1、多段位围堰拆除爆破技术杜海民 郭利英在水利工程建设中一般都要先修筑挡水围堰，使主体工程能在旱地施工，但是当主体工程基本建成后，围堰拆除往往是在半旱地半水下进行拆除，而且工期要求紧，通常采用爆破法直接拆除、爆破松动后用机械装运清除或直接利用机械设备装运清除。本文以目前国内单个导流洞围堰拆除装药量及分段数均为最高的乌江彭水水电站导流洞进口横向围堰（母猪梁）成功拆除为例（本围堰爆破拆除由长江委科学研究院爆破研究所设计，中国水利水电第十一工程局施工），浅析多段位爆破技术在围堰拆除中的应用。1 工程概况乌江彭水水电站位于重庆市彭水县境内，导流洞进口横向围堰（母猪梁）受地质运动自然形成，岩性为白云质灰岩，
2、岩体裂隙发育且夹泥沙、成孔困难，水面以上堰顶高程225.2m至218.0m不等、长100余m、平均宽度约12m，水面高程为218m，根据导流洞过水要求需拆除至210m高程，爆破总方量约为2.2万m 3。2 施工条件横向围堰（母猪梁）拆除前，已经对堰顶进行削顶找平和对堰体进行瘦身开挖，使最终需进行拆除的堰体爆破量工程最小，以尽可能减小爆破规模。实施爆破的母猪梁三面环水，需拆除部位绝大部分处于水面以下，堰内下游距进水口启闭机及闸门100m，上游距万足乡河口村360m，300m机械设备撤离安全距离内还有油库、变压器、汽渡码头、空压机站及工程观礼台等重要建筑物，600m人员撤离安全范围内有河口村民房及
3、学校等人口密集地带，总体上周围环境复杂。母猪梁迎水面水流湍急，对伸入水下的岩坡测量难度大、资料少，加之工期紧、任务急，因而布孔各造孔是本次爆破拆除施工的主要难点之一。3 施工技术要求母猪梁爆破拆除至210.0m高程；爆破粒径控制在30cm以内，超径率不大于10%；确保无重大安全事故发生；爆破后通过机械将部分石渣及全部大块石挖除，导流洞顺利过流。4 爆破拆除方案4.1 设计依据爆破安全规程（GB6722-2003）；水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范（SL47-94）；母猪梁现有地形地质资料及周围环境。审稿：李建强 4.2 施工原则针对目前现有的母猪梁地形地质资料、周围环境及相关规范要求，母猪梁
4、在爆破拆除中采用“高单耗、低单响、多钻孔、少装药”的原则进行施工。4.3 爆破参数4.3.1 主爆孔钻孔直径：钻孔直径往往根据施工单位的现有设备确定，在母猪梁拆除爆破中选用=102mm。布孔方式：采用正方形与矩形相结合的布孔方式。爆破粒径：爆破粒径与被爆介质的性质、钻爆参数等有关，也是确定钻爆参数的重要指标。按照导流洞设计要求，允许部分围堰石渣在汛期通过水流冲走，根据导流洞进口乌江水流流速及流态，爆破粒径宜控制在30cm以内，超径率不大于10%。单位炸药消耗量：水电工程常规梯段爆破的单耗一般为0.40.6kg/m 3，而参考水电站过渡料的开采单耗，要求爆破粒径控制3040cm以下的，所需的单耗
5、为0.91.2kg/m 3，考虑到堰体底部基岩有压渣及水压影响的实际条件和爆破时的抛掷需要，选定围堰拆除爆破时的单耗为1.5kg/m 3左右。由于缓冲孔大多布设在水面以上，其炸药单耗应适当降低；而主爆孔水下部分及局部需要加强抛掷的部位炸药单耗将适当增加。孔网参数：为确保爆破效果，根据爆破孔径为102mm、炸药为70mm型的乳化炸药，炮孔的延米装药量按Q 1=4.2kg/m计算。当炸药单耗q=1.5kg/m 3，炮孔负担的面积S为：S=Q1/q=4.2/1.5=2.8m2左右，对应的间排距应该为1.67m1.67m。由于该围堰为上窄下宽的梯形结构，且只能实施堰顶钻孔，因此炮孔大部分倾斜布置。综合
