水電站主壩上部結(jié)構(gòu)控制爆破拆除施工技術(shù)研究

李生峰

摘要：在水利水電施工建設(shè)中，對(duì)于大壩改造施工常常要對(duì)壩體的部分進(jìn)行拆除施工，由于水工建筑物對(duì)爆破震動(dòng)非常敏感的特殊性，一般的拆除施工采用鑿除或無(wú)聲破碎劑破碎施工，施工難度大，存在安全隱患，為加快施工進(jìn)度及減少施工成本，采用控制爆破施工對(duì)主壩上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除施工。該技術(shù)是新的大壩上部結(jié)構(gòu)控制爆破拆除技術(shù)。

關(guān)鍵詞：控制爆破；質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度；水利工程；水電站；大壩施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV641 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0105-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.052

水豐水電站是我國(guó)建國(guó)前最大的電站，也是目前我國(guó)黃河以北的最大庫(kù)容的電站，大壩建設(shè)至今已有70年歷史，溢流壩段26孔啟閉機(jī)工作橋及橋墩全部爆破拆除，橋墩下部的分流墩需要保留，其混凝土表面風(fēng)化嚴(yán)重，內(nèi)部強(qiáng)度降低。目前國(guó)內(nèi)水電工程領(lǐng)域還沒(méi)有任何單位對(duì)大壩頂部結(jié)構(gòu)爆破拆除施工技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，特別是大壩如此老齡并且需保留緊鄰結(jié)構(gòu)在爆破拆除施工技術(shù)方面還沒(méi)有可以借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。

1 主要技術(shù)性能指標(biāo)

水豐水電站主壩為混凝土重力壩，最大壩高106.4m，正常蓄水位123.3m，死水位95.0m，壩頂高程126.4m，壩頂寬度8.5m。在擋水壩段壩頂上設(shè)有擋水墻，擋水墻高4.6m，底寬1.5m，其頂部高程為131.0m。壩頂全長(zhǎng)899.5m，共分60個(gè)壩段，分別為擋水壩段、取水發(fā)電壩段和溢流壩段。大壩的溢流壩段設(shè)有26個(gè)開(kāi)敞式溢流孔，堰頂高程為116.0m，采用挑流消能。每個(gè)溢流孔設(shè)有一道平面工作閘門，閘門孔口尺寸為12.0×7.3m（寬×高，下同），溢流壩啟閉機(jī)工作橋面高程為135.5m，橋上設(shè)有3臺(tái)2×600kN臺(tái)車式啟閉機(jī)，操作26扇工作閘門。

1.1 本次大壩改造的主要施工任務(wù)

1.1.1 原壩頂閘門啟閉機(jī)工作橋及橋墩拆除并重建，新建工作橋橋面高程為131.5m；拆除原有3臺(tái)2×600kN臺(tái)車式啟閉機(jī)，新設(shè)3臺(tái)2×630kN門機(jī)。

1.1.2 進(jìn)行混凝土開(kāi)挖，拆除并更新原有26扇工作閘門和閘門槽及底坎金屬結(jié)構(gòu)。

1.2 主壩工作橋控制爆破技術(shù)指標(biāo)

1.2.1 水豐水電站主壩溢流壩段啟閉機(jī)工作橋共26孔，單孔跨度為15m，凈跨12m，工作橋總長(zhǎng)為390m。工作橋下溢流面高程為116，橋墩建在閘墩上部底高程為126m，橋墩高度為8m，橋墩截面為2×3m，工作橋橋梁重量約為165噸，橋面高程為135.5m。

1.2.2 主壩工作橋127.5m高程以上部分，采用定向控制爆破拆除方案，拆除混凝土方量為2802.38m?。

1.2.3 工作橋混凝土控制爆破拆除選用的爆破參數(shù)為：炸藥單耗0.8kg/m?，保護(hù)部位混凝土最大質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度不大于5cm/s，采用隔段非電毫秒雷管起爆。

1.2.4 選用的火工材料性能。本次爆破選用2#巖石乳化炸藥，乳化炸藥威力相對(duì)較低，爆速≥3200m/s，猛度≥12mm，炸藥密度為1.0～1.3g/cm3，防水性能好，利于拆除爆破使用。

1.2.5 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制指標(biāo)。本次工作橋控制爆破拆除成功的關(guān)鍵在于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的控制，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2003）、《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5389-2007）及參考《三峽工程建（構(gòu)）筑物附件的控制爆破技術(shù)》不同部位的安全允許質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.6 主壩工作橋控制爆破拆除后，上部工作橋梁和橋墩落入水中，產(chǎn)生的涌浪高度應(yīng)該小于3m。

2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)與難點(diǎn)

水豐水電站修建于日偽時(shí)期，已運(yùn)行近70年，電站產(chǎn)權(quán)為中朝雙方共有，但運(yùn)行管理由朝方負(fù)責(zé)，所有前期的現(xiàn)場(chǎng)勘查、檢驗(yàn)等技術(shù)工作都需要朝方密切配合，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土進(jìn)行聲波回彈測(cè)試顯示，大壩混凝土強(qiáng)度均一性很差，而且有的部位強(qiáng)度很低，給爆破拆除施工帶來(lái)了極大的困難及風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面全部為高空作業(yè)，涌浪和動(dòng)水壓力檢測(cè)需要在水上進(jìn)行，存在一定安全問(wèn)題，主要技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)如下：

