江西柘林水電站擴(kuò)建工程爆破控制設(shè)計(jì)

江西柘林水電站擴(kuò)建工程爆破限制設(shè)計(jì)摘要：江西柘林水電站擴(kuò)建工程爆破開(kāi)挖量大，爆破頻繁，工期緊，在施工過(guò)程中要求爆破開(kāi)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(kuò)建工程的大量爆破開(kāi)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(kāi)挖限制1概況柘林水電站擴(kuò)建工程位于江西省北部，鄱陽(yáng)湖以西的柘林鎮(zhèn)，地處修河中游末端。柘林水電站水庫(kù)總庫(kù)容79.2億m3，是我國(guó)最長(zhǎng)的粘土心墻壩（總長(zhǎng)590.75m）。擴(kuò)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(kāi)關(guān)站、尾水渠）組成。裝機(jī)二臺(tái)單機(jī)容量120MW，擴(kuò)建后該電站總裝機(jī)容量達(dá)420MW.兩臺(tái)機(jī)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(kāi)關(guān)站。進(jìn)水口布置毗鄰寬僅30余m的“80山包”，它事實(shí)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(kuò)建工程中的兩條引水隧洞從今構(gòu)造棱體的底部穿過(guò)。新開(kāi)關(guān)站緊靠老開(kāi)關(guān)站布置。擴(kuò)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(yùn)行發(fā)電。大壩系統(tǒng)和泄洪系統(tǒng)仍按原設(shè)計(jì)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)攔蓄和宣泄洪水。施工期有正常航運(yùn)、過(guò)木和供水要求。因此，限制爆破的勝利與否，關(guān)系到整個(gè)擴(kuò)建工程的成敗。2施工特性擴(kuò)建工程土石方開(kāi)挖總量為219.7萬(wàn)m3，主體工程開(kāi)挖項(xiàng)目有：引水明渠、進(jìn)水口、引水隧洞、地面廠房、尾水渠、開(kāi)關(guān)站等。各部位開(kāi)挖工程量見(jiàn)表1.該工程地質(zhì)條件困難，“80山包”為一單薄的柘林水庫(kù)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(wàn)m3，它的穩(wěn)定干脆關(guān)系到水庫(kù)的平安。因此，在進(jìn)水口、廠房實(shí)施開(kāi)挖爆破時(shí)，必需嚴(yán)格限制爆破振動(dòng)對(duì)“80山包”及構(gòu)造棱體產(chǎn)生的不利影響。此外，由于本擴(kuò)建工程廠區(qū)系統(tǒng)開(kāi)挖距原樞紐建筑物較近，并穿插其中，而施工過(guò)程中要求爆破開(kāi)挖不影響原建筑物的平安，保證電廠正常發(fā)電，開(kāi)挖量大、爆破頻繁。3爆破試驗(yàn)爆破試驗(yàn)的目的是為了觀測(cè)爆破開(kāi)挖對(duì)“80山包”、原電站建筑物及正在運(yùn)行的機(jī)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(diǎn)振動(dòng)速度的衰減特性可用下式來(lái)擬合：式中：Q——單響藥量（kg）R——測(cè)點(diǎn)至爆心的直線(xiàn)距離（m）V——為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(lái)待定統(tǒng)計(jì)系數(shù)。進(jìn)水口爆破開(kāi)挖，對(duì)“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(yàn)。廠房段開(kāi)挖爆破，對(duì)原廠房、開(kāi)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(yàn)。對(duì)進(jìn)水EL106m以上梯段開(kāi)挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為36.2，α值為1.469；對(duì)進(jìn)水EL106m以下梯段開(kāi)挖爆破（孔徑Φ70mm）擬合的K值為20.3，α值為1.35；對(duì)廠區(qū)EL40m以上梯段開(kāi)挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為98.23，α值為1.97；對(duì)廠區(qū)EL40m以下梯段開(kāi)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(dòng)衰減規(guī)律公式得允許最大單響藥量，從而對(duì)單響藥量限制。其單響藥量計(jì)算公式為：表1各部位開(kāi)挖工程量表開(kāi)挖部位土石方（萬(wàn)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(zhǎng)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(kāi)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(duì)原樞紐建筑物產(chǎn)生肯定的影響，擴(kuò)建開(kāi)挖各爆區(qū)與須要愛(ài)護(hù)的建筑物之間直線(xiàn)距離見(jiàn)表2.表2各爆區(qū)與需愛(ài)護(hù)建（構(gòu)）筑物之間最短直線(xiàn)距離表爆區(qū)需愛(ài)護(hù)建（構(gòu)）筑物直線(xiàn)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(kāi)關(guān)站50

