围堰拆除爆破工程

爆破工程消耗量定额(GYD-102-2008)宣贯辅导讲座第十讲 围堰拆除爆破工程吴新霞、刘美山、张正宇 1 围堰拆除爆破工程简介    工程爆破名词术语1中定义“围堰是一种用于维护修建水工建筑的基坑，保证施工能在干地上顺利进行的临时性挡水建筑物。在完成工程的施工导流任务后，如果对永久性建筑物的运行有妨碍还需进行拆除。”由土或石料填筑的围堰一般采用机械设备或人工挖掘或扒缺口冲渣拆除，而对于混凝土、岩石等有一定强度的围堰目前大多采用爆破法拆除。1.1 围堰的分类     围堰常用于水利工程和港口工程，按围堰的填筑材料性质分，需采用爆破法拆除的围堰主要有以下几类：（1）混凝土围堰，如：三峡三期上游碾压混凝土围堰、沙溪口二期上游混凝土围堰、岩滩碾压混凝土围堰等。图1 三峡三期上游碾压混凝土围堰拆除爆破（2）预留岩坎：如大朝山水电站尾水洞出口围堰、小湾水电站导流洞围堰、溪洛渡水电站导流洞围堰、构皮滩水电站导流洞围堰、白莲河抽水蓄能电站引水洞围堰等。预留岩坎运行期为安全度汛，一般在岩坎的顶部修筑了混凝土挡墙，拦截超标准洪水。还有的在上部修筑浆砌块石挡墙，如彭水水电站导流洞上游围堰。图2 小湾水电站导流洞上游围堰拆除爆破（3）塑性混凝土心墙土石围堰：如葛洲坝大江围堰、三峡二期及三期下游围堰等。图3三峡工程二期上游围堰防渗墙拆除爆破按围堰内施工建筑物的种类分：（1）导流洞围堰：如溪洛渡,小湾,构皮滩等工程的导流洞围堰。图4 构皮滩水电站导流洞围堰拆除爆破  （2）引水洞或尾水洞：如大朝山尾水洞出口围堰,白莲河抽水蓄能电站进(出)口围堰等。 图5 大朝山水电站尾水洞出口围堰拆除爆破（3）主河床围堰：如葛洲坝大江,三峡二期及三期下游,构皮滩下游混凝土围堰等；图6 葛洲坝大江围堰拆除爆破（4）船坞码头围堰：如黄岛、马峙、2458工程等船坞围堰。图7 马峙船坞围堰拆除爆破1.2 围堰拆除爆破工程分级管理    正在执行的国家标准爆破安全规程（GB6722-2003）规定“硐室爆破工程、大型深孔爆破工程、拆除爆破工程以及复杂环境岩土爆破工程，应进行分级管理。”部分爆破工程类别的分级标准见表1.1。表1.1 部分爆破工程分级标准爆破工程类别 爆破工程按药量Q(t)与环境分级A BCD水下深孔爆破5020Q<505Q<200.5Q<5复杂环境深孔爆破5015Q<505Q<151Q<5拆除爆破0.50.2Q<0.5 <0.2-拆除爆破环境条件环境十分复杂 环境复杂环境不复杂-一、二级水利枢纽围堰三级水利枢纽围堰 四、五级水利枢纽围堰-注：环境十分复杂指爆破可能危及国家一、二级文物、极重要设施、极精密贵重仪器及重要建（构）筑物等保护对象的安全；环境复杂指爆破可能危及国家三级文物、省级文物、居民楼、办公楼、厂房等保护对象的安全；环境不复杂指爆破只可能危及个别房屋、设施等保护对象的安全。    围堰拆除爆破工程同时具有拆除爆破、水下深孔爆破和复杂环境岩土爆破等工程爆破特点，且爆破环境复杂，一般属B级及以上工程爆破，且大多数属A级爆破，因此应按相应规定进行设计、安全评估、审批及施工。1.3 围堰拆除的难点（1）周围环境复杂，爆破安全要求高    爆破区紧邻进水口、大坝或船坞等需保护建筑物,有的还有民房。有的电站进水口围堰爆破时，距爆区不足20m就有拦污栅或钢闸门需保护。    控制的项目有：爆破振动，水击波及动水压力，涌浪，飞石，噪声等。特别是飞石和涌浪，在警戒范围确定不合理时，可能对人员产生危害。    