约80m，下口宽约60m。岩坎轴线从右岸斜向左岸上游，与水流方向斜交；与明渠中心轴线夹角为120°；与两岸边底部接触长度分别为25m、35m。靠左岸边上游25m 处为斜坡地段，属单向爆破地形。岩坎挡水坡面为自然边坡，坡面角仅有30°，坡面上覆盖3～4m厚的虚渣，河床水位很高，施爆时仅比坎顶低1m。因此，爆破岩渣向上游抛出需要克服诸多阻力。岩坎背水边坡为人工边坡，坡面角约70°，自由面条件较好。

岩坎地质属破碎状至层状结构，断层裂隙发育，多为高陡倾角，断层与裂隙近似斜交。裂隙以P1—P2 结构面为主，总体倾向河床。基岩透水性以裂隙水为主，透水量与河床水位升降有直接关系。岩坎体形成过程中，受开挖爆破重复振动影响，致使地质条件进一步恶化，爆破裂隙多、原生裂隙张开、透水量增加等，爆破施工难度很大。

图7.2.26　岩坎开挖与爆除示意图（单位：m）

Ⅰ—第一次岩坎开挖0.27 万m3；Ⅱ—第二次岩坎开挖0.70万m3；Ⅲ—最后一次岩坎开挖1.38万m3

2.爆破方案

岩坎上游没有建筑物和居民点，因此主要考虑对下游建筑物安全的影响。由于时间紧迫，根据施工条件，经研究比较决定，采用分区分次爆破方案，将整个围堰进行减高、削薄处理，首先将1453.0m高程以上部分进行拆除，然后进行堰内削薄，最后将预留的岩坎采用硐室双向抛掷爆破一次完成岩坎拆除方案。岩坎开挖与爆除程序如图7.2.26 所示。

3.硐室爆破法和围堰拆除方法设计

采用以硐室双向抛掷爆破为主（使大量岩渣抛向上游河床，少量岩渣抛入下游聚渣坑）、大块石预碎爆破和沿两侧边坡预裂爆破为辅的水下抛掷爆破方案。

（1）药室布置。在靠近岩坎挡水面布置一排副药包，其后布置一排主药包。首先起爆副药包，爆破瞬间为主药包开创向上游爆破的自由面，使大量岩渣抛向上游河床，少量岩渣抛入下游聚渣坑。共布置药包22个，其中副药包12 个，主药包10 个。通过开挖5 条总长度220m的导洞完成22个药室开挖。为便于排水，导洞和药室底部布置于同一高程上。药室平面布置如图7.2.27所示，双向抛掷爆破剖面布置如图7.2.28所示，单向抛掷爆破剖面布置如图7.2.29 所示。

（2）硐室爆破。

1）爆破作用指数n。据地形条件和爆渣向上游强抛的要求，选定主药包n＝1.6，反演其向下游的n＝1.28；副药包n＝1.3。

2）最小抵抗线W。根据爆渣向上游多抛、向下游少抛的要求，W 存在下列关系：

式中：W 副为副药包最小抵抗线；W 上为主药包向上游抵抗线；W 下为主药包向下游抵抗线。另外，副药包最小抵抗线W 副按下式计算：

图7.2.27　药室平面布置示意图（单位：m）

图7.2.28　双侧爆破设计剖面示意图（单位：m）

图7.2.29　单侧爆破设计剖面示意图（单位：m）

式中：h1 为副药包中心至岩面的最小距离；h2 为水深；α为水深折算系数。

主药包最小抵抗线W 上按垂直于副药包的上破裂线（设计其破裂角为65°）取值并按下式计算：

而W 下＝（1.15～1.25）H，H 表示主药室中心至地表的垂直高度。(www.xing528.com)

经计算：W 副＝（4.8～5.2）m；W 上＝（6.2～6.5）m；W 下＝（7.3～7.7）m。

3）药包间距与排距。

药包间距：a主＝（7.8～8.0）m；a副＝（6.0～6.3）m。

药包排距：b＝7.0m。

4）药量计算。药室药量按下式计算：

式中：e 为炸药换算系数，采用水胶炸药时e＝0.9；k 为标准抛掷爆破炸药单耗，取k＝1.8kg／m3。

由于需克服挡水坡面虚渣的阻力，副药室的药量按计算药量增加20%装填。药室总装药量为水胶炸药16.03t。各药室装药量见表7.2.7、表7.2.8。

表7.2.7　主药室装药量（共计11847kg）

表7.2.8　副药室装药量（共计4182kg）

（3）辅助孔爆破参数。在主药包上部布置垂直辅助孔，孔深6m、孔径150mm，51个孔共装乳化炸药2300kg。

（4）预裂孔爆破参数。沿两岸设计边坡布置预裂孔，预裂孔孔深10m，左右两边孔径分别为90mm、150mm，60个预裂孔共装乳化炸药670kg。

（5）分段起爆部位和起爆药量。爆区距下游建筑物的边墙、底板85m，距纵向导墙、溢流坝段（指闸墩处）分别为1145m、260m，设计允许质点垂直振速分别为13cm／s、6cm／s和3cm／s。

按振速计算的最大单段药量：

式中：Q为最大单段药量，kg；R 为爆区距建筑物的距离，m；v 为振速，cm／s；K 为介质系数，取K＝132.93；a 为衰减系数，取a＝1.538。

经计算得，边墙、底板，纵向导墙，溢流坝段最大单段药量分别为6597kg、7251kg、10821kg。

根据最大单段起爆药量不大于5500kg 进行控制，为尽可能发挥药室药包的共同作用，确定分为4段起爆，起爆间隔时间为：0ms、50ms、75ms 和110ms，相应的起爆部位和起爆药量见表7.2.9 所示。岩坎爆破拆除总装药量为19t。

表7.2.9　分段起爆部位和起爆药量

（6）起爆网路设计。采用双套并—串—并连接网路。即每3 发毫秒电雷管并联为一组，每一条支路串联26 组，然后两条平行支并联于母线处。本工程爆破拆除施工，严格按照上述设计要求进行，并进行现场监测与录像跟踪。

4.安全防护措施

在预留岩坎前沿进行帷幕灌浆，以减少渗水量，确保岩坎安全。在预留岩坎背水边坡的坡脚开挖聚渣坑，开挖尺寸为80.0m×40.0m×5.0m。

5.爆破效果

1993年11 月18日，截流合龙前两天准时起爆，起爆后爆渣向上游充分抛掷，向下游则抛掷左岸边坡处，较彻底地拆除了岩坎。爆破达到了安全准爆、完全拆除挡水岩坎的预期效果，实现了导流明渠及时分流。