水电站围堰拆除爆破技术

1.工程概况

深溪沟水电站位于四川省西部大渡河中游汉源县和甘洛县接壤处，坝址距上游汉源县城和下游乐山市金口河区分别约42km和22km。它是大渡河流域规划22级梯级开发中的第十八级水电站，同时也是瀑布沟水电站下游的反调节水电站。其枢纽建筑物沿坝轴线方向自左至右依次布置：左岸挡水坝、3 孔泄洪闸、1 孔排污闸、河床式厂房及2 条泄洪冲沙洞（与导流洞全结合）等建筑物。

深溪沟水电站导流洞共2条，导流洞进口围堰自下游至上游分别为1 号、2 号围堰。围堰结构复杂，上部采用混凝土重力坝，下部为预留岩坎，围堰内侧有多级混凝土台阶。围堰下基岩岩性为白云质灰岩和白云岩，河床基岩浅表呈中等透水性，上、下游围堰以含漂卵砾石层作为地基，漂石块径20～70cm，卵石粒径4～9cm，成分较杂，以花岗岩、砂岩、白云岩为主。

为保证围堰整体的稳定性，预留岩坎采用锚杆和锚索加固，并采用27 根长32m的预应力锚索将上部混凝土与下部岩坎进行锚固加固。

1 号、2 号围堰顶部宽约4m；从636.5m 高程拆除至616.0m 高程，拆除高度为20.5m；围堰轴线长度分别为48.0m、50.1m；616.0m 高程处底宽分别为13.7m、15.3m；1 号、2号围堰拆除总方量约9000m3。

根据工程提前分流的要求，导流洞围堰必须在2007 年10月底完成拆除工作。

2.工程特点

深溪沟水电站导流洞进口围堰与常规围堰相比，具有以下工程特点：

图9.4.8　预应力锚索图片

（1）预应力围堰。为保证围堰在汛期的稳定性，围堰上共布置了27束锚索，其中1 号围堰上布置了15 束锚索，2 号围堰上布置了12 束。锚索长约32m，设计载荷为2000kN，每孔锚索有12 根Φ15.24mm无黏结钢绞线，预应力锚索图片如图9.4.8所示。

（2）围堰内的锚索需切断。围堰拆除底616.0m高程以上锚索长度有20.5m，而锚索孔至闸门槽的最小距离只有17.5m，如在爆破拆除过程中不对锚索进行切断，爆破后处于自由状态的锚索将随水流飘至闸门槽附近，将影响闸门的正常启闭。

（3）部分围堰混凝土需保留。1 号围堰长度为48.0m，根据导流洞进口设计体型的要求，实际需拆除长度为46.2m，在1 号围堰下游侧有1.8m围堰混凝土需保留，作为进口垂直边坡，且作为636.5m高程以上护坡混凝土的基础使用。

2 号围堰长度为50.1m，实际需拆除长度为39.3m，在2号围堰下游侧有10.8m围堰混凝土需保留，作为进口边坡使用，坡比为1∶0.64，且作为636.5m高程以上护坡混凝土的基础使用。

（4）与防护对象近。导流洞进口围堰与永久建筑物距离较近，其中1 号围堰距离导流洞下游侧闸墩的最小距离仅为0.2～0.3m，2号围堰距离导流洞下游侧闸墩的最小距离为1.2m，且与进口明渠的右边墙紧连。围堰对岸约200m处为运行繁忙的成昆铁路。

（5）爆破块度控制要求高。深溪沟导流洞的平均坡降仅0.1%左右，且主流方向与导流洞进口轴线不一致，对冲渣不利；导流洞后期将作为泄洪冲沙洞使用，要求导流洞内的石渣尽可能被水流冲走。因此，要求爆渣粒径控制在30cm以下，其中大于30cm的块度不大于10%。

3.爆破拆除爆破设计

（1）爆破拆除设计总体方案。根据围堰的结构特点以及大渡河的水文情况，深溪沟导流洞进口围堰爆破拆除设计总体方案为：首先解除围堰预应力，然后进行堰内削薄处理，再根据水位情况分层爆破，同时结合试验情况，用爆破法或机械切割法对影响导流洞闸门运行的部分锚索进行处理。