因此需对起爆顺序及单响药量进行严格控制，使得爆破网路施工量大。（2）地形地质条件变化大，钻孔精度控制难    岩坎围堰的水下地形不准确，使得钻孔难度大。特别是有的岩坎迎水面地形变化大，受条件限制只能打缓倾角的水平孔，孔深有的达40多米，钻孔精度难以满足要求。钻孔过程渗水严重，有的甚至产生塌孔等。    塑性混凝土心墙围堰，心墙厚度小而深度大，部分还存在灌浆用的钢管，钻孔难度大、精度要求高。（3）拆除爆破规模大，工期紧，施工强度大    一般围堰拆除最后一次爆破方量较大，如三峡（20多万方）、小湾（2.6万方)、构皮滩(1.1万方)、溪洛渡（11个围堰共20多万方），具有炮孔数量多、装药量大等特点。（4）爆破块度和爆堆形状控制要求高，水下出渣难度大     许多围堰拆除时要求不出渣或少出渣，一般爆破块度要求90%小于30cm，并保证爆堆有一个最底点低于堰前水位（堰内不能充水），就能满足爆破瞬间分流，如小湾、构皮滩等。2 围堰拆除爆破设计    爆破工程消耗量定额（GYD-102-2008）第四章拆除爆破工程中的4.5节为“围堰拆除爆破工程”，该节说明中指出“本定额适用于混凝土或钢筋混凝土围堰、岩坎、防渗墙等的拆除爆破”，分钢筋混凝土心墙围堰、碾压混凝土围堰及岩坎围堰分别给出了定额工程量。2.1 爆破拆除的炮孔布置基本方式（1）心墙围堰    心墙围堰一般在心墙顶部布置炮孔，沿心墙轴线呈直线或梅花形布置，一般a=(0.81.2)b。图2-1 心墙围堰炮孔布置示意图（平面）    GYD-10-2008中给出的是钢筋混凝土心墙围堰拆除的工程量定额，而实际工程中土石围堰的心墙大多为塑性混凝土，塑性混凝土心墙中布置有钢管，其爆破难度及工作量不低于钢筋混凝土心墙，因此，可按钢筋混凝土心墙围堰拆除的定额工程量来计算工程量。从图2-1可以看出，心墙厚度越小、炮孔间距也越小，爆破单位立方米心墙所需工作量及材料也增加较大。（2）混凝土围堰    除三峡三期RCC围堰采用了预埋药室定向爆破拆除方案外，其余混凝土围堰一般采用钻孔爆破。碾压混凝土围堰断面与重力坝相似，一般迎水面为直立面，背水面坡度约为1：0.72，成阶梯状，堰顶宽度根据交通需要设置，一般大于2m小于8m。条件允许时尽量布置竖直孔或大倾角的斜孔，如只能在堰后布置缓倾角水平孔时，尽量避免将炮孔布置在混凝土浇筑的层面上。图2-2 碾压混凝土围堰炮孔布置示意图（剖面）    岩坎上的临时挡水混凝土子围堰，一般高度不大，少量的布有钢筋，在枯水期拆除围堰时，可对子围堰进行预拆除。一般采用手风钻进行爆破拆除。（3）岩坎围堰    岩坎围堰堰外迎水面地形起伏较大、坡度较缓，且难以测量出准确地形，表层受水流冲蚀作业有沟槽，并覆盖有洞口边坡开挖滚落的大块石，地形地质条件对爆破极为不利。设计时应考虑能利用堰顶、非临水面等无水区进行钻爆作业。依据工程实际情况，岩坎拆除爆破对爆渣的要求分为二类：导流洞围堰爆破后利用水流冲渣；船坞岩坎以及电站取出口、尾水洞外的岩坎爆破时要求石渣不能影响闸门槽等需保护物，且石渣破碎利于水下清渣，无论何种情况，均要求被爆体充分破碎。爆破孔布置基本形式有：竖直孔、扇形孔、缓倾角水平孔、大倾角斜孔与缓倾角水平孔相结合的爆破，有时还布置小硐室与钻孔相结合的爆破。图2-3 岩坎围堰炮孔布置示意图（剖面）2.2 爆破参数的确定（1）炸药单耗    围堰水下爆破单耗一般为常规爆破的2.334.08倍2，即使无水条件下单耗也较常规爆破增加50100%。