循环水泵房进水口岩塞爆破设计与施工

第11卷第4期工程爆破Val.11 ,No.42005年12月ENGINEERING BLASTINGDecember 2005文章编号: 1006 - 7051( 2005 )04 - 0027 - 05循环水泵房进水口岩塞爆破设计与施工陈志刚潘伟君(中国水利水电第十二工程局,杭州310004 )摘要:温州电厂三期工程循环泵房进水口岩塞爆破其周边环境复杂,如何确保本工程在实施过程中避免对已建的一、二期工程及其周围民房产生不利影响如何保证岩塞爆破后取水口过水断面满足设计要求这是本工程要解决的重点问题。本文介绍了岩塞爆破开口尺寸与形状、爆破方案设计、爆破参数计算,以及岩塞爆破施工等技术问题。本次岩塞爆破非常成功。关键词:岩塞;控制爆破;振动速度;止水灌浆中图分类号:TV542*.4文献标识码:ABLASTING DESIGN AND CONSTRUCTION OF ROCK STOPPEROF THE WATER INLET OF CIRCULATING WATER PUMP HOUSECHEN Zhi-gang PAN Wei-jun( The 12th Engineering Bureau of Sinohydro Corporation ,Hangzhou 310004 ,China )ABSTRACT : The water inlet rock stopper of the circulation pump house in the 3rd Stage Project of WenzhouPower Plant was located in complicated environment. So how to ensure the blasting safety and avoiding adverseeffect on the 1st 2nd Stage Project and its surrounding private residence in the process and how to guarantee theintake water cross section satisfying the design request after the rock stopper blasting ,became the key problemsto be solved. In this article such detail technical problems as the hole size and shape of rock stopper blasting ,thedesign of blasting scheme ,the blasting parameter calculation and the execution of rock stopper blasting were in-troduced.' The rock stopper blasting was a great success .KEY WORDS : Rock stopper ; Controlled blasting ; Vibration speed ; Water- stop grouting5.8m衬砌后断面直径4.6m。洞身及出口段呈底1工程概况坡1=0.22向前池抬升。.本工程位于温州地区乐清市磐石镇瓯江边炮台取水口位于瓯江入海口水位以下高程山上开挖工程项目主要包括前池、引水隧洞、进水-7.53m多年平均低潮位-1.98m属不规则半日口三部分。潮平均涨潮历时5. 5h、落潮历时7h。本期工程取引水隧洞全长38.4m进水口段长约10m ,圆形水口东面与一、二期取水口毗邻水平距离45m南断面直径5.2m洞轴线向瓯江抬升35°角洞身段呈面瓯江水域宽广;西北面相距80余米是磐石渡口城i ]洞型长约9m ,断面尺寸6.4mX6.1m顶拱半排水闸门北面54m有=期进水闸门。中国煤化工径3.2m与进水口衔接下游通过2.25m渐变与出2YHCNMHG求口段衔接,出口段长约21m ,圆形断面,开挖直径2.1爆破环境收稿日期:2005 -07- 18本期工程岩塞位于瓯江水位线以下约13m(按作者简介:陈志刚高级爆破工程师,中国工程爆破协会理事,6月上旬高潮位计) ,水下地形平缓,上覆盖岩层单浙江省工程爆破协会副理事长。