深水下围堰拆除爆破技术研究分析

青青

1.工程概况 某水库输水(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/[论文网 www.ap5u.com]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
P=156(1001/3/20)1.13=152.9kPa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=γ h=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 。
　　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。
　　取水头部是该水库输水 (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。                [/td][/tr]        [/table]