一般20m水深部位采用常规乳化炸药单耗应达1.52.0kg/m3，单耗取值较高的原因是保证1孔未正常起爆的条件下,其它周边孔爆破可将该孔应爆破的岩体破碎。（2）孔间排距    根据钻孔直径，必要时考虑下套管，确定最大允许的药卷直径，由此确定线装药密度，再根据炸药单耗和药卷允许直径等，反推孔间排距。一般尽量采用方形布孔，便于起爆网路设计。（3）装药结构    尽量采用连续装药，一般在孔口段可适当采用小药卷，控制飞石。一般水深超6m时飞石难以逸出水面，因此，在水深小于6m范围装小药卷。（4）预裂和光面爆破    预裂和光面爆破参数与陆地爆破基本相同，仅线装药密度适当增加20%-50%。2.3 爆破安全控制标准    围堰拆除爆破爆区周围有大量需保护物，应合理确定各类需保护的安全控制标准，爆破安全控制标准过严将影响爆破方案实施；爆破安全控制标准过松将不能保证爆破安全。一般爆破安全规程（GB6722-2003）中有规定的按规范执行，此外还可针对工程特点及类似工程经验分析比较进行确定。重要工程的重点部位还采用数值分析计算确定爆破安全允许标准，如：三峡工程三期RCC围堰拆除时的大坝允许振动速度、小湾导流洞进口围堰拆除时的进水口闸墩3等水工结构物允许振动速度。以下给出部分工程的允许振动速度标准，仅供参考。表2-1 葛洲坝上游围堰混凝土心墙拆除爆破安全振速控制标准防护对象名称爆源距防护对象最小距离（m）允许振速（加速度）（cm/s）备注二江正在运行的电站8000.5对爆破振动起控制作用的是基础帷幕灌浆等。大江电厂前混凝土护坡605.0 灌浆廊道2.5 大江冲沙闸4802.5 大江厂房8#机行车梁牛腿5.0（1g） 大江船闸升楼顶楼 2.5 1#船闸4200.41 高压输电线增基础160 3.0 靠船墩290 5.0 大江电厂基础帷幕灌浆区250 1.2 表2-2 禹门口上游岩坎拆除爆破安全振速控制防护对象名称 爆源距防护对象最小距离（m）允许振速（cm/s） 备注闸墩前缘1.515.0 对爆破振动起控制作用的是闸墩前缘和公路桥台等。栏污栅3.515.0 叠梁闸门4.715.0 主厂房 11.5 15.0 黄河山西侧铁路桥台 80.0 5.0 公路桥台67.05.0 公路锚锭洞 70.0 5.0 表2-3 三峡三期上游围堰拆除爆破安全振速控制标准防护对象名称 允许振速(cm/s) 备注设计校核 上游坝踵处5 10 坝顶 10 20 厂房基础5 5 帷幕灌浆区2.55 行车轨道(停靠点) 5 位置可变厂房内机电设备(正常运行)0.5 0.9 厂房内机电设备(未运行)23 与纵向围堰连接处上游坝面1518.5 此处距离爆源最近电站引水管进口处(钢闸门门槽) 5       葛洲坝围堰拆除爆破是在1986年，三峡三期RCC围堰拆除爆破是在2006年，从表中可以看出帷幕灌浆区以及机电设备的允许振动速度有所提高。2.4 起爆网路设计    首先应根据爆破安全允许标准、场地的爆破有害效应传播规律及防护目标相对位置，确定最大允许单段药量，再进行起爆网路设计。最大允许单响药量采用下式计算：Qm=（ V / K ）1/?R 3 （2-1）式中：Qm最大允许单响药量，kg；V控制点允许质点振速，cm/s；R控制点至爆源的距离，m；K，与爆破区地形、地质条件有关的系数和衰减指数，表2-4列举了一些围堰及岩坎爆破的实测值。表2-4 国内若干工程围堰及岩坎爆破质点振速观测所得的K，值工程名称 地质条件K 备注2458工程 中细粒花岗岩 3151.81 垂直方向禹门口工程白云质灰岩7.88.01.186