-且较完整岩石工程地质状况较好、可爆性良爆工程爆硒破后不会形成不稳定边坡,但是外部开口尺寸容易施工有时会很困难孔中的水压力可能会把炸药冲过大。出孔外影响爆破效果。由于一、二期工程已投入运行其取水口、水工岩塞厚度的选取与地质条件、岩塞尺寸、上覆水建筑物、地面钢筋砼框架厂房与本期岩塞爆破距离深度等因素有关。根据隧洞开挖已揭示的地质情况较近厂房内有大量的电气控制设备这些控制设备表明本工程围岩等级为II ~ II类局部有-条断层对震动影响较为敏感,因此必须对岩塞爆破单响最穿过岩塞面中心处夹层宽约10cm横贯穿整个岩大起爆药量加以限制。此外爆源附近有航运船只塞面与外面瓯江相通涌水情况较严重。过往爆破产生的瞬时鼓包作用将形成波浪,由于根据有关资料表明当D(直径)H(厚度)值从压力的传递会对船舶、潜水作业、鱼类造成安全威1.0渐减为0.75做破坏试验时塞体稳定性并未受胁需按爆破规程设置警戒范围。到影响所以岩塞厚度选取范围为H<1.0D。由于2.2设计要求本工程拟采用排孔爆破加之水头不深( < 13m )故本期岩塞开口尺寸里端直径520cm外端直径≥岩塞厚度可适当减小取岩塞平均厚度为4.2m。岩520cm岩塞爆破设计实施效果应满足如下要求:塞剖面形状如图1所示。(1)岩塞-次性爆通进水过流断面满足使用要求。( 2 )取水口不发生较大坍塌取水口上部略成喇岩塞体22月叭状。文-78( 3 )有效保护一、二期循环泵房的正常运行及其-7401水工建筑物安全。起(4对周围建(构)筑物不产生结构性破坏。(5)爆破岩碴85%进入岩塞后面的积碴坑、7%.~8%落入江中、5%存留在隧洞内2%~3%在高压水流挟裹下进入前池。图1岩 塞剖面图Fig.1 Section of rock stopper3岩塞形状尺寸的确定岩塞形状尺寸直接关系到施工安全、排孔布置、4爆破方案设计装药量的大小和爆破效果是岩塞爆破设计中的重由于本期工程周边环境复杂、质点振动速度控要问题。制要求高的特点加之预留岩塞厚度较小爆破方量3.1岩 塞开口尺寸的确定不大,因此采用硐室爆破方案不适合本工程故确定岩塞开口尺寸要满足设计泄量和过水断面要采用钻孔排炮、水力冲碴爆破方案。求并结合考虑最大泄量时进水口的控制流速不大4.1钻孔参 数确定于隧洞洞脸处岩石的抗冲刷流速尽量使水流平顺,根据洞身段开挖所揭露的岩石地质状况看岩避免冲刷岩塞的周壁和上部边坡。对于泄碴方案,石属水工分类II ~ II 类围岩,平均岩石炸药单耗岩塞口下部和引水隧洞的过渡连接段,断面要适当2.0kg/m3岩塞爆破使用防水性能好、适合水下爆扩大而曲线平滑以利爆破石碴顺畅下泄。在上述破工程的非电雷管和防水导爆索以及ML-1型岩石条件满足的情况下尽量减小岩塞尺寸,以减轻爆破乳化炸药药卷密度为1. 10g/cm3爆速≥3200m/s ,的振动影响和排孔炮钻孔的工作量。根据隧洞衬砌猛度≥12mmo的直径4.6m选定岩塞体平均开口直径为5. 2mo岩塞爆破孔确定如下:3.2 岩塞厚度H值确定中国煤化工孔1个,中110mm掏岩塞厚度的选定是确保施工安全和设计合理的槽孔MYHCNMHGo个,φ40mm;周边预主要影响因素。对于排孔爆破而言预留岩塞越薄,裂孔41个,西40mm。,可以减少钻孔的工作量和爆破用药量,也减轻了爆(2孔位布置:中心导向孔布置在圆断面的圆心破振动的影响。但是岩塞越薄,塞体部位节理、裂上掏槽孔布置在半径30cm的圆周上,间距32cm ;隙、地下水及塞体上部水压力对钻孔影响越大装药主爆孔一环布置在半径90cm 的圆周上,间距陈志刚等:循环水泵房进水口岩塞爆破设计与施工29.47cm ,孔数12个主爆孔二环布置在半径160cm的(3掏槽孔单孔装药量计算:圆周上,间距50cm孔数20个;主爆孔三环布置在Q单=(π d2/4) L:△半径220cm的圆周上间距49cm孔数28个周边式中:id 为药卷直径,d =6em;L为装药长度,L=预裂孔布置在半径260cm的圆周上,间距40cm孔240em ;为炸药密度△= 1.10g/cm3。数41个(以上钻孔:中心空孔、掏槽孔采用YQ-100经计算Q单=7.46kg掏槽孔布置6个孔总装型潜孔钻钻孔其余采用手风钻钻孔)炮孔布置如药量实际取值为:Q总= 44.76kg。图2所示。4.2.2主爆 孔爆破参数计算主爆孔单孔药量:q单=π d- 0/4= 1.38kg/m并根据各孔孔深进行计算,计算结果如表1所示。