50

40

100

110

100尾水渠原廠房

原開(kāi)關(guān)站

泄洪（兼放空）洞50

0

0開(kāi)關(guān)站原開(kāi)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(jì)4.1各開(kāi)挖部位限制爆破參數(shù)確定依據(jù)國(guó)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(kāi)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(diǎn)允許振速，對(duì)規(guī)范沒(méi)有提到的建（構(gòu)）筑物，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)監(jiān)測(cè)及參考國(guó)內(nèi)外其它工程閱歷確定。部份國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐中采納的爆破平安質(zhì)點(diǎn)振速限制指標(biāo)見(jiàn)表3.表3部份國(guó)內(nèi)外工程實(shí)際采納的允許振速表序號(hào)電站名稱(chēng)V/（cm/s）建（構(gòu)）筑物1天生橋二級(jí)廠房開(kāi)挖10

4邊坡坡角

滑坡體2北京官?gòu)d水庫(kù)溢流道擴(kuò)建4

5~6房屋

土壩3青銅峽唐渠電站2

0.5

1開(kāi)關(guān)站

中控室

電機(jī)層4八盤(pán)峽擴(kuò)機(jī)1.5

9.5

10

2.5中控室

帷幕灌漿

大體積混凝土

閘門(mén)5三門(mén)峽0.5

0.5發(fā)電機(jī)樓板

機(jī)組運(yùn)行時(shí)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(jī)

