江西柘林水電站擴建工程爆破控制設(shè)計

江西柘林水電站擴建工程爆破限制設(shè)計摘要：江西柘林水電站擴建工程爆破開挖量大，爆破頻繁，工期緊，在施工過程中要求爆破開挖不影響原水工建筑物平安（特殊是“80山包”棱體穩(wěn)定），并保證原電廠保持正常發(fā)電的工作狀態(tài)，而擴建工程的大量爆破開挖部位距離原水工建筑物及廠房較近，因此近建筑物爆破施工的限制是本工程成敗的關(guān)鍵之一。關(guān)鍵詞：江西柘林電站爆破開挖限制1概況柘林水電站擴建工程位于江西省北部，鄱陽湖以西的柘林鎮(zhèn)，地處修河中游末端。柘林水電站水庫總庫容79.2億m3，是我國最長的粘土心墻壩（總長590.75m）。擴建工程在原柘林水電站泄洪（兼放空）洞北側(cè)，水工建筑物由引水系統(tǒng)（引水明渠、進(jìn)水口、二條引水隧洞）和廠區(qū)系統(tǒng)（地面廠房、開關(guān)站、尾水渠）組成。裝機二臺單機容量120MW，擴建后該電站總裝機容量達(dá)420MW.兩臺機組分別于2001年12月和2002年5月并網(wǎng)發(fā)電。新廠房布置在古滑坡體地基山上，緊靠老電站廠房和老開關(guān)站。進(jìn)水口布置毗鄰寬僅30余m的“80山包”，它事實上起著擋水壩的作用，并且“80山包”底部被F65、F67兩條大斷層切割成棱體，擴建工程中的兩條引水隧洞從今構(gòu)造棱體的底部穿過。新開關(guān)站緊靠老開關(guān)站布置。擴建工程施工期，原電站仍需擔(dān)當(dāng)江西電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)，要求保證其正常運行發(fā)電。大壩系統(tǒng)和泄洪系統(tǒng)仍按原設(shè)計、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)攔蓄和宣泄洪水。施工期有正常航運、過木和供水要求。因此，限制爆破的勝利與否，關(guān)系到整個擴建工程的成敗。2施工特性擴建工程土石方開挖總量為219.7萬m3，主體工程開挖項目有：引水明渠、進(jìn)水口、引水隧洞、地面廠房、尾水渠、開關(guān)站等。各部位開挖工程量見表1.該工程地質(zhì)條件困難，“80山包”為一單薄的柘林水庫擋水山體，山體厚度約30m，風(fēng)化嚴(yán)峻，其間受F65、F67兩斷層橫向切割組成一構(gòu)造棱體，成倒三角形，體積近12萬m3，它的穩(wěn)定干脆關(guān)系到水庫的平安。因此，在進(jìn)水口、廠房實施開挖爆破時，必需嚴(yán)格限制爆破振動對“80山包”及構(gòu)造棱體產(chǎn)生的不利影響。