水下地面线4.2.3 周边预裂孔爆破参数计算为减少爆破震动对围岩的破坏、控制成型断面、顶部保护周围建筑物安全在半径260cm的岩塞设计轮廓线上布置一排预裂孔,钻孔直径d = 40mm、孔间距a=40cm总孔数41个,使用φ22mm的药卷装现在岩塞面药则不耦合系数η=1.6。预裂孔线装药密度计算:隧润底部9线=0.124 o&58 a0.872 d0.13式中极限抗压强度σ压=1500kg/cm2(二期泵房应图2岩塞爆破纵剖面图用参数)经计算q线= 345g/moFig.2 Longitudinal section of rock stopper to be blasted总装药量为313.73kg ,岩塞爆破炸药单耗4.2爆破参 数计算3.69kg/m3。以上各孔钻爆参数见表1。4.2.1掏槽孔爆 破参数计算单位岩石炸药耗用量2.2kg/m3 ;按抛掷率4.3爆破网路设计60%计爆破作用指数1.4。将装药掏槽孔按- -定4.3.1爆破网路形 式选择本岩塞爆破采用双复式非电起爆网路起爆由.密度集合,长径比≤8同时起爆其作用效果与集中两组电雷管引爆A1个预裂孔使用导爆索作为起爆药包相近(利文斯顿CW鲍尔A试验,以及中国矿体主导爆索端部使用复式双发非电雷管联网。其业大学试验成果)掏槽孔延长药包平均长度为240cm ,布置在直余66个爆破孔使用复式双发非电雷管和导爆索作径为60cm的圆周上,长径比<8故按鲍式集中药为起爆体组成双回路分别与击发电雷管连接最后包抛掷爆破公式计算。上部抵抗线按W上=与起爆器电源连接。本网路除预裂孔使用孔外延时首先起爆外其它孔均采用孔内延时。170cm、下部W下= 200cm ,Wτ/W上=1.18。( 1 )总装药量计算:由于水头压力作用在上部4.3.2爆破 次序及间隔时间的确定本工程采用毫秒微差爆破,使爆破后的岩块互抵抗线170cm基础上增加20%的长度计算装药量，相碰撞进行补充破碎。从爆破岩石的爆破过程分析以保证药包能上、下爆通岩塞并将抛掷方向设定为认为排孔爆破间隔时间应以后组炮孔在前组炮孔向.上向江里。爆破后岩面已开始形成裂缝、破碎,但尚未抛出时按抵抗线w = 204cm计算:爆炸最为合适。据此,本工程选择毫秒爆破时间间Q =(0.4+0.6n3 )KW主隔值≤60mso式中:Q为集中药包药量,kg in为爆破作用指数,4.33 _爆破次序设计取1.4 ;K为单位岩石炸药耗用量,K =2.2kg/m3 ;MYH中国煤化王对爆破震动的控制要W上为上部抵抗线2.04mo经计算Q = 38kg。求,CN MH G爆药量≤≤60kg。结合(2 )爆破方向:由于本工程上部爆破作用指数为本工程的施工特点起爆次序设计为7段各段起爆1.4 ,而经计算下部作用指数n=1.14 ,可见岩塞上药量及间隔时间见表1。部发生加强抛掷时下部方向发生标准抛掷爆破方4.3.4非电雷管复式网路连接向向上,可以爆通岩塞形成上下漏斗。预裂孔导爆索由2段非电雷管起爆形成两组程爆破表1爆破参数Table 1 Blasting parameters序号炮孔名称孔数/个孔径平均孔深平均装药平均单孔总装药雷管段位间隔时间/m长度/m药量/kg导向孔中心11103.250无掏槽孔6903.222.427.4644.76预裂孔41403.431.0543.05主爆孔第1匿123.322.823.8946.682:第2圈103.372.873.9639.6054(2.703.7337.30第3圈3.593.094.2659.64 .142.712.213.0542.70合计313.73共4发掏槽孔、主爆孔每孔均装4发毫秒微差雷管a=1.77。起爆组成双复式起爆网路(即二簇回路) ,每簇连线各保护对象的爆破质点振动速度计算结果如表由2发电雷管连接引爆。爆破网路见图3。2所示。90000000000000000660预裂孔双发2 段衢电表2爆破振动速度速验算0000000000000006006o0nn路Table 2 Quick checking calculation of blasting vibration velocity掏糟孔ψ中更更中中2国路爆心距最大段起爆振速/cms-1)保护对象-孔φφφ中φ中中屯φ中φ更T月路:段非地回路二期循环泵房仪表盘柜计算值允许值7459 .641.5中中中中中中重中中__ TH磁段心些zR地72国路二期取水隧洞4:1.88 7.0三期钢筋砼泵房5459.641.77 3. 5二环孔从客之段电磐石水闸8(_ 1.08 3.5φ中中中中中市中中中二TI.s 客2律吨”2回路附近民房均远于以上计算的三期泵房及磐石水中中中中卫中中中重亚下正重亚T客世电国路双爱2月#电三环孔<闸此处不再计算。