大消落深度水库预留岩坎拆除方案研究

大消落深度水库预留岩坎拆除方案研究

孙建刚

四川  成都  610000）  中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

摘要：预留岩坎挡水作为一种较为可靠的导流方式，被广泛应用于抽水蓄能电站上、下水库进/出水口的施工导流。在大消落深度水库中，预留岩坎拆除具有拆除方量大、库水位变幅大、施工工期紧张、施工强度大、拆除环境复杂等特点，本文以某抽水蓄能电站上水库进/出水口预留岩坎为例，进行拆除方案研究，为类似工程预留岩坎拆除提供借鉴。

关键词：预留岩坎；消落深度；拆除方案；

1 工程概况

本工程上库利用已建水电站水库，上水库正常蓄水位2865.00m，死水位2785m.00，消落深度80m，上库进/出水口部位地形坡度在40°～45°，坡度较陡，大多基岩裸露，岩性主要为粉砂质板岩与变质粉砂岩互层变质粉砂岩夹板岩，岸坡岩体强卸荷深度6.4m~57.5m，弱卸荷深度16.4m~65.3m，边坡表层岩体透水性较强。上库进/出水口采用侧式进出水口，进口底板高程取2770.50m，每个进/出水口设分流墩，分成4孔。考虑地形地质条件、电站运行特性、国内现有施工水平以及对原电站运行影响等因素，上库进/出水口采用预留高岩坎+混凝土子堰全年挡水、已建电站泄洪建筑物过流的导流方式。

本工程预留岩坎具有如下特点：开挖方量约122.33万m3，其爆破方量和拆除规模均居于国内乃至世界前列；库水位变幅最大达到80m，水深大大超过国外其他同类围堰，工况条件极其复杂，不可避免的需开展深水条件下的爆破和清渣，且施工工期紧张；围堰岩坎部分地质结构复杂，风化卸荷严重，大多为IV~V类围岩，施工难度高；预留岩坎位于正在运行的已建电站库区，周围保护物众多，环境极为复杂，是近年来难度最大的深水围堰拆除爆破。

2 施工时段分析

结合上水库运行方式研究和雅砻江流域已投产的年调节水库电站工程实际调度运行经验，上水库的计划运行方式为：6~10月按照等流量方式从死水位蓄水至正常蓄水位2865.00m，同时考虑水库水位7月底前，为长江中下游预留防洪库容，对应的水位不超过2845.9m，11月、5月为不蓄不供期，12月~翌年4月按照等出力方式消落至死水位2785.00m，其历年逐月上游末水位表见图1。

图1  上水库长系列分析历年逐月上游末水位表

根据上水库历年逐月上游末水位表及运行方式，推算各时段水位变化情况如下：

上年度11月，库水位维持在正常蓄水位2865.00m。

上年度12月~1月，库水位从正常蓄水位2865.00m消落到2842m。

2月，库水位从2842m消落至2830m。

3月，库水位从2830m消落至2813m。

4月，库水位从2813m消落至2797m。

5月初~中旬，库水位从2797m消落至死水位2785.00m。

5月中旬~6月中旬，库水位维持在死水位2785.00m。

6月~10月，库水位从死水位2785.00m蓄水至正常蓄水位2865.00m。

根据施工进度安排，按照一个水位消落期将混凝土围堰和岩坎爆破拆除完成，为减少水下爆破拆除量及工程拆除难度，拆除进度与水位下降速率匹配，并确保预留岩坎始终高于水位线1.5~2m，岩坎拆除最后一次爆破最佳的施工时段在5~6月。

3 拆除方案研究

上库进/出水口挡水岩坎及混凝土子堰拆除按照自上而下，由内向外，分层、分块逐块进行爆除，总体上分三阶段：第一阶段是混凝土围堰爆破（I区），第二阶段是Ⅱ区岩坎爆破，Ⅱ区分为4层，每层分为2~3块，第三阶段是Ⅲ区岩坎爆破，分为3个块体，①块为防渗帷幕内侧削薄，②块为防渗帷幕外侧削薄，③块为最后一次性爆破。上水库进/出水口预留岩坎及混凝土子堰拆除分层、分块特性见图2、表1。具体分区分块拆除规划如下：

