多邊界條件下大體積混凝土快速拆除技術(shù)

譚萬開，熊 煦

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

旬陽水電站工程位于陜西旬陽縣城南約2km處，為漢江上游陜西境段干流規(guī)劃的第五個梯級水電站，距上游安康水電站約57km，下距蜀河水電站、丹江口水電站分別為55km和255km。旬陽水電站開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼顧航運，并促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展。

樞紐自左至右依次布置為安裝裝卸間、主機間、左導(dǎo)墻、左五孔泄洪沖砂閘、右導(dǎo)墻、右7孔沖砂泄洪閘、右岸非溢流壩段等。

2017年9月26日，旬陽水電站工程右導(dǎo)墻混凝土施工至220.0m高程時，因多方面原因，漢江水沿右導(dǎo)墻缺口灌入左岸一期廠房基坑而導(dǎo)致工程停工。2018年4月10日復(fù)工時已臨近汛期，右導(dǎo)墻布設(shè)主次錨索預(yù)埋管、頸縮式空腔支鉸錨塊等，體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土施工無法在本年度汛前達到防洪度汛高程239.0m，故而在右導(dǎo)墻220.0m高程以上設(shè)置混凝土臨時擋水墻，長61m，墻高17m，擋墻底寬12.75m，頂寬3.0m，混凝土工程量7050m3，汛后枯水期混凝土臨時擋水墻需快速拆除并在次年汛前混凝土施工至高程239.0m。

2 工程特點

2.1 臨時擋水墻周圍多邊界條件影響，環(huán)境復(fù)雜

臨時擋水墻位于右導(dǎo)墻混凝土220.0m高程上部，上游接右導(dǎo)墻上延段，下游接右導(dǎo)墻消力池段，擋水墻內(nèi)部還包裹有通風(fēng)及電纜井混凝土墻體，均為永久混凝土構(gòu)筑物。左岸側(cè)泄洪沖砂閘壩段正進行溢流堰及閘墩混凝土施工，混凝土擋水墻拆除爆破區(qū)中心與被保護對象的最小水平距離R=23m。右導(dǎo)墻臨時擋水墻平面見圖1。

圖1 右導(dǎo)墻臨時擋水墻平面

2.2 安全控制要求高

混凝土擋水墻拆除爆破區(qū)周邊及下部均為永久構(gòu)筑物，爆破安全控制要求高，必須嚴格控制爆破振動效應(yīng)的影響，以確保周邊及底部已施工完成的永久構(gòu)筑物質(zhì)量及安全。

2.3 拆除爆破規(guī)模大，工期緊，強度大

混凝土擋水墻拆除工程量達7050m3，炮孔數(shù)量多，裝藥量大。拆除工期影響到右導(dǎo)墻后續(xù)永久構(gòu)筑物的施工，工期緊，強度大。

2.4 爆破塊體及爆碴堆積方向控制要求高

結(jié)合現(xiàn)場吊裝設(shè)備額定荷載情況，能吊運至工作面用于機械翻碴的設(shè)備要求其爆破塊體應(yīng)控制在0.8m以下。為避免碴料對正在施工的左岸側(cè)溢流堰及閘墩混凝土產(chǎn)生干擾，爆碴應(yīng)向右岸漢江河床側(cè)拋擲。