6、考虑后，倾斜孔孔口的间排距ab=0.8m1.6m，孔底在210.0m高程的间排距为ab=2.0m1.6m；垂直孔的间排距ab=1.6m1.6m。此外在局部需要增加单耗的部位，如开口部位和加强抛掷部位炮孔根据具体情况适当加密布置。炮孔超深：合理地选择超深可有效地克服炮孔底部岩石的夹制作用，同时也可降低大块率、避免留下岩埂。结合实际综合考虑，炮孔超深按1.5m进行控制，在围堰上游侧迎水面边缘局部适当加深。装药结构：主爆孔采用70mm型2#岩石乳化炸药连续装药，缓冲孔底部装一节70mm型2#岩石乳化炸药后，再连续装60mm型2#岩石乳化炸药。堵塞长度：考虑到对爆破飞石及粒径的要求，孔口由粘土或砂土堵
7、塞1.2m。单孔装药量：根据公式Q=qaw 底 H进行计算式中 Q单孔装药量，kg；q单位炸药消耗量，kg/m 3；a孔距，m；w底 最小抵抗线，m；H台阶高度，m。对于本次围堰拆除爆破，主爆孔孔深为9.516.0m，其单孔装药量Q为30.057.0kg。缓冲孔孔深为11.018.0m，其单孔装药量Q为32.051.0kg。4.3.2 预裂孔预裂孔孔径为110mm，孔口间距为0.5m、孔底间距在210.0m高程按1.0m 进行控制，线装药密度（按单孔装药量与全孔长度的比值进行计算）为350450g/m, 孔口堵塞长度为1.0m, 不耦合系数为3.4，孔底装一节70mm型2#岩石乳化炸药、以上每
8、间隔20cm装一节32mm型2#岩石乳化炸药，由导爆索将药卷绑扎成串状进行起爆。对于本次围堰拆除爆破，预裂孔孔深为15.017.0m，其单孔装药量Q为6.607.35kg。4.3.3 最大单响药量根据水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范（SL47-94）以及一般水工边坡开挖控制要求，预裂爆破单响药量不得超过50kg，主炮孔爆破不得超过300kg。由于围堰爆破时周围有进水塔、启闭机及闸门等重要建（构）筑物需保护。在实施过程中严加控制，主爆孔单响药量控制在150kg以内，预裂孔以50kg为限，具体联网时，主爆孔为2孔一响、预裂孔5孔一响。5 起爆网络设计5.1 设计原则起爆网络的最大单响药量应满足爆
9、破震动的安全要求，根据爆破设计本工程单响药量宜控制在150kg以内。在满足最大单响药量的情况下，同排相邻段、前后排的相邻孔尽量不出现重段和串段现象。整个起爆网络传爆雷管全部传爆或仅留少数排的接力雷管未传爆的情况下，第一响的炮孔才能起爆。合理选择起爆点，以形成有利的爆破自由面及抛掷方向。5.2 起爆网络设计采用毫秒延期导爆管雷管孔外微差起爆技术，即孔内装双发高段别的毫秒延期导爆管雷管，孔外以双发低段别的毫秒延期导爆管雷管联接，实现微差起爆。本工程中孔内装2发Ms15相向起爆，即孔底1发Ms15、20m脚线反向起爆，孔口1发Ms15、7m脚线正向起爆；孔外同一排每2孔间串联2发Ms2接力、局部串联
10、2发Ms3，排与间并联2发Ms5；整个起爆网络后半部分孔外接力雷管未传爆而第一响炮孔已起爆部位，在排与排之间并联一道双发Ms5以形成局部复式网路，从而提高起爆可靠度。起爆点及抛掷方向的选定，最初考虑的方案有：起爆点选在远离山体一端（靠近江心）将石渣抛向江心；起爆点选在母猪梁下游侧、1#导流洞轴线附近，石渣抛向集碴槽（在围堰瘦身时已开挖成形）；起爆点选在母猪梁上游迎水面、1#导流洞轴线附近，石渣抛向上游方向。经现场比较分析，方案爆堆最低缺口位于靠近山体侧，不利于过流；方案由于导流洞进口进水塔、启闭机及闸门等重要建（构）物位于主抛掷方向内；方案虽说河口村位于抛掷方向内，但距离较远（360m外），也