1 号围堰平面、横剖面示意图如图9.4.9、图9.4.10所示（2 号围堰与1 号围堰结构相类似）。

图9.4.9　1 号围堰平面图（单位：m）

图9.4.10　1 号围堰横剖面图（单位：m）

（2）堰内削薄爆破拆除设计。由于深溪沟导流洞的平均坡降仅0.1%左右，流速相对较小，且主流方向与导流洞进口轴线不一致，对冲渣不利。因此，应尽可能减少最后一次爆破的方量，也即尽可能增大堰内削薄爆破的方量。

第一次削薄范围为623.0m高程以下部分，采用垂直浅孔，孔径42mm，孔深2.0～3.0m，孔间距1.2m，排距0.8m，炸药单耗0.6～0.75kg／m3。(www.xing528.com)

第二次削薄范围为625.0m高程以下部分（含625.0m），采用垂直深孔，孔径90mm，孔深4.0～9.0m，孔间距1.2m，排距1.0m，炸药单耗0.6～0.75kg／m3。

（3）分层爆破拆除设计。根据成都勘测规划设计研究院深溪沟项目部提供的水文资料，若10 月中旬拆除围堰上层，该时期水位变幅大，需根据水文气象预报选择适当的拆除水位，需考虑至少2年一遇洪水2410m3／s的影响，拆除最低高程应不低于628.5m；若10 月下旬拆除围堰上层，可按P＝10%旬平均流量1720m3／s 考虑，拆除最低高程为627.0～627.50m。经综合考虑，设计分两层进行拆除，第Ⅰ、Ⅱ层拆除分界高程确定为628.5m。

1）第Ⅰ层拆除爆破参数设计。第Ⅰ层拆除顶高程为636.5m，拆除底高程为628.5m，最大拆除高度为8m。布置6 排垂直炮孔，其中第三排为沿锚索孔中心线布置的需用潜孔钻机钻凿的深孔，其余均为用手风钻钻凿的浅孔，在第Ⅰ、Ⅱ层分界628.5m高程处布置有水平预裂孔。

深孔爆破参数：孔径90mm；垂直钻孔，孔深7.5m，孔底距水平预裂孔0.5m；最小抵抗线W＝1.2m；炮孔间距为1.4～2.5m；炸药为φ70mm乳化药卷；炸药单耗0.75kg／m3。

浅孔爆破参数：孔径42mm；垂直钻孔，孔深1.2～3.2m；孔间距1.25m，排距0.6～0.8m，梅花形布孔；炸药为φ32mm乳化药卷；炸药单耗0.6～0.75kg／m3。

采用孔内高段（MS13 或MS15）、孔间MS3 （局部MS2）、排间MS5 普通塑料导爆管雷管接力起爆网路。

2）第Ⅱ层拆除爆破参数设计。在第Ⅰ层拆除完成后，水位只有625.0m高程，经研究决定第Ⅱ层拆除顶高程在原设计628.5m高程的基础上再降低2.5m，因此，1 号、2 号围堰第Ⅱ层拆除实际高程为626.0m，拆除高度是10.0m。两个围堰的爆破参数基本相同，仅在边界上略有差异。

1 号、2号围堰垂直主爆孔爆破参数：采用潜孔钻钻孔，钻孔直径90mm；垂直孔梅花形布置；孔深9.4～11.5m；锚索孔连线上的垂直主爆孔的炮孔间距为1.25～2.0m（根据锚索孔的具体位置确定），其余垂直主爆孔的间排距为1.5m×1.5m；炸药单耗1.6kg／m3左右；主爆孔均采用φ70mm乳化药卷连续装药的装药结构；堵塞长度取1.2m；最大单孔药量约为40.0kg。

1 号、2号围堰浅孔爆破参数：采用手风钻钻孔，钻孔直径42mm；采用垂直孔；孔深0.9～3.0m；孔间排距为1.0m×1.5m；炸药单耗0.9kg／m3左右；采用φ32mm乳化炸药连续装药的装药结构；堵塞长度取0.5m；最大单孔药量约为2.1kg。

为了使围堰拆除爆破后留下一个平整的过流面，在616.0m高程处布置一排水平预裂孔，水平预裂孔爆破参数：钻孔直径42mm；孔距为0.4～1.2m，一般为0.8m；孔深1.0～3.4m；线装药密度400g／m；采用双股导爆索将φ32mm 乳化药卷绑扎成串状的装药结构。

采用孔内高段（1025ms）、孔间25ms（局部9ms）、排间65ms 的高精度塑料导爆管雷管接力起爆网路。

（4）围堰混凝土保护性爆破拆除设计。在1 号围堰下游侧有1.8m围堰需保留，作为进口垂直边坡；在2 号围堰下游侧有10.8m 围堰需保留，作为进口边坡（坡比为1∶0.64），且均作为636.5m高程以上护坡混凝土的基础使用。