閘門(mén)、閘墩

隧洞80山包“地質(zhì)構(gòu)造困難，各方向傳播來(lái)的振動(dòng)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(dòng)速度，還要限制其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度。對(duì)”80山包“棱體進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定校核，當(dāng)其承受的動(dòng)力加速度小于0.1g時(shí)，是穩(wěn)定的。其中對(duì)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(diǎn)允許振速定為小于5cm/s.開(kāi)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中最重要和最敏感的是繼保室的限制元件，國(guó)內(nèi)工程一般采納小于0.5cm/s的振動(dòng)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(dòng)速度限制標(biāo)準(zhǔn)為小于0.25cm/s.對(duì)于開(kāi)關(guān)站內(nèi)各種輸配電構(gòu)架，按基礎(chǔ)地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于0.5cm/s作為平安限制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)開(kāi)關(guān)站內(nèi)一般房屋爆破平安振動(dòng)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(qiáng)度理論，當(dāng)某一點(diǎn)的應(yīng)力σmax≥[σd]，則材料被拉壞，當(dāng)某一點(diǎn)的剪應(yīng)力τmax≥[τd]時(shí)，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(qiáng)度相同的條件下該點(diǎn)能承受更大的動(dòng)拉應(yīng)力，可承受較大的振動(dòng)，但“80山包”灌漿區(qū)由于受兩條大斷層的影響，其承載實(shí)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(kuò)建工程各建（構(gòu)）筑物限制爆破參數(shù)見(jiàn)表4.實(shí)際施工中不同的開(kāi)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(diǎn)振動(dòng)速度為5cm/s，而中控室的允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0.25cm/s，只要限制中控室的允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度不超標(biāo)，則發(fā)電廠房建筑結(jié)構(gòu)允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度肯定會(huì)滿(mǎn)意設(shè)計(jì)要求。引水洞進(jìn)口EL73.5m高程以上開(kāi)挖，以“80山包”允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為限制指標(biāo)，引水洞進(jìn)口EL73.5m表4擴(kuò)建工程各建（構(gòu)）筑物限制爆破參數(shù)表序號(hào)需愛(ài)護(hù)建（構(gòu)）筑物名稱(chēng)允許質(zhì)點(diǎn)振速V（cm/s）1泄洪（兼放空）洞<102泄洪（兼放空）洞進(jìn)口閘門(mén)<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(ài)護(hù)室<0.259開(kāi)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(shí)a<0.1g13原防滲帷幕<2.54.2爆破限制及開(kāi)挖設(shè)計(jì)柘林電站擴(kuò)建工程于1998年12月起先動(dòng)工，開(kāi)挖主要有進(jìn)水口、引水渠、引水洞、廠房、開(kāi)關(guān)站和尾水渠等部分，可見(jiàn)爆破施工限制平面圖。依據(jù)以上分析，被愛(ài)護(hù)的重點(diǎn)建筑物是原開(kāi)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(ài)護(hù)建筑物的特性來(lái)確定爆破措施。廠房邊坡石方爆破開(kāi)挖量為38.36萬(wàn)m3，采納YQ-80型潛孔鉆鉆孔，局部輔以手風(fēng)鉆，6~10m一層臺(tái)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(kāi)挖。廠房基坑爆破開(kāi)挖量為19.52萬(wàn)m3.采納YQ-80型潛孔鉆鉆孔，局部輔以手風(fēng)鉆，6~8m一層臺(tái)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(kāi)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(kāi)挖。依據(jù)其它工程閱歷，爆破開(kāi)挖時(shí)主要是防止爆破振動(dòng)引起的跳閘事故，尤其是繼保室的限制元件。因此尾水渠開(kāi)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(kāi)挖，在《爆破施工限制平面圖》上18kg裝藥量范圍線(xiàn)內(nèi)只能采納手風(fēng)鉆開(kāi)挖，在18kg裝藥量范圍線(xiàn)外可采納潛孔鉆鉆孔開(kāi)挖。開(kāi)關(guān)站的爆破開(kāi)挖主要受原開(kāi)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(xiàn)內(nèi)只能采納人工開(kāi)挖，其余部分爆破限制要求與尾水渠爆破開(kāi)挖相同。以上的限制爆破按最大單響限藥量分為：非爆破開(kāi)挖區(qū)、爆破特控開(kāi)挖區(qū)、爆破嚴(yán)控開(kāi)挖區(qū)、爆破限制開(kāi)挖區(qū)。（1）非爆破開(kāi)挖區(qū)非爆破開(kāi)挖區(qū)采納“靜態(tài)破裂法”開(kāi)挖。（2）爆破特控開(kāi)挖區(qū)特控開(kāi)挖區(qū)由最大單響限藥量0.3kg、0.8kg、1.5kg三個(gè)限藥區(qū)段組成。