此外，由于本擴建工程廠區(qū)系統(tǒng)開挖距原樞紐建筑物較近，并穿插其中，而施工過程中要求爆破開挖不影響原建筑物的平安，保證電廠正常發(fā)電，開挖量大、爆破頻繁。3爆破試驗爆破試驗的目的是為了觀測爆破開挖對“80山包”、原電站建筑物及正在運行的機電設(shè)備的影響，確定爆破參數(shù)，供應(yīng)參考的施工閱歷公式。爆破地震波在巖體內(nèi)的傳播規(guī)律，質(zhì)點振動速度的衰減特性可用下式來擬合：式中：Q——單響藥量（kg）R——測點至爆心的直線距離（m）V——為質(zhì)點振動速度峰值（cm/s）K，α——反映爆破方式與地質(zhì)條件等綜合影響的回來待定統(tǒng)計系數(shù)。進(jìn)水口爆破開挖，對“80山包”沿地面?zhèn)鞑ヒ话愕囊?guī)律，共進(jìn)行了6次爆破試驗。廠房段開挖爆破，對原廠房、開關(guān)站、繼保室沿地面?zhèn)鞑ヒ话愕囊?guī)律，共進(jìn)行了8次爆破試驗。對進(jìn)水EL106m以上梯段開挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為36.2，α值為1.469；對進(jìn)水EL106m以下梯段開挖爆破（孔徑Φ70mm）擬合的K值為20.3，α值為1.35；對廠區(qū)EL40m以上梯段開挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為98.23，α值為1.97；對廠區(qū)EL40m以下梯段開挖爆破（孔徑Φ70mm）擬合的K值為23.1，α值為1.413.依據(jù)建（構(gòu)）筑物所允許的平安限制標(biāo)準(zhǔn)，由爆破振動衰減規(guī)律公式得允許最大單響藥量，從而對單響藥量限制。其單響藥量計算公式為：表1各部位開挖工程量表開挖部位土石方（萬m3）巖石巖性引水系統(tǒng)引水明渠51.568Zbd硅質(zhì)泥灰?guī)r、Zbp冰磧巖、Zad6中粗粒砂巖進(jìn)水口15.27Zad5粗粒砂巖、少量Zad6中粗粒砂巖引水隧洞3.979Zad6厚層長石石英砂巖、Zad6中細(xì)砂巖、Zad6中粗粒砂巖廠區(qū)系統(tǒng)排水洞0.23尾水渠35.772Zad6中粗粒砂巖、Zad6中粗粒砂巖、Zad6中粗粒砂巖、ptba泥質(zhì)板巖開關(guān)站10.306ptba泥質(zhì)板巖廠房邊坡97.425其它0.176圍堰1.521爆破可能對原樞紐建筑物產(chǎn)生肯定的影響，擴建開挖各爆區(qū)與須要愛護(hù)的建筑物之間直線距離見表2.表2各爆區(qū)與需愛護(hù)建（構(gòu)）筑物之間最短直線距離表爆區(qū)需愛護(hù)建（構(gòu)）筑物直線距離（m）引水渠進(jìn)水口攔河大壩