3 擋墻拆除方案的確定

由于右導(dǎo)墻臨時擋水墻布設(shè)位置的特殊性，設(shè)計要求混凝土拆除不能采用爆破方式且不能對永久建筑物的穩(wěn)定及應(yīng)力產(chǎn)生破壞性影響。前期采用靜態(tài)破碎劑預(yù)裂，液壓破碎錘拆除方案。2018年10月25日，右導(dǎo)墻臨時擋水墻237.0m～232.0m層開始造孔，11月1日靜態(tài)破碎劑預(yù)裂后采用2臺液壓破碎錘鑿除，截至2018年11月20日共計20d僅完成第一層混凝土拆除，約940m3，僅占混凝土拆除總工程量的13.3%，拆除進展極為緩慢。按照此進度推測，采用原拆除方案不可能按期完成混凝土拆除任務(wù)，更會影響到次年汛前右導(dǎo)墻混凝土施工至239.0m高程以上的防洪度汛目標。鑒于施工現(xiàn)場實際進展情況，2018年11月20日，建設(shè)單位組織專家召開了右導(dǎo)墻臨時擋水墻快速拆除方案咨詢會，經(jīng)分析論證最終確定采用控制性弱松動爆破、預(yù)留保護層機械鑿除的拆除方案。通過對臨時擋水墻上下游兩端及電纜井周邊采用預(yù)裂爆破、底部預(yù)留保護層和右導(dǎo)墻下部爆破拆除層孔底設(shè)置可壓縮性介質(zhì)砂墊層以及控制單段最大起爆藥量等方法減小爆破振動效應(yīng)。

4 控制爆破參數(shù)設(shè)計

4.1 擋墻拆除分層

右導(dǎo)墻臨時擋水墻混凝土分四層拆除。237.0m～232.0m層為靜態(tài)破碎劑預(yù)裂層；232.0m～227.0m和227.0m～221.0m層為爆破拆除層，每層分四區(qū)進行起爆；221.0m～220.0m層為預(yù)留保護層。擋墻拆除分層見圖2。

圖2 右導(dǎo)墻臨時擋水墻拆除分層

4.2 布孔形式

臨時擋水墻混凝土主要采用履帶式潛孔鉆為主，手風(fēng)鉆為輔，豎向造孔，孔深2.0m～6.5m，主爆孔間排距1.5m×1.5m，梅花形布置。上、下游兩端預(yù)裂孔孔深11m，通風(fēng)井和電纜井周邊孔深3.0m～6.0m，間距0.8m，預(yù)留保護層厚度0.75m～1.0m。

4.3 炸藥單耗

主爆孔炸藥單耗為0.35kg/m3～0.42kg/m3，預(yù)裂孔線裝藥密度[1]Qx=0.36σ0.63a0.67=0.36×1700.63×1000.67=200g/m2。

4.4 裝藥結(jié)構(gòu)

主爆孔采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，導(dǎo)爆索和藥卷綁扎在竹片上間隔裝藥。爆破拆除兩層孔底設(shè)置長度為0.5m可壓縮介質(zhì)砂墊層，孔口堵塞段長度0.4m～0.8m。

預(yù)裂孔采用導(dǎo)爆索和藥卷綁扎竹片間隔裝藥送入孔內(nèi)，孔口堵塞段長度0.5m。

4.5 炸藥類型

采用2#巖石乳化炸藥。主爆區(qū)潛孔鉆孔裝φ50mm藥卷，手風(fēng)鉆孔裝φ32mm藥卷；預(yù)裂孔裝φ32mm藥卷。

4.6 保護層拆除

右導(dǎo)墻臨時擋水墻與右導(dǎo)墻消力池段、上延段及右導(dǎo)墻220.0m永久混凝土面結(jié)合處均預(yù)留1.0m的保護層，臨時擋水墻中部設(shè)計布置有一處電纜井和通風(fēng)井(壩下0+021.75～壩下0+024.25，壩左0+000.20～壩右0+002.30)，該處也需要設(shè)置保護層防止爆破震動對下部結(jié)構(gòu)造成破壞。上下游結(jié)合面及電纜井、通風(fēng)井保護層在爆破后跟進進行破碎拆除，底部保護層最后采用靜態(tài)破碎劑與DH300液壓破碎錘配合進行拆除。

4.7 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

爆破拆除每層分四段進行，起爆網(wǎng)絡(luò)自右岸向左岸的起爆順序，孔內(nèi)及孔間導(dǎo)爆索，非電導(dǎo)爆雷管接力式起爆網(wǎng)絡(luò)。擋水墻爆破拆除232.0m～227.0m層單段最大藥量控制孔數(shù)Q/4.5=12孔；227.0m～221.0m層單段最大藥量控制孔數(shù)Q/5.5=9孔。

