水電站擴(kuò)建工程爆破控制設(shè)計(jì)

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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”，它實(shí)際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此構(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，原電站仍需承擔(dān)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，控制爆破的成功與否，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)條件復(fù)雜，“80山包”為一單薄的柘林水庫(kù)擋水山體，山體厚度約30 m，風(fēng)化嚴(yán)重，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)定直接關(guān)系到水庫(kù)的安全。因此，在進(jìn)水口、廠房實(shí)施開(kāi)挖爆破時(shí)，必須嚴(yán)格控制爆破振動(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安全，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)，提供參考的施工經(jīng)驗(yàn)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歸待定統(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.

　　根據(jù)建（構(gòu)）筑物所允許的安全控制標(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)單響藥量控制。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　 51.568　 Zbd硅質(zhì)泥灰?guī)r、Zbp冰磧巖、Zad⁶中粗粒砂巖　 進(jìn)水口　 15.27　 Zad⁵粗粒砂巖、少量Zad⁶中粗粒砂巖　 引水隧洞　 3.979　 Zad⁶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　 35.772　 Zad⁶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　 10.306　 ptba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)生一定的影響，擴(kuò)建 　　開(kāi)挖各爆區(qū)與需要保護(hù)的建筑物之間直線距離見(jiàn)表2. 　　表2各爆區(qū)與需保護(hù)建（構(gòu)）筑物之間最短直線距離表 爆區(qū)　 需保護(hù)建（構(gòu)）筑物　 直線距離（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　 150　 　　4爆破施工設(shè)計(jì) 　　4.1各開(kāi)挖部位控制爆破參數(shù)確定 　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(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，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)監(jiān)測(cè)及參考國(guó)內(nèi)外其它工程經(jīng)驗(yàn)確定。部份國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐中采用的爆破安全質(zhì)點(diǎn)振速控制指標(biāo)見(jiàn)表3.
　　表3部份國(guó)內(nèi)外工程實(shí)際采用的允許振速表

序號(hào)　 電站名稱　 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)造復(fù)雜，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，不但要控制其振動(dòng)速度，還要控制其質(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。