泄洪（兼放空）洞進(jìn)口

“80山包”棱體及原防滲帷幕280

120

50廠房攔河大壩

泄洪（兼放空）洞進(jìn)口

“80山包”棱體

原防滲帷幕

原廠房

原開關(guān)站50

50

40

100

110

100尾水渠原廠房

原開關(guān)站

泄洪（兼放空）洞50

0

0開關(guān)站原開關(guān)站0引水隧洞泄洪（兼放空）洞及“80山包”棱體1504爆破施工設(shè)計4.1各開挖部位限制爆破參數(shù)確定依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破平安規(guī)程》GB22—86和水電部《水工建筑巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》SL47—94，提出了部份建筑物的地面質(zhì)點允許振速，對規(guī)范沒有提到的建（構(gòu)）筑物，依據(jù)現(xiàn)場爆破試驗監(jiān)測及參考國內(nèi)外其它工程閱歷確定。部份國內(nèi)外工程實踐中采納的爆破平安質(zhì)點振速限制指標(biāo)見表3.表3部份國內(nèi)外工程實際采納的允許振速表序號電站名稱V/（cm/s）建（構(gòu)）筑物1天生橋二級廠房開挖10

4邊坡坡角

滑坡體2北京官廳水庫溢流道擴建4

5~6房屋

土壩3青銅峽唐渠電站2

0.5

1開關(guān)站

中控室

電機層4八盤峽擴機1.5

9.5

10

2.5中控室

帷幕灌漿

大體積混凝土

閘門5三門峽0.5

0.5發(fā)電機樓板

機組運行時6江埡水電站1.5帷幕灌漿7西班牙維拉卡水電站1.6

3

5水輪機

閘門、閘墩

隧洞80山包“地質(zhì)構(gòu)造困難，各方向傳播來的振動速度值及相應(yīng)加速度值各不相同，因此，不但要限制其振動速度，還要限制其質(zhì)點振動加速度。對”80山包“棱體進(jìn)行動力穩(wěn)定校核，當(dāng)其承受的動力加速度小于0.1g時，是穩(wěn)定的。其中對泄洪（兼放空）洞出口導(dǎo)墻認(rèn)為不完全是大體積混凝土，作一般混凝土結(jié)構(gòu)物處理，地面質(zhì)點允許振速定為小于5cm/s.開關(guān)站包括多種輸配電構(gòu)架及平安限制的電氣設(shè)備，耐振性能各異，不能采納一個標(biāo)準(zhǔn)，其中最重要和最敏感的是繼保室的限制元件，國內(nèi)工程一般采納小于0.5cm/s的振動速度作為平安限制標(biāo)準(zhǔn)，考慮原電站正常工作的重要性，繼保室爆破平安振動速度限制標(biāo)準(zhǔn)為小于0.25cm/s.對于開關(guān)站內(nèi)各種輸配電構(gòu)架，按基礎(chǔ)地面質(zhì)點振動速度小于0.5cm/s作為平安限制標(biāo)準(zhǔn)。對開關(guān)站內(nèi)一般房屋爆破平安振動速度限制標(biāo)準(zhǔn)為小于2cm/s.防滲帷幕的爆破平安限制標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)大體積新澆混凝土的爆破平安限制標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)強度理論，當(dāng)某一點的應(yīng)力σmax≥[σd]，則材料被拉壞，當(dāng)某一點的剪應(yīng)力τmax≥[τd]時，則材料被剪壞。防滲帷幕大多數(shù)在靜力作用下是受壓，在允許抗拉強度相同的條件下該點能承受更大的動拉應(yīng)力，可承受較大的振動，但“80山包”灌漿區(qū)由于受兩條大斷層的影響，其承載實力較低，因此提出較嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)以上條件，提出擴建工程各建（構(gòu)）筑物限制爆破參數(shù)見表4.