11、利于导流洞正向过流，相比之下为最优方案，所以采用方案。本次母猪梁拆除爆破实际造孔636个、合计7600余m，装药31280kg、共分311段、累计延时1.5秒，采用毫秒延期导爆管雷管孔外延时微差起爆，在单个导流洞围堰拆除中一次起爆总药量及分段段数均创国内最高记录，一次爆破成功。5.3 网络联接及保护起爆网络的联接和防护是关系到爆破成败很重要的一个环节，由经专门培训并考核合格的爆破员进行联网，并有主管技术的爆破工程师负责网络的检查。网络联接完成并经检查无误后，利用包装炸药的纸箱片进行覆盖绑扎保护。5.4 起爆爆破采用电力导爆管联合起爆法，即在孔内、孔外延时均采用导爆管起爆法，最后起爆时采用电力起
12、爆法引爆。6 爆破安全6.1 爆破飞石影响由于本次爆破区域周围地形相对较为开阔，爆破飞石是本次爆破最为主要的有害效应之一。除了严格控制装药量及堵塞长度与质量外，还应严格贯彻执行“安全第一、预防为主”的安全生产方针，对母猪梁周围不可移动的重要建筑物及机械设备加强防护，如对附近的启闭机、闸门、空压机房、油库等的正面、顶面及侧面均采用双层竹跳板进行防护做到有备无患。对于可移动式的机械设备撤至300m安全警戒范围以外，所有人员则撤至600m安全警戒范围以外。6.2 爆破震动影响为了监测母猪梁爆破对其附近的导流洞洞脸、启闭机、闸门、进水塔、翼墙等重要建（构）筑物的震动影响，除了在母猪梁靠近山体侧开挖边线
13、采用预裂爆破技术并严格控制最大单响药量外，还要在这些建（构）筑物表面分别布置爆破震动安全监测点，以测得被保护物的破坏程度及需采取的必要的补救措施。6.3 爆破空气冲击波效应由于本工程属于深孔梯段爆破，再加上周围地形相对较为开阔，故爆破空气冲击波效应可不予考虑，只需在爆破时将附近的空压机房及河口村民房的门窗打开即可。7 爆破质量控制7.1 爆破器材试验在实施爆破作业前，应对投入使用的爆破器材：炸药做密度、爆速、猛度、作功能力、殉爆破距离以及抗水性能；导爆管雷管做起爆能力、延时误差及耐水性能；导爆索做传爆、起爆、抗水等方面的性能试验以确保所使用的器材性能符合国标要求。7.2 钻孔质量检查钻孔必须严
14、格按设计要求进行布孔、造孔，控制好孔位、孔向和孔深，确保造孔质量。钻孔精度要达到：开孔误差控制在10cm；孔底误差控制在40cm；深度误差控制在20cm。对于易塌、成孔困难的炮孔，在钻孔结束后，应立即全孔插入相匹配的硬质PVC管进行护孔，以提高成孔率，本工程所采用的护壁PVC管型号为90mm。7.3 装药联网严格按照设计的装药结构、起爆方法选用合格的炸药及同厂、同批次雷管进行装药、堵塞、联网，确保每道工序均符合爆破安全规程规定，并做好详细的原始记录。8 施工资源配置施工资源配置主要应综合考虑工程量的大小，工期的长短，机械设备的性能、效率、车况以及被拆除建筑（构）物的结构与现场施工条件等因素，以