为此，在第Ⅰ、Ⅱ层围堰拆除爆破中，该部位均采用“预裂—光爆双保护层”爆破拆除技术，即在围堰内侧最终边界处布置光爆孔，预留一定的光爆层厚度，平行于光爆孔布置预裂孔。

光爆孔和预裂孔均采用潜孔钻钻孔，孔径均为90mm，孔间距均为0.8m，光爆孔与预裂孔间距取1.0m。边墙预裂孔的线装药密度为400g／m，光爆孔的线装药密度为300g／m，均采用φ32mm乳化炸药药卷捆绑在双股导爆索上，堵塞长度取0.8m。

（5）围堰锚索切断试验与处理方法。由于围堰拆除的工期较紧，没有时间做专门的锚索切断爆破试验，只能结合第Ⅰ层围堰拆除爆破，进行了锚索爆破切断试验。

在炮孔布置上，在锚索孔的前后左右紧靠锚索孔布置4个深孔和在锚索孔左右紧靠锚索孔布置2个深孔的布孔方案；在装药结构上，采用对称装药和非对称装药两种装药结构。第1 次试验采用乳化炸药，爆破后，锚索没有被切断。又在第Ⅱ层顶部2.5m的拆除爆破中，进行第2次试验，紧贴并围绕锚索钻了4～5 个孔，在锚索的一侧装2 号岩石硝铵炸药，并装了15m左右的导爆索结加强起爆，爆破后，锚索仍没有被切断，只是锚索表皮有些被炸的痕迹。

分析锚索没有被炸断的原因：一是围堰上每孔锚索有12 根φ15.24mm无黏结钢绞线组成，从其预应力为2000kN就可看出锚索的抗拉强度非常大，不易被切断；二是由于无法采用高威力聚能装药结构形式，普通炸药的爆炸威力不够；三是在锚索预应力解除后，锚索顶部已处于自由状态，炸药爆破能量只是将锚索从顶部锚固墩中抽出，而无法炸断锚索。

对于本工程而言，围堰采用分层爆破法予以拆除，用爆破法切断锚索仅仅是试验，并不是必须的。在第Ⅰ层拆除完成后（拆除高度为8m），采用人工机械方法切断出露的锚索后，锚索长度已由20.5m变成了12.5m；在原第Ⅱ层拆除设计顶高程基础上降低2.5m后，又采用人工机械方法对出露的锚索进行切断，此时锚索长度又由12.5m 变成了10.0m。因此，1 号、2号围堰第Ⅱ层拆除爆破后，残留的锚索长度只有10.0m，小于锚索孔至闸门槽的最小距离17.5m，不会对闸门启闭产生任何影响。

4.围堰爆破实施与效果

2007 年10月16 日1 号进口围堰第Ⅰ层（636.5～628.5m高程）爆破，2007 年10月17日2号进口围堰第Ⅰ层（636.5～628.5m高程）爆破，2007 年10 月29 日1 号、2 号进口围堰第Ⅱ层（626.0～616.0m高程）同时爆破。

堰内削薄部分以及第Ⅰ层拆除爆破后，没有产生过多的飞石，爆破块度满足现场机械设备的铲装能力的要求；临近边坡以及距爆区只有0.2～0.3m的永久建筑物没有受到任何损坏；采用“预裂—光爆双保护层”爆破拆除技术后，边坡成型效果好，1 号、2 号围堰需保留部分残留半孔率达98%，达到了部分围堰混凝土保护性爆破拆除的目的。

1 号、2号进口围堰第Ⅱ层爆破时，两个围堰的起爆网路相对独立，1 号围堰用1025ms高段雷管作为起爆雷管，并将之与2 号围堰起爆点的雷管并在一起，用即发电雷管起爆，使1 号围堰迟后2号围堰1025ms起爆。爆破后导流洞实现了即时分流，从分流效果来看爆破块度达到预期效果；爆破飞石控制在安全允许范围内，没有对附近建筑物产生任何影响，正对爆区200m的成昆铁路正常运行也没有受到任何影响。

1 号、2号进口围堰拆除爆破安全监测结果表明，爆破在导流洞进口闸门槽、边墙以及进水塔产生的振动影响均明显低于设计的安全允许振速，爆破没有对进口闸门、进水塔、进口边坡以及新浇混凝土等防护目标产生危害影响。