大藤峡水利枢纽工程筑岛水下爆破方案设计与应用
时间：2023-06-05 08:20:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
陈佳培 任 磊 何 倩
(南京市水利建筑工程有限公司，江苏 南京 210000)
近年来，随着水利行业的不断发展，原来水深条件不足的航道均需浚深。在水中、水底或水下固体介质内进行的爆破施工称之为水下爆破。水下爆破是水利工程爆破的一个重要组成部分，已广泛应用于水利水电、航道疏浚、水下挤淤筑堤、围堰爆破拆除等工程领域。
大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，枢纽工程任务为防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用。水库正常蓄水位61.00m，汛限水位47.60m，死水位47.60m，总库容34.79亿m3，总装机容量1600MW，为Ⅰ等大(1)型工程。
下游引航道口门区桩号为航下2+190～航下3+861.25，尾部为转弯段，轴线处转弯半径为1400m。其中航下2+190～航下2+711段设计开挖底高程为15.35m，航下2+711～航下3+861.25段设计开挖底高程为16.65m，两段以1 ∶4的斜坡相接。口门区左侧开挖边坡设2级马道，马道高程分别为25m、35m，宽度均为3m。
下引航道口门区航下2+190～航下3+248.28段左右岸开挖边坡需采用雷诺护垫或混凝土护坡进行防护，在围堰保护下形成干地施工；
航下3+248.28下游左右岸开挖边坡不进行支护，无围堰保护，需进行水下爆破施工。
下游引航道口门区航下3+248.28～航下3+861.25段在黔江岩滩和河床通过，地形略有起伏，地面高程一般为15～25m。开挖区覆盖层零星分布，主要为砂砾石，下部基岩为郁江阶下段的灰岩，岩溶发育。
3.1 气象
黔江流域地处我国低纬度地带，属亚热带季风气候区，夏季高温湿热，暴雨频繁，秋季常受台风入侵影响，冬季严寒天气很少。
坝址附近多年平均年降水量1702.9mm，多集中于4—8月，约占总量的70%；
多年平均相对湿度80%；
坝址附近的桂平站多年平均风速1.2m/s，最大风速12m/s，相应风向为SSW。
本工程位于亚热带季风气候区，气温在零度以下天数仅为2～8天，河道无结冰流凌情况。
3.2 洪水
西江流域洪水由暴雨形成，较大洪水一般每年的4月开始，至10月结束，5—9月是暴雨洪水的多发季节，尤以6—8月最多，特大暴雨洪水主要发生在6、7两月。施工时洪水考虑龙滩水库的调节(见表1)。
表1 施工分期设计洪水成果
3.3 周边环境
根据现场实际情况，下游引航道口门区周边环境复杂，爆破有害效应控制要求严格，主要情况如下：
该段被爆区，距业主一期管理营地最近距离约120m，距下游砂石加工系统最近距离约210m，同时，左岸岸坡坡脚处有混凝土挡墙、排水渠等建筑物，坡顶有变压器房等临时设施，左岸坡顶高程为44.50m，该段钻爆平台高程为26.50m，高差为18m，主河道还有航行船只。
4.1 爆破工程等级
下引航道口门区爆破为水下钻爆爆破，一次爆破药量控制在5～10t。根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)规定，水下钻孔爆破一次用炸药量为1≤Q<10t时，爆破工程等级为B级。为此，本工程爆破工程等级为B级。
4.2 爆破总体施工程序
船闸下游口门区石方开挖采用填渣钻爆作业法进行。根据现场实际情况，下游引航道口门区水位常年处于25.00m以上，为保证施工安全，填渣平台需高出水面1～2m，平台顶部高程暂定为27.00m，回填范围需全面覆盖设计开挖范围，左岸超填出设计开口外2～3m，右岸超填出设计开口外3～4m，以满足边坡预裂爆破钻孔及安全需要。