图2  上库进/出水口预留岩坎拆除分层分块示意图

上库进/出水口预留岩坎拆除分层分区特性表

表 1

① 第一阶段是混凝土围堰爆破（I区），拆除高程范围2847m~2867m，该区拆除工程量约3.93万m3，采用干地钻孔、干地爆破、干地出渣，该层安排在1月中旬水位降至2847m后进行，在1月底完成拆除。

② 第二阶段依据水位变化情况，拆除Ⅱ区（高程范围2847m~2787m），拆除工程量约107.68万m

3，拆除进度与水位下降速率匹配，并确保预留岩坎始终高于水位线1.5~2m，保证干地钻孔、干地爆破、干地出渣。Ⅱ区分4层进行爆破拆除，分别为Ⅱ-1区（高程范围2832m~2847m）、Ⅱ-2区（高程范围2815m~2832m）、Ⅱ-3区（高程范围2800m~2815m）、Ⅱ-4区（高程范围2787m~2800m），各层拆除工程量分别为16.3万m3、28.77万m3、31.95万m3、30.66万m3。各层从堰内向堰外划分为2~3个块分次爆破，在水位下降的过程中先爆破防渗帷幕以内的区块，每个区块爆破拆除从出渣道路一侧向另外一侧开挖，平行于围堰轴线方向进行，结合上水库计划及进度安排，Ⅱ-1~4区分别要求在2月中旬、3月中旬、4月中旬、5月中旬完成拆除。

③ 第三阶段是Ⅲ区爆破，分为3个块爆破拆除，块①为基坑内侧削薄，干地钻孔、干地爆破、干地出渣，在Ⅱ-4区块①和块②拆除完成后开始施工，出渣通道为1#施工支洞；块②为临库侧削薄，在Ⅱ-4区块③拆除完成后开始施工，主要为干地钻孔、水下爆破、水下出渣，水下深度2m；块③区为最后一次性爆破，干地钻孔、水下爆破、水下出渣，水下深度2m。结合上水库计划及进度安排，Ⅲ区要求在第6月中旬完成拆除。

4 爆破设计

① 混凝土子堰钻爆设计

混凝土子堰采用松动爆破一次性开挖完成。为便于钻孔和装药，混凝土子堰浇筑的时候做成台阶状，在2859m高程以下混凝土浇筑时预埋6排水平Φ90mmPVC管便于后期装药，PVC管两端需设堵头，迎水面一端预留1m。混凝土子堰顶布置两排Φ76mm炮孔，孔深7.5m，炮孔采用梅花形布置，间排距为2.0m×2.0m。两侧永久边坡采用预裂爆破，预裂孔孔径Φ76mm。炮孔布置示意图见图3。

图3 混凝土子堰预留炮孔示意图

② 预留岩坎参数（干地钻孔、干地爆破、干地出渣）

主要涉Ⅱ区、Ⅲ区第①开挖。根据钻孔设备及现场情况以及类似工程施工经验，主爆孔参数如下：

a、钻孔直径：对于岩体较为破碎出现塌孔的情况，需采用PVC-U管护孔的炮孔，PVC-U管内径90mm，满足Φ70mm防水乳化炸药的装药要求；对于不需要用PVC-U管护孔的炮孔，孔径为φ90mm。潜孔钻不能成孔的，需要采用跟管钻机造孔。