巖石開(kāi)挖采納非電微差淺孔爆破法進(jìn)行低梯段薄層開(kāi)挖，梯段高1.3~1.5m，孔徑40~50mm，孔內(nèi)實(shí)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(kāi)挖區(qū)嚴(yán)控開(kāi)挖區(qū)由最大單響限藥量3kg、4kg、6.5kg、9.5kg、10kg、14kg、18kg七個(gè)限藥區(qū)段組成。采納淺孔梯段孔間微差、低單耗減弱松動(dòng)爆破薄層開(kāi)挖，梯段高3.2m，孔徑48mm，孔內(nèi)實(shí)行不耦合方式間隔裝藥。（4）爆破限制開(kāi)挖區(qū)限制開(kāi)挖區(qū)由最大單響限藥量25kg、32kg、40kg、45kg、50kg、60kg、80kg、110kg等8個(gè)限藥區(qū)段組成。該區(qū)同樣在經(jīng)“耕犁法”開(kāi)挖表層后，其余巖體用深孔梯段孔間微差、低單耗減弱松動(dòng)爆破，梯段高6~10m，孔徑76mm，孔內(nèi)實(shí)行不耦合方式間隔裝藥。4.3爆破飛石限制爆破飛石是對(duì)本擴(kuò)建工程的另一主要危害，新開(kāi)關(guān)站邊坡高程EL85~EL40.5m高于原開(kāi)關(guān)站地面高程EL40m，新老開(kāi)關(guān)站緊靠一起，爆區(qū)居高臨下，爆破飛石比限制質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度更難，為此采納下列措施進(jìn)行限制：（1）正確設(shè)計(jì)炮孔參數(shù)及起爆網(wǎng)絡(luò)，選用合格的爆破器材；（2）加強(qiáng)施工質(zhì)量，如鉆孔、裝藥邊線(xiàn)、堵塞等，防止過(guò)量裝藥、串段重段、沖炮、帶炮現(xiàn)象；（3）調(diào)整開(kāi)挖掌子面方向，使掌子面方向盡量避開(kāi)須要愛(ài)護(hù)建筑物方向；（4）減小爆破作用指數(shù)，采納松動(dòng)爆破或采納微差擠壓爆破防止揚(yáng)起飛石；（5）重要部位施工爆破采納覆蓋、攔擋措施以防止個(gè)別飛石。4.4施工期爆破監(jiān)測(cè)在本工程招標(biāo)階段現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，并依據(jù)爆破試驗(yàn)結(jié)果確定各開(kāi)挖部位最大單響裝藥量分區(qū)。施工中對(duì)開(kāi)挖進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)狀況如下：引水隧洞進(jìn)水口爆破作業(yè)時(shí)主要愛(ài)護(hù)對(duì)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(shí)，共進(jìn)行168次監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到“80山包”限制點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于0.5cm/s的占進(jìn)水口爆破開(kāi)挖次數(shù)的81.4%，實(shí)測(cè)峰值加速度值0.085cm/s（小于0.1cm/s）。廠房段開(kāi)挖共進(jìn)行了135次監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到“80山包”限制點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于0.5cm/s的占廠房段爆破開(kāi)挖次數(shù)的98.5%.據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1999年3月下旬到2000年3月下旬廠區(qū)開(kāi)挖爆破時(shí)對(duì)老繼電室共進(jìn)行了83次監(jiān)測(cè)，當(dāng)振速限制標(biāo)準(zhǔn)為0.25cm/s時(shí)，實(shí)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(gè)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(cè)值的主振頻率在20~80Hz的占93%.5結(jié)論柘林電站擴(kuò)建工程已于2001年12月實(shí)現(xiàn)首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，從勝利完成柘林電站擴(kuò)建工程的爆破開(kāi)挖中，可得出下列結(jié)論：（1）本擴(kuò)建工程爆破振動(dòng)可能對(duì)原建（構(gòu)）筑物帶來(lái)一些不利的影響，但實(shí)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(shí)行了嚴(yán)格的限制措施，但大多數(shù)部位從單響裝藥來(lái)看與常規(guī)施工無(wú)很大區(qū)分，主要是對(duì)重點(diǎn)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(shí)行爆破作業(yè)，原開(kāi)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(jì)、仔細(xì)對(duì)待，對(duì)在地質(zhì)條件較差的電站旁邊進(jìn)行近距離開(kāi)挖爆破是可行的。參考文獻(xiàn)：[1]貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)探討院。江西柘林水電站擴(kuò)建工程可行性探討報(bào)告《施工組織設(shè)計(jì)》。1996年7月[2]貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)探討院。江西柘林水電站擴(kuò)建工程招標(biāo)階段技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告《施工組織設(shè)計(jì)》。1998年6月DesignofblastingcontrolofextensionprojectofZhelinhydropowerstationinJiangxiWuZhengxinLiuWen（GuiyangHydroelectricInvestigationDesign&ResearchInstitute，SPCC，Guiyang，550002，China）Abstract：TheextensionprojectofZhelinhydropowerstationinJiangxihasalargevolumeofblastingexcavati