石方梯段爆破及边坡预裂爆破分别采用CM351钻机及QZJ-100B潜孔钻跟管一次性钻孔到位，人工装药，分段分区进行爆破。石方钻爆施工利用枯水期进行，汛期不施工；
石方挖运可全年施工，枯水期采用长臂反铲及常规反铲挖装，汛期视工期情况不施工或采用抓斗式挖泥船配驳船进行装运。
4.3 爆破分区
根据设计施工图纸，下游引航道口门区航下3+248.28～航下3+398.28段底宽(高程16.65m)约100m，筑岛平台顶(高程26.50m)宽度约115m。优先顺航槽中心线掏槽形成临空面，左右顺水流方向按约150m将被爆区划分为4个施工段，考虑各施工段横向宽度，将各施工段按10m左右进行横向分区，分为5～6作业区，各作业区被爆面积约150m×10m=1500m2。现场根据岩面线出露情况，可适当调整被爆区规模，确保一次爆破药量不超过10t。
4.4 爆破器材选择
炸药：梯段爆破采用φ90 2号岩石乳化炸药，预裂爆破采用φ32 2号岩石乳化炸药。爆速、爆力应适当提高，炸药密度适当加大(以综合密度大于1.1g/cm3为佳)。
起爆：采用数码电子雷管起爆网络，导爆索入孔。
导爆索：采用特制高抗水导爆索。
4.5 钻孔器材选择
梯段爆破钻孔采用CM351钻机进行，预裂爆破钻孔采用QZJ-100B潜孔钻进行，钻机使用前均需改装为跟管钻机。钻头采用偏心钻头，梯段爆破跟管钢套筒直径146mm，壁厚5mm，跟管内PVC套管壁厚大于5mm，内径120mm；
预裂爆破跟管钢套筒直径89mm，壁厚5mm，跟管套管采用80mm PVC管。跟管拔管采用液压拔管机进行。
4.6 布孔形式
根据上述分区规划，各作业区梯段爆破为多排孔，采用梅花形布孔形式。边坡预裂爆破采用一字形布孔方式。
考虑先爆区进行爆破作业时，会将相邻的后爆区域岩体破坏，影响后爆区域钻爆施工作业，现场可根据实际情况，必要时在各作业区分界线处布置一排预裂孔，该预裂孔布置形式与边坡预裂孔一致，为一字形布置。
4.7 爆破参数
下游引航道口门区航下3+248.28～航下3+861.25段水下爆破施工包括先锋槽抽槽爆破、梯段爆破及边坡预裂爆破。根据《新编爆破工程实用手册》、相关规程规范及类似工程经验，主要爆破参数如下。
4.7.1 先锋槽抽槽爆破
规划先顺航槽中心线抽槽形成临空面，先锋槽采用楔形掏槽方式，采用CM351钻机进行钻孔，枯水期岩面外露水面部位可直接钻孔爆破，水面以下部分先填渣，再跟管钻孔爆破(见表1、图1)。
表2 先锋槽开挖爆破参数
图1 先锋槽开挖爆破设计(单位：cm)
4.7.2 梯段爆破参数
梯段爆破采用填渣作业法，钻孔采用改装的CM351钻机跟管钻进，主要爆破参数如下：
梯段高度：H=26.5-16.65=9.85m，其中填渣厚度1～6m，本次计算取梯段高度为9m。
底板抵抗线：W=2.5m。
孔距：a=2m(见图2)。
图2 梯段爆破钻孔平面布置
排距：b=1.5m。
孔斜：为便于施工，本工程梯段爆破采用垂直孔。局部陡坎位置处，为减少填渣工程量，可采用扇形钻孔方式；
先锋槽周边梯段爆破钻孔采用扇形钻孔将钻孔角度逐步调整至垂直钻孔(见图5)。
图3 梯段爆破钻孔剖面(尺寸单位：cm)
图4 预裂爆破钻孔平面布置(单位：cm)
图5 预裂爆破装药结构示意图
超深：h=2～3m。
孔深：L=H+h=12～13m(见图3)。
炸药单耗：q=1.1～1.3kg/m3，根据生产性爆破试验进行调整。
单孔装药量：Q=qawH=(1.1～1.3)×2.0×1.5×9.0=29.7～35.1kg，现场实际单孔装药应根据钻孔揭露岩面线高程确定实际梯段高度，以此进行计算，并根据单卷药卷重量(3kg)进行调整。
堵塞长度L2≥5.0m，其中原始地面线以下1.0～2.0m，填渣体厚度全部计入堵塞长度。
装药结构：采用连续装药方式，将导爆索及炸药连续绑在竹片上，装入炮孔内，堵塞段采用粗砂、钻孔岩粉堵塞，严禁用块石等块状物体堵塞。
起爆方式：采用电子雷管起爆。
爆破最大单响药量：Q≤300kg。
4.7.3 边坡预裂爆破参数