實際施工中不同的開挖部位，選取不同的限制指標(biāo)，如發(fā)電廠房建筑結(jié)構(gòu)允許質(zhì)點振動速度為5cm/s，而中控室的允許質(zhì)點振動速度為0.25cm/s，只要限制中控室的允許質(zhì)點振動速度不超標(biāo)，則發(fā)電廠房建筑結(jié)構(gòu)允許質(zhì)點振動速度肯定會滿意設(shè)計要求。引水洞進(jìn)口EL73.5m高程以上開挖，以“80山包”允許質(zhì)點振動速度作為限制指標(biāo)，引水洞進(jìn)口EL73.5m表4擴建工程各建（構(gòu)）筑物限制爆破參數(shù)表序號需愛護(hù)建（構(gòu)）筑物名稱允許質(zhì)點振速V（cm/s）1泄洪（兼放空）洞<102泄洪（兼放空）洞進(jìn)口閘門<2.53泄洪（兼放空）洞進(jìn)口混凝土導(dǎo)墻<54發(fā)電廠房建筑結(jié)構(gòu)<55發(fā)電廠房中控室<0.256一般房屋<27交通洞<108繼電愛護(hù)室<0.259開關(guān)站輸配電構(gòu)架<0.510攔河大壩<2.511滑坡體<312“80山包”棱體<0.5同時a<0.1g13原防滲帷幕<2.54.2爆破限制及開挖設(shè)計柘林電站擴建工程于1998年12月起先動工，開挖主要有進(jìn)水口、引水渠、引水洞、廠房、開關(guān)站和尾水渠等部分，可見爆破施工限制平面圖。依據(jù)以上分析，被愛護(hù)的重點建筑物是原開關(guān)站（主要是繼保室）和“80山包”，為此依據(jù)爆破限制參數(shù)和被愛護(hù)建筑物的特性來確定爆破措施。廠房邊坡石方爆破開挖量為38.36萬m3，采納YQ-80型潛孔鉆鉆孔，局部輔以手風(fēng)鉆，6~10m一層臺階進(jìn)行梯段爆破，邊坡周邊采納預(yù)裂爆破，其余部分采納限制爆破技術(shù)開挖。廠房基坑爆破開挖量為19.52萬m3.采納YQ-80型潛孔鉆鉆孔，局部輔以手風(fēng)鉆，6~8m一層臺階進(jìn)行梯段爆破，周邊預(yù)裂爆破，爆破限制較邊坡更為嚴(yán)格。尾水渠爆破開挖采納YQ-80型潛孔鉆結(jié)合手風(fēng)鉆鉆孔，局部輔以人工開挖。依據(jù)其它工程閱歷，爆破開挖時主要是防止爆破振動引起的跳閘事故，尤其是繼保室的限制元件。因此尾水渠開挖主要受原繼保室限制，在離原繼保室25m范圍內(nèi)，不得采納爆破開挖，在《爆破施工限制平面圖》上18kg裝藥量范圍線內(nèi)只能采納手風(fēng)鉆開挖，在18kg裝藥量范圍線外可采納潛孔鉆鉆孔開挖。開關(guān)站的爆破開挖主要受原開關(guān)站限制。依據(jù)《爆破施工限制平面圖》，在0.3kg裝藥量范圍線內(nèi)只能采納人工開挖，其余部分爆破限制要求與尾水渠爆破開挖相同。以上的限制爆破按最大單響限藥量分為：非爆破開挖區(qū)、爆破特控開挖區(qū)、爆破嚴(yán)控開挖區(qū)、爆破限制開挖區(qū)。（1）非爆破開挖區(qū)非爆破開挖區(qū)采納“靜態(tài)破裂法”開挖。（2）爆破特控開挖區(qū)特控開挖區(qū)由最大單響限藥量0.3kg、0.8kg、1.5kg三個限藥區(qū)段組成。巖石開挖采納非電微差淺孔爆破法進(jìn)行低梯段薄層開挖，梯段高1.3~1.5m，孔徑40~50mm，孔內(nèi)實行不耦合方式裝藥，裝藥分布于底部及中部。爆破區(qū)與非爆破區(qū)之間設(shè)置防震孔，孔深采納2倍于特控區(qū)鉆爆梯段高度。（3）爆破嚴(yán)控開挖區(qū)嚴(yán)控開挖區(qū)由最大單響限藥量3kg、4kg、6.5kg、9.5kg、10kg、14kg、18kg七個限藥區(qū)段組成。采納淺孔梯段孔間微差、低單耗減弱松動爆破薄層開挖，梯段高3.2m，孔徑48mm，孔內(nèi)實行不耦合方式間隔裝藥。（4）爆破限制開挖區(qū)限制開挖區(qū)由最大單響限藥量25kg、32kg、40kg、45kg、50kg、60kg、80kg、110kg等8個限藥區(qū)段組成。該區(qū)同樣在經(jīng)“耕犁法”開挖表層后，其余巖體用深孔梯段孔間微差、低單耗減弱松動爆破，梯段高6~10m，孔徑76mm，孔內(nèi)實行不耦合方式間隔裝藥。