15、满足施工技术要求、合同工期目标与安全生产为前提。乌江彭水水电站导流洞进口横向围堰（母猪梁）拆除爆破施工时，其主要施工资源配置见表1。表1 主要机械设备配置表设备名称 型号 单位 数量 备注Atlas液压钻机 ROC742HC 台 2 造孔Atlas液压钻机 ROC812HC 台 1 造孔古河液压钻机 HCR-180D 台 1 造孔高风压钻机 CM-351 台 1 造孔装载机 WA380 辆 1 钻机供油挖掘机 CAT330C 台 1 清面、清渣自卸汽车 20t 辆 5 运输爆破振动检测仪 UBOX-20016 台 3 振动监测表2 主要爆破材料消耗表材料名称 规格型号 单位 数量 备注电雷管
16、即发 发 8 含备用Ms15、20m 发 586Ms15、7m 发 656Ms1、15m 发 8Ms2、7m 发 596Ms3、7m 发 22导爆管雷管Ms5、7m 发 60材料名称 规格型号 单位 数量 备注70mm1500g kg 3082460mm1200g kg 2642#岩石乳化炸药32mm150g kg 192导爆索 12g/m m 450PVC管 90mm m 3300起爆器 个 2 含备用1个起爆线 m 500 可回收再利用9 施工组织机构施工组织机构的设置应综合考虑爆破规模、施工区外围环境、机械设备的配置等因素。由于本围堰拆除属抛掷爆破，再加上周围环境较为复杂、人员相对密集，
17、在施工过程应严格执行“以人为本、安全生产”的指导方针，为此应组建严密的爆破施工组织机构，机构及其职责如下：爆破总指挥：1人，负责领导、协调各职能工作组的工作，发出起爆和解除警戒的命令。施工组：组长1人、副组长2人、组员42人，负责从布孔、钻孔、清孔、验孔、装药、堵塞、联网、起爆等具体工作。材料供应组：组长1人、副组长2人、组员22人，负责爆破所需的机具、材料设备、仪器的采购、运输、保管、发放以及回收等工作。试验监测组：组长1人、副组长1人、组员3人，负责火工材料试验、爆破震动监测及爆破时的摄影工作。安全防护组：组长1人、副组长2人、组员30人，负责对安全警戒范围内的机械设备进行安全防护。安全警
18、戒组：组长1人、副组长6人、组员120人，负责爆破过程中的安全监督，严格制止违章作业，爆破时负责安全警戒范围内的机械、人员撤离及爆破前后安全警戒区域内建筑物的安全状态调查。后勤组：组长 1 人、副组长 1 人、组员 4 人，负责保障生产一线人员的生活供应，爆破时安排救护车、值班医生等参与意外事故的抢险工作。10 爆破效果分析乌江彭水水电站导流洞进口横向围堰（母猪梁）爆破拆除于2004年12月15日11时30分起爆爆破。爆破后，沿上游抛掷方向爆破飞石最远，距离达285m，河口村居民及民房、学校、启闭机、闸门、油库、空压机房均安然无恙，爆破时在母猪梁附近的导流洞洞脸、启闭机、闸门、进水塔及翼墙等重
19、要建筑物上各布设了一组（共计5组）爆破震动监测点，测得各点的最大爆破质点震动速度均控制在2cm/s以内，结果非常理想；爆破后现场未发现盲炮，雷管起爆率达100%；爆破粒径基本上在30cm以内，爆渣表面及裂隙发育处大块石较多，总体上超径率小于10%；稍微不足之处是母猪梁靠近山体侧，清渣后迎水侧出现7m左右的残留岩埂，顶面高程在EL215m左右，主要是伸入水下体型较远，缺少布孔所致；利用反铲配合自卸汽车将大块石及部分爆渣清运走，导流洞顺利过流，达到了预期目的。经验与建议：本次围堰爆破拆除创造了国内单个导流洞围堰拆除总装药量及微差起爆分段数最多两项记录，爆破后无人员、机械设备安全事故发生，雷管起爆率 100%，导流洞顺利实现过流，达到了预期目的，值得借鉴；对于裂隙发育部位，炮孔还应适当加密，以1.5m1.5m 左右为宜；对于水面以下的地形应早准备、多方考虑测深手段，并绘制相对准确的地形图，以利于布孔，最终达到控制爆破粒径及效果的目的。
