1 工程概况
大伙房水库输水 (二期) 工程取水口建筑物施工时, 在前端预留了36.5m高的岩坎做为施工围堰, 取水口具备挡水条件后, 对该岩坎进行爆破拆除, 并开挖成引水明渠。岩坎水下拆除总方量约7.6万立方米。
受地形地貌限制, 岩坎距离取水结构物较近:岩坎距闸墩最近距离为3.0m, 距检修闸门最近距离8.5m, 距工作门最近14.7m, 必须对爆破振动、水中冲击波、飞石采取技术和防护措施, 确保周围建筑物的安全。
2 水下爆破技术研究
2.1 本工程深水下开挖难点
(1) 国内尚无36m以上深水下岩石开挖的案例可以借鉴。
(2) 深水下开挖其钻孔、装药、出渣难度更大, 且爆破点距已有建筑物最近距离仅3.0m, 对已有建筑物防护也是施工难点。
(3) 要充分保证两岸岩石坡面平整度及完整性, 以使开挖后边坡稳定。另外, 爆破后岩石直径要小于50cm, 否则会造成挖渣困难。
2.2 关键工艺的研究
2.2.1 钻孔和装药工艺的研究
(1) 平台定位。现场制作钻井平台。平台上设有钻机、控制平台行走的卷扬机、牵引拉耙的卷扬机。根据平台上所有设备的总重, 并考虑2倍的安全系数, 确定平台长18m, 宽7m, 行深2m。利用四个固定点, 通过平台上卷扬机移动平台, 实现平台定位。
(2) 钻孔。水下钻孔采用套管定位解决定位难的问题。用GPS-300型潜孔钻机钻孔, 孔径140mm～75mm, 套管直径146mm～128mm。根据实测水深情况, 配接套管长度, 边坡预裂孔按设计角度钻孔, 按斜长配套管。套管距水面附近配短花管, 以便钻孔时石渣从花管中流出。套管上口固定在平台的定位环上。采用中风压冲击成孔方法钻进。当钻孔深度达到设计要求后, 加大风压提升钻杆, 将孔底沉渣和孔壁清理干净, 以便于装药。炮孔达到预定深度后, 进行孔深验证, 确认符合设计要求后即可装药。
(3) 装药。选用威力大、抗水性能好2#岩石乳化炸药, 利用套管装药, 按设计段数将导爆雷管和药卷加工成起爆药包, 药包外侧用厚塑料密封两层, 防止药包在装填过程中被孔壁擦破。在药包上部加装30cm～50cm砂袋, 增加药包重量, 以克服水的浮力, 使药包能顺利投放到孔底, 砂袋直径同药卷直径。
2.2.2 出渣方案的研究
每次爆破结束后, 采用拉耙将石渣拉向库内低于设计高程的低洼部位。清渣由一侧向另侧依次挖掘, 根据出渣部位、角度及出渣量, 设置好出渣线路, 利用平台上卷扬机和岸上固定点, 带动拉耙做往来运动, 靠拉耙自重和卷扬机拉力将石渣拉向水库内。
2.2.3 爆破作用对临近建筑物影响的研究
(1) 爆破地震作用对建 (构) 筑物影响。
岩坎距竖井混凝土最近距离为3.0m, 距工作闸门14.7m。
爆破地震作用对建 (构) 筑物影响的安全药量按公式Q=R3 (V/K) 3/α计算:
式中:Q为炸药量 (kg) , 最大一段的炸药量;
R为爆破地震安全距离 (m) ;
V为建 (构) 筑物允许的水平振动速度 (cm/s) ;
K、α为分别为与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数, 按以往的施工经验K=150、α=1.5取值 (岩坎底部岩石强度较高, 按K=50、α=1.3取值) 。
爆破孔计算出装药量后, 根据孔位距建筑物距离与安全药量相比较, 确定单孔装药量、孔内分段数、一次起爆药量。确保已有建筑物的安全。
(2) 水中爆破冲击波压力峰值影响。
按照黄埔港经验公式P=156 (Q1/3/R) 1.13
本工程闸门设计水深为41.3m, 则水中钻孔爆破冲击波压力应小于最大静水压力P0, P0=γh=413kPa, P≤P0。所以, 水中爆破冲击波压力不构成对已有建筑物影响。
(3) 临近建筑物安全防护措施。
(1) 防爆破飞石、滚石措施。
在取水口闸墩前设置8m高园木防护, 防止大块石滚落损坏建筑物和闸门等。园木上方挂设宾格网, 防止个别飞石损坏建筑物和闸门。
(2) 气泡帷幕防护。
气泡帷幕可有效减缓震动波在水中传导, 每孔闸门前布置三组气泡帷幕, 间距0.5m, 可形成厚度不小于1m的气泡帷幕。
气泡帷幕发射管连接21m3空压机组, 其中两组气泡帷幕发射管由两端进气, 另外一组发射管由中间进气, 保证气泡数量均匀。发射管管径32mm, 上面钻三排小孔, 孔径1.5mm, 孔距10cm, 排距1cm, 梅花形布置。水下爆破起爆前5min, 将空压机组全部打开, 直接将空气注入到发射管, 通过发射管上的小孔形成密集的气泡群, 形成气泡帷幕。
3 爆破安全监测
爆破监测内容包括爆破振动监测和水中冲击波压力峰值监测。在震源附近及防护对象前, 分别布置监测点, 采集振速数据。对于监测数据及时分析, 进一步优化爆破参数, 指导施工。监测仪器采用RS-1616K (S) 测振仪, 891-2型1H2三分量拾震器。
爆破安全检测标准依据《爆破安全规程》GB6722-2003, 安全允许振速标准见表1。
4 研究成果结论
4.1 创新点
(1) 利用船只建造水上平台, 在平台上通过导管进行钻孔、装药, 分层进行剥离拉耙出渣。
(2) 两侧边坡用预裂爆破或光面爆破使开挖面平整、围岩稳定。
(3) 主炮孔用深孔梯段开挖爆破技术孔内、孔外分段控制爆破, 减少爆破地震效应。用气垫帷幕保护已形成的建筑物, 减少爆破冲击波对建筑的影响。
4.2 效益分析
本工程采用深水下开挖与干地施工方法相比较, 可节约工期4个月, 降低造价数百万元, 经济效益明显。
取水头部是大伙房输水 (二期) 工程的重点控制性工程之一, 围堰拆除采用深水下爆破开挖技术, 加快了施工进度, 降低了工程成本, 树立了企业形象, 提高了企业知名度对渔业、发电、下游工农业生产用水等均未造成任何影响, 取得了显著的社会效益。
4.3 推广前景
本施工技术适用于水利水电、港口兴建、改建扩建及航道疏浚加深等工程的水下开挖爆破, 具有广泛的推广价值。
摘要：从已建水库取水时, 在取水口工程施工期间, 一般通过预留岩石围堰实现取水口干地施工, 施工结束后再将围堰爆破拆除。本项目岩石围堰距离取水口闸墩最近距离3m, 距离工作闸门14.7m, 水深达36.5m, 通过控制爆破安全技术, 成功实施拆除, 为类似工程施工提供了参考, 在同行业中具有重大推广价值。
关键词：深水下,岩石,围堰