边坡预裂爆破采用改装的QZJ-100B潜孔钻跟管钻孔，主要爆破参数如下：
孔径：90mm。
孔距：a=80～90cm(见图3)。
孔深：为填渣平台顶高程至航槽设计开挖底高程间坡面斜长与超深总和，预裂爆破钻孔超深取2.0m，则L=16.0m，其中上部部分孔段为填渣平台钻孔，不装药。故本次预裂爆破设计孔深取14.0m，现场根据实际钻孔情况进行调整(见图4)。
线装药密度：q=400～500g/m。
单孔装药量：Q=qL=(0.4～0.5)×14=5.6～7.0kg，具体根据实际钻孔情况进行调整。
堵塞长度：原始地面线以下堵塞1～2m，填渣体段全部堵塞。
装药结构：采用间隔不耦合装药方式，将导爆索及炸药绑在竹片上装入炮孔中，堵塞段用砂子、钻孔岩粉堵塞。
起爆方式：用电子雷管起爆。
爆破最大一段起爆药量：Q≤50kg。
4.8 爆破网络设计
4.8.1 爆破网络选择
采用数码电子雷管爆破起爆网路。主爆破孔最大一段起爆药量Q≤300kg，采取6孔一响(具体可根据单孔装药量进行调整)。预裂爆破孔最大一段起爆药量Q≤50kg，采取7孔一响(具体可根据单孔装药量进行调整)。
4.8.2 起爆顺序
预裂爆破在主爆孔施工前单独进行爆破；
梯段爆破从临空面起采用排间微差起爆。
4.8.3 网络结构布置
梯段爆破孔采用数码电子雷管起爆网络，同排孔微差间隔时间为20～30ms，排间微差间隔时间为30～60ms。
5.1 飞石安全距离
根据《水电水利工程爆破施工技术规范》(DL/T 5135—2013)，水下爆破飞石安全距离可按下式计算：
式中L——安全距离，m；
h——水深，取8.0m；
n——系数，与地形、地质条件有关，一般为1.0～1.3，本次计算取1.0；
Q——最大一段起爆药量，取300kg。
带入计算得L=138.7m。
同时，根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)表10(爆破个别飞散物对人员的安全距离)规定：深孔台阶梯段爆破最小安全允许距离“按设计，但不大于200m”。
防控措施：ⓐ最小警戒范围半径按200m控制，设置警戒并在爆破前清场；
ⓑ采用炮被或砂袋对被爆区域进行覆盖防护；
ⓒ对非填渣作业区域，爆破钻孔前需将表面冲积卵石清理干净。
5.2 爆破振动安全允许距离
根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)，爆破振动安全允许距离，可按下式计算：
R=(K/V)1/aQ1/3
式中R——爆破振动安全允许距离，m；
Q——最大一段起爆药量，取300kg；
V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，业主营地多为砖砌房，取V=2.0cm/s；
同时，被爆区左岸坡脚有混凝土挡土墙，按3～7天龄期选取V=5.0cm/s，7～28天龄期选取V=10.0cm/s；
K——系数取决于爆破地震的传播条件(地形)和所通过介质的性质(地质条件)，取值200；
a——衰减指数，主要反映爆破地震波随装药量和距离的变化而变化，取值1.6。
带入计算得R=119m、R=67.2m及R=43.5m。
根据现场实际情况，爆区周边主要建筑物均位于该值范围外，爆破振动对周边环境影响不大。
混凝土挡墙大部分距离被爆破区约50m，混凝土挡墙龄期超过7天后，爆破振动可满足要求，且根据现场实际情况，挡墙混凝土主要在2018年4月30日前施工，该时间段主要进行先锋槽爆破施工，为满足振动要求，2018年4月30日前，爆破最大一段起爆药量按Q≤120kg控制。
防控措施：ⓐ爆破施工期间，定期对周边保护对象采取宏观调查方式进行爆破安全监测，必要时采用NUBOX-6016型智能振动监测仪进行振动监测，并根据监测结果，及时调整最大一段起爆药量；
ⓑ合理安排混凝土挡墙施工时段，保证大规模爆破前混凝土挡墙龄期超过7天。
5.3 水中冲击波安全允许距离