b、炸药单耗：炸药单耗按经验取为0.5kg/m3～0.6kg/m3，对于IV类和V类岩体取小值，III类岩体取大值。施工时，根据试验情况和实际情况调整。

c、炮孔间排距：采用矩形布置，对于VI和V类岩体，间排距为3.0m×2.8m；对于III类岩体，间排距为2.8m×2.5m，根据试验和试爆情况进行优化调整。

d、钻孔深度：考虑层高后，超深1.5m。

e、填塞长度：为了保证炮孔上部不产生大块，填塞长度按1.5m～2.0m设计。

f、炸药采用Φ70mm防水乳化炸药，爆堆的堆积方式以方便清挖为主。

g、孔内双向起爆雷管，分别装在上1/3处和下1/3处。

预裂爆破钻爆参数如下：

钻孔直径90mm，钻孔间距为1.0m，孔底超深0.5m，线装药密度为350g/m～400g/m，孔口堵塞长度为1.0m，采用导爆索将Φ32药卷绑扎成串状的装药结构。

爆破设计参数汇总如表2所示。

爆破设计参数表

表 2

5 拆除安全控制

本工程需要严格控制爆破有害效应对保护物的危害，因此需要根据工程特点对爆破的有害效应进行分析、评价及控制，遵循《爆破安全规程》GB 6722-2014及相关部门的要求。在围堰拆除爆破中产生的有害效应主要有爆破振动、飞石等，为确保围堰周围建筑物的安全，本工程需根据防护控制标准，采取相应的安全措施，并进行必要的安全监测。

① 爆破振动及其安全控制

由于已建电站大坝及电站厂房等保护物距离爆破区域较远，需要重点保护的对象是料场边坡、进水口拦污栅、闸门及启闭机、进出水口混凝土结构。根据国家及行业标准和规范，并参考国内类似工程的经验，在爆破开挖初始阶段进行爆破试验，试验中布置爆破安全监测点，对试验成果和监测数据进行分析，确定爆破安全控制标准。

爆破振动安全控制建议值

表 3

② 爆破振动安全控制措施

控制最大允许单段药量，以达到控制爆破振动速度的目的；采用合理的段间起爆时差，确保整个起爆网络中段间时差不至发生振动叠加；爆破设计中应采用密集孔距，降低预裂爆破本身振动及预裂爆破隔振措施。根据《爆破安全规程》GB 6722-2014计算的最大单段装药量见下表。

允许最大单段装药量

表 4

③ 爆破飞石控制

本工程围堰拆除距离新建进水口建筑物极近，越靠近下游段爆破飞石而对新建进水口闸墩、闸门造成威胁越大。为保证大坝和新建进水塔及检修门、拦污栅的安全，要求围堰爆破拆除时必须对滚石、飞石采取有效、可行的防护措施。

a、爆体覆盖：在爆区上铺设装沙编织袋，在爆源处控制飞石；b、装药、连线后，采用沙袋等柔性材料对孔口表面进行覆盖，以减少个别飞石；c、被保护对象的遮挡与覆盖：采用竹跳板、沙袋等遮挡、覆盖进水口建筑物的顶部、边墙与底板；d、采取多钻孔、少装药，降低单耗，增加爆破孔填塞深度，以降低飞石规模和飞石距离。

为了确保安全，在爆区周围划定飞石安全警戒范围，爆破时，施工人员及设备必须撤至安全区，对那些无法撤离的设备及其他需保护的对象则需进行合理的防护。

6 结束语

通过对上水库进/出水口预留岩坎拆除方案研究，既能保证已建电站的正常运行，又能在既定工期内拆除预留岩坎，可有效解决大消落深度水库中预留岩坎拆除面临的拆除方量大、库水位变幅大、施工工期紧张、施工强度大、拆除环境复杂等一系列问题，为抽水蓄能电站利用已建水库作为上、下水库施工提供参考。

参考文献：

【1】胡代清，赵根.抽水蓄能电站预留岩坎拆除爆破.北京：水利水电出版社，2012.

【2】孙云峰，李冲，孟涛.某引水工程取水口围堰和预留岩坎拆除爆破 [J] .工程爆破.2020，第003期.

【3】尹太平，宋宏波，陈颖金.安桥水电站1#导流隧洞进口围堰预留岩坎爆破拆除技术 [J] .水利水电技术 . 2008，第012期.

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