4.3爆破飛石限制爆破飛石是對本擴建工程的另一主要危害，新開關(guān)站邊坡高程EL85~EL40.5m高于原開關(guān)站地面高程EL40m，新老開關(guān)站緊靠一起，爆區(qū)居高臨下，爆破飛石比限制質(zhì)點振動速度更難，為此采納下列措施進(jìn)行限制：（1）正確設(shè)計炮孔參數(shù)及起爆網(wǎng)絡(luò)，選用合格的爆破器材；（2）加強施工質(zhì)量，如鉆孔、裝藥邊線、堵塞等，防止過量裝藥、串段重段、沖炮、帶炮現(xiàn)象；（3）調(diào)整開挖掌子面方向，使掌子面方向盡量避開須要愛護(hù)建筑物方向；（4）減小爆破作用指數(shù)，采納松動爆破或采納微差擠壓爆破防止揚起飛石；（5）重要部位施工爆破采納覆蓋、攔擋措施以防止個別飛石。4.4施工期爆破監(jiān)測在本工程招標(biāo)階段現(xiàn)場進(jìn)行了爆破試驗，并依據(jù)爆破試驗結(jié)果確定各開挖部位最大單響裝藥量分區(qū)。施工中對開挖進(jìn)行了全過程監(jiān)測，監(jiān)測狀況如下：引水隧洞進(jìn)水口爆破作業(yè)時主要愛護(hù)對象為防滲帷幕和“80山包”構(gòu)造棱體。進(jìn)水口在EL73m高程以上部位爆破時，共進(jìn)行168次監(jiān)測，監(jiān)測到“80山包”限制點的質(zhì)點振動速度小于0.5cm/s的占進(jìn)水口爆破開挖次數(shù)的81.4%，實測峰值加速度值0.085cm/s（小于0.1cm/s）。廠房段開挖共進(jìn)行了135次監(jiān)測，監(jiān)測到“80山包”限制點的質(zhì)點振動速度小于0.5cm/s的占廠房段爆破開挖次數(shù)的98.5%.據(jù)統(tǒng)計，從1999年3月下旬到2000年3月下旬廠區(qū)開挖爆破時對老繼電室共進(jìn)行了83次監(jiān)測，當(dāng)振速限制標(biāo)準(zhǔn)為0.25cm/s時，實際施工中有40.96%的次數(shù)超標(biāo)，但大多數(shù)集中在0.25~0.5cm/s范圍內(nèi)，最大振速達(dá)到0.67cm/s，在整個施工期未出現(xiàn)繼保室跳閘的現(xiàn)象或其它不良反應(yīng)。以上監(jiān)測值的主振頻率在20~80Hz的占93%.5結(jié)論柘林電站擴建工程已于2001年12月實現(xiàn)首臺機組發(fā)電，從勝利完成柘林電站擴建工程的爆破開挖中，可得出下列結(jié)論：（1）本擴建工程爆破振動可能對原建（構(gòu)）筑物帶來一些不利的影響，但實行限制爆破技術(shù)可以將這些影響限制在允許范圍內(nèi)。（2）雖然施工中實行了嚴(yán)格的限制措施，但大多數(shù)部位從單響裝藥來看與常規(guī)施工無很大區(qū)分，主要是對重點部位必需嚴(yán)格限制爆破。如原繼保室旁邊25m范圍內(nèi)尾水渠不得實行爆破作業(yè)，原開關(guān)站旁邊、“80山包”旁邊進(jìn)水口邊坡、廠房邊坡等裝藥量要嚴(yán)格限制等。（3）只要細(xì)心組織，細(xì)心設(shè)計、仔細(xì)對待，對在地質(zhì)條件較差的電站旁邊進(jìn)行近距離開挖爆破是可行的。參考文獻(xiàn)：[1]貴陽勘測設(shè)計探討院。江西柘林水電站擴建工程可行性探討報告《施工組織設(shè)計》。1996年7月[2]貴陽勘測設(shè)計探討院。江西柘林水電站擴建工程招標(biāo)階段技術(shù)設(shè)計報告《施工組織設(shè)計》。1998年6月DesignofblastingcontrolofextensionprojectofZhelinhydropowerstationinJiangxiWuZhengxinLiuWen（GuiyangHydroelectricInvestigationDesign&ResearchInstitute，SPCC，Guiyang，550002，China）Abstract：TheextensionprojectofZhelinhydropowerstationinJiangxihasalargevolumeofblastingexcavati