根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)，在水深不大于30m的水域内进行水下爆破，水中冲击波的安全允许距离，应遵守下列规定：
附近人员：本工程最大一段起爆药量Q≤300kg，根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)表6(对人员的水中冲击波安全允许距离)规定，钻孔装药情况下人员游泳的安全允许距离为1100m，人员潜水的安全允许距离为1400m。
附近客船：1500m。
施工船舶：木船250m，铁船150m。
防控措施：以爆破区为中心，1500m范围内禁止人员游泳、潜水以及划船；
下游卸料码头施工船舶均为铁船，最小距离约210m，满足水中冲击波安全允许距离要求，爆破水中冲击波不会对其造成影响。
5.4 爆破涌浪计算及防控
水下爆破施工时，爆岩落水会产生涌浪，涌浪上岸会影响傍岸建筑物安全。根据《新编爆破工程实用手册》，涌浪高度可参照下式计算：
式中λ——抛体前沿宽，取150m；
T——抛体厚，取15m；
L——抛体滑距，取10m；
B——抛堆水面宽，取170m；
h——水深，取10.0m；
R——距离，取200m。
带入计算得ΔH=0.143m，即涌浪到达对岸时，涌浪高度仅为14.3cm，对岸边建筑物基本无影响。必要时，可在需保护对象周边水面布设防浪竹排，并连接固定。
5.5 爆破噪声控制
尽量提高炸药爆炸能量的利用率，减少形成空气冲击波的能量，从而最大限度地降低空气冲击波的强度；
合理确定爆破参数，选择合理的微差网络和微差间隔时间，保证岩石能充分松动；
保证堵塞长度和堵塞质量，以防止高压气体从炮孔中冲出，避免因采用过小的堵塞长度而产生冲天炮；
杜绝裸露药包爆破。
5.6 爆破粉尘控制
本工程为水下爆破，不易产生大量粉尘，可不采取专门措施处理。对于钻孔粉尘，可在钻机上安装捕尘器进行控制。
6.1 爆破警戒点设置
本工程爆破警戒点暂定设置五个：一是业主营地出入口处；
二是爆破区下游左岸进场公路300m处；
三是爆破区上游左岸进场公路300m处；
四是爆破区外侧河左岸下游岸边2000m，警戒河内船舶、河内人员；
五是爆破区外侧河左岸上游岸边2000m，警戒河内船舶、河内人员。
另外，爆破前对附近人员的告知、清场工作由项目部统一安排。
6.2 现场爆破公告及警戒信号
在现场合适位置布设爆破公告牌，公告牌应包含爆破地点、爆破时间、警戒范围及爆破信号等规定。根据现场实际情况及相关协调指示，船闸爆破施工爆破时间规定如下：中午12∶10—12∶30，下午18∶10—18∶30。
6.2.1 由点警报器发出警戒信号
第一次三响(电警报器)为预警信号，该信号发出后爆破作业点周围300m开始实施警戒，人员、设备、机械撤至安全区，对附近村庄进行疏散、清场。
第二次二响为起爆信号，在确认爆破安全区内已达安全要求，无妨碍安全的人、机、物，具备起爆条件时发出。
第三次一响为解除警戒信号，爆破结束后，经爆破技术人员检查现场，无盲炮、瞎炮、无危险状态时发出。
6.2.2 爆破警戒其他主要规定
爆破前半小时警戒人员进入警戒区域，实施警戒、告知、清场等作业；
各警戒点及起爆点之间用无线对讲机联系；
警戒完毕后，由爆破指挥中心的生产经理下达起爆命令。
下游引航道口门区航下3+248.28～航下3+861.25段水下爆破开挖于2018年3月15日开始施工，2020年1月31日完成施工，汛期不施工。筑岛平台回填工程量11.0万m3，平均强度5.5万m3/月；
口门区爆区总面积约为6.5万m2，单孔钻孔深度约12.0m，受水位涨落影响，梯段爆破钻孔平均强度约3.8万m/月，预裂爆破钻孔平均强度约3429m/月，长臂反铲平均挖装强度约5.5万m3/月。船闸口门区筑岛水下爆破总体效果良好，爆破施工进度满足船闸工程总体工期进度安排。工程实践表明，该筑岛水下爆破设计方案具有较强可行性，可为后续类似工程提供相关借鉴经验。