2.1 工作橋控制爆破拆除質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)高

該電站是河床式電站，發(fā)電廠房在左岸朝鮮國(guó)境內(nèi)河床壩段，由朝鮮人民民主共和國(guó)管理，機(jī)組最右端臨近爆破區(qū)，其水平距離不足30m，垂直距離約80m，爆破期間機(jī)組仍在正常發(fā)電。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度等安全標(biāo)準(zhǔn)要滿足兩國(guó)要求。本次爆破位置敏感，稍有不慎將引起兩國(guó)外交糾紛，必須仔細(xì)、謹(jǐn)慎地制定各項(xiàng)技術(shù)措施，做到萬(wàn)無(wú)一失。

2.2 控制爆破拆除飛石控制標(biāo)準(zhǔn)高

主壩交通橋位于工作橋下游側(cè)與之平行，橋面高程為126.8m，長(zhǎng)度與工作橋相同均為390m，朝方在主壩交通橋欄桿上布置一條10kV高壓電纜，高程為128m，高壓電纜位于主壩工作橋橋墩下游側(cè)，距離橋墩7m，朝方側(cè)距本次拆除爆破區(qū)域端部20m處為朝方壩上變壓器房，需保證變壓器在爆破時(shí)正常運(yùn)行。

2.3 拆除爆破下部結(jié)構(gòu)保護(hù)難度大

由于啟閉機(jī)工作橋?yàn)樗S主壩上部結(jié)構(gòu)，使用超聲波檢測(cè)后，結(jié)果顯示目前其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均一性極差，下部與之相連的閘墩是需要保留的結(jié)構(gòu)，根據(jù)超聲波檢測(cè)情況反應(yīng)也存在不同程度的強(qiáng)度問(wèn)題，因此，該研究課題解決的技術(shù)關(guān)鍵之一就是如何保證上部結(jié)構(gòu)拆除時(shí)，不得損壞下部的保留結(jié)構(gòu)。

2.4 主壩工作橋爆破拆除落入水庫(kù)產(chǎn)生涌浪和動(dòng)水壓力控制難

主壩工作橋采用定向控制爆破拆除后，工作橋橋墩和上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，瞬間向庫(kù)內(nèi)傾倒，完成拆除，爆破崩落物墜入庫(kù)區(qū)內(nèi)后，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生浪涌，該研究課題解決的技術(shù)關(guān)鍵之一是爆破產(chǎn)生的涌浪、動(dòng)水壓力對(duì)壩體及庫(kù)區(qū)岸坡等的影響，使之控制在允許范圍之內(nèi)。水豐水電站設(shè)計(jì)蓄水位高程為123.3m，主壩工作橋頂高程為135.5m，主壩工作橋控制爆破拆除施工時(shí)段為枯水期，水庫(kù)水位高程處于90～100m之間，距大壩正常水位有20m高的安全儲(chǔ)備，但工作橋墜落物距水面越高所具有的動(dòng)能越大。首先對(duì)中方側(cè)3孔（26、25、24孔）工作橋進(jìn)行爆破拆除試驗(yàn)，以驗(yàn)證爆破參數(shù)是否合理，檢測(cè)涌浪、動(dòng)水壓力是否對(duì)大壩有不利影響，檢測(cè)爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)是否超標(biāo)。

2.5 起爆網(wǎng)絡(luò)可靠度高

主壩工作橋控制爆破拆除試驗(yàn)后剩余22個(gè)橋墩需要一次性整體爆破，工作橋距下部溢流面18m高，需保證同步向上游水庫(kù)中傾倒，防止上部工作橋梁墜落到下部砸壞大壩溢流面混凝土。起爆網(wǎng)絡(luò)是整體拆除爆破成功的重要因素，因此對(duì)整個(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求極高。工作橋控制爆破拆除使用2條起爆主線，材料為導(dǎo)爆索，單條起爆主線長(zhǎng)度超過(guò)400m，導(dǎo)爆索需要進(jìn)行多次搭接，搭接接頭能否有效傳爆是爆破拆除成功的前提，根據(jù)起爆網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)，導(dǎo)爆索接頭搭接長(zhǎng)度為30cm，使用電工膠帶綁扎。

2.6 閘墩墩頭防護(hù)難度大

工作橋橋墩爆破后結(jié)構(gòu)失穩(wěn)向上游傾倒，在傾倒過(guò)程中會(huì)撞擊閘墩下部的分流墩墩頭，對(duì)此部位需要進(jìn)行重點(diǎn)防撞減震防護(hù)，避免分流墩墩頭混凝土結(jié)構(gòu)損壞，因此合理設(shè)計(jì)墩頭混凝土防護(hù)措施是爆破拆除的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

課題依托水豐水電站金屬結(jié)構(gòu)和安全監(jiān)測(cè)改造工程，深入開(kāi)展了水豐水電站主壩工作橋上部結(jié)構(gòu)控制爆破拆除施工技術(shù)系列科研攻關(guān)，在新技術(shù)、新工藝等方面取得了一系列具有廣闊應(yīng)用前景的科研成果，進(jìn)一步研究和完善了大壩上部結(jié)構(gòu)控制爆破拆除施工技術(shù)，明顯加快了大壩上部結(jié)構(gòu)混凝土拆除的施工進(jìn)度、降低了工程造價(jià)，完善了大壩上部結(jié)構(gòu)控制爆破拆除的施工工藝。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）