5 爆破安全防護和爆破拆除施工

5.1 爆破振動控制及校核

爆破振動是右導(dǎo)墻臨時擋水墻爆破拆除的重難點，控制對象主要有臨時擋水墻下部右導(dǎo)墻、右導(dǎo)墻上延段、下游消力池段、左岸側(cè)沖砂泄洪閘壩段及擋墻內(nèi)電纜井等永久混凝土構(gòu)筑物。毗鄰的右導(dǎo)墻上延段及消力池段通過預(yù)裂爆破成縫減小爆破振動，下部右導(dǎo)墻通過在爆破孔底設(shè)置可壓縮介質(zhì)砂墊層減小爆破振動。沖砂泄洪閘壩段按新澆混凝土7d齡期v=10cm/s控制，最大單響藥量為Q=R3(V/K)3/α=54.07kg(根據(jù)爆破安全規(guī)程取值：K=150，α=1.5，R=23.0mm)[2]。

5.2 安全防護

(1)嚴格控制裝藥量、堵塞長度和質(zhì)量，同時加強爆破體的覆蓋。臨時擋墻混凝土爆破孔口可采用沙袋覆蓋防止飛石。鄰近區(qū)域設(shè)備在爆破時按照爆破安全員要求撤離至安全部位，新澆筑混凝土齡期不少于7d并在混凝土外露面采用3cm木板或者泡沫板等覆蓋保護。

(2)利用右導(dǎo)墻左側(cè)外露鋼筋及增加的鋼板組合形成防護墻，盡可能地避免碴料進入左五孔沖砂泄洪閘壩段而影響其施工。

(3)安全警戒：距爆破位置半徑300m為警戒范圍[2]。警戒范圍內(nèi)嚴禁人員、車輛停留，各出入口安排專人值守。

5.3 爆破拆除施工

5.3.1 爆破試驗

在爆破拆除1層上游選取一區(qū)進行爆破試驗。根據(jù)爆后測振儀和聲波測井儀采集數(shù)據(jù)判斷爆破效果，及時調(diào)整爆破參數(shù)。

5.3.2 鉆孔

采用上游布置的MQ600B/30型門機將履帶式液壓潛孔鉆機吊運至工作面造孔，造孔孔徑φ80，擋水墻斜坡個別部位采用手風(fēng)鉆造孔，孔徑φ42。

5.3.3 裝藥及聯(lián)網(wǎng)

將炮孔逐孔編號，將裝藥參數(shù)(包含孔號、孔深、裝藥結(jié)構(gòu)、聯(lián)網(wǎng)段位等)制作成表，裝藥前對作業(yè)人員詳細交底，并核對孔深、炸藥品種、數(shù)量、雷管段別。

5.4 混凝土碴料裝運

右導(dǎo)墻臨時擋水墻混凝土爆破后，采用MQ600B/30型門機吊液壓式挖掘機R150LVS至工作面向右岸一期導(dǎo)流河床扒碴?；炷翖壊瓴捎梅赐贒H360二次挖裝20t自卸汽車運輸，經(jīng)結(jié)合一期枯水期圍堰填筑的出渣通道運至指定碴場。

5.5 爆破實施效果

表1 質(zhì)點振速監(jiān)測成果

表2 聲波測井儀數(shù)據(jù)

以上兩項監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，右導(dǎo)墻臨時擋水墻爆破實測質(zhì)點振速在擬定允許值范圍內(nèi)，混凝土聲波衰減率<5%，均未對下部右導(dǎo)墻、右導(dǎo)墻上延段、下游消力池段以及左五孔沖砂泄洪閘壩段等永久構(gòu)筑物造成爆破危害，質(zhì)量可控[3]。

6 結(jié)語

多邊界條件下大體積混凝土爆破拆除通過采用孔底設(shè)置可壓縮性介質(zhì)砂墊層、周邊預(yù)裂縫、單響最大藥量等多種減小爆破振動的控制手段，同時采用測振儀和聲波測井儀雙重監(jiān)測爆破對永久周邊構(gòu)筑物的影響程度，施工快速、簡便、安全，節(jié)省施工成本。