通过以上计算表明各保护对象的质点振动速度均能控制在允许范围内。5.3 爆破冲击波对周围建筑的影响起燁器根据民用爆破安全规程，水深小于30m的水域内进行水下爆破水中冲击波,最小安全警戒线距离图3爆破网路图应遵守下列规定:Fig.3 Blasting network(1对人员潜水不小于900m ,人员游泳不小于5爆破安全验算700m。5.1 质点振动安全速度的确定(2)对船舶:非施工船舶位于爆破点上游根据<《爆破安全规程》规定及有关专家的安全评1000m,位于爆破点下游或静水区时1500m爆破前估认证本工程各测点安全质点振动速度为:一、二渡口船舶应离开渡口,同时在上下水域500m内设期循环泵房仪表盘柜1.5em/s,二 期取水隧洞置警戒临时封堵过往船只。.7.0cm/s,三期钢筋砼泵房3.5em/s, 磐石水闸( 3在三期进水口闸门前面搭设-排钢管架,钢3.5cm/s。管架.上绑扎木板或毛竹片用于保护闸门。5.2爆破震动对周围建筑物的安全验算6岩塞爆破施工我国通常采用以下公式计算爆破振动安全允许速度:6.1. <下清淤与水下地形测量v= K( Q'3/R )中国煤化工为5倍采用178m3的式中:o为保护对象所在地面质点振动速度cm/s;抓滬MYHCNMHGQ为单响最大起爆装药量,kg;R为爆心至观测点采用GPS全球卫星定位仪及声呐测量手段对的距离m;K、a为与爆破点至计算保护对象间的岩塞出口水下地形进行了测绘依据观测资料用计地形、地质条件有关的系数和衰减指数根据本工程算机进行平面绘制取水口水下地形测量平面图。前池开挖的爆破振动监测结果,经分析取K= 156 ,6.2水下探摸及水文地质陈志刚等:循环水泵房进水口岩塞爆破设计与施工为确保水下地形资料的准确性2004 年6月19岩塞面，中心处夹层宽长约10cm横贯穿整个岩塞日和20日两次进行水下探摸,以岩塞中心为基准，面与外面瓯江相通在进行安全撬挖时出现严重漏探摸半径为5m和3mo探摸结果表明地形情况基水。漏水采用灌浆进行处理具体措施如下:本与测量结果相吻合探模情况分析水下地形没有( 1 )在漏水处下方50~ 100cm处钻4个孔进行较大起伏渗水较大的部位属于贯穿裂缝渗水。分流,钻孔采用直径42cm孔径,以利堵塞,孔内装根据引水隧洞开挖钻爆结果分析岩塞岩性为15mm铁管带三通。凝灰岩岩体呈弱风化有少量渗水。(2漏水流至集碴坑采用一台4寸5.5kW排6.3火工材 料试验污泵排至前池集水坑再抽排至瓯江内。爆破用的火工材料选用乳化炸药、毫秒非电雷(3份流后漏水处用旧的棉花絮、约20cm竹签管及电雷管。在爆破之前,针对所选择的爆破火工进行封堵封堵完成后在最靠近漏水处的分流孔内材料全部进行了抽样试验其内容包括:仿真1:1电进行灌浆。灌浆机采用中水十二局自制的立式双缸雷管及非电雷管网路连接起爆试验乳化炸药性能灌浆机灌浆材料采用纯水水泥,水泥采用诸暨八方试验和防水试验(防水试验将乳化炸药浸水12h和普硅42.5。24h两种情况分别进行)(4灌浆采用0.6:1浓浆不打压力,当浆液在6.4 岩塞面上探孔布置封堵处渗出时停止灌浆待凝24h将棉花絮、竹签为保证岩塞厚度的准确性在岩塞面上共布置等挖除深20cm左右,用掺速凝剂的水泥砂浆将夹了8个探孔具体位置如图4所示。层面封住待凝24h后再进行灌浆。由于夹层与外面瓯江相通,因此灌注一定浓浆后即可停止灌浆。此漏水灌浆处理共消耗水泥2t,从以后岩塞体钻孔情况看灌浆处理效果显著基本上没有渗水。57岩塞控制爆破评价4+" 89矿厂2岩塞爆破得到了较好控制经爆破震动监测结果表明各测点的地面质点振动速度均控制在设计的安全范围内。整个施工过程均未影响温州电厂的正常运转。3岩塞爆破完成后,由潜水员水下检查进水口边.图4岩塞探孔布 置图坡、引水洞衬砌段、前池等部位并对进水口断面进Fig.4 Location of testing holes on rock stopper行测量。从检查情况看,进水口断面与设计轮廓线探孔深度如下:吻合边坡稳定引水洞衬砌段无岩碴在前池两侧孔号4有少量岩碴需进行清理。孔深/m3.54.0本次爆破受复杂环境条件限制施工过程中克3.7服了许多困难整个过程中做了大量细致的基础工作,6.5网路线的保护从爆破效果检查情况看本次岩塞爆破非常成功。由于施工中掌子面及集碴坑需搭设平台施工,参考文献:因此在撤除架子时需对网路连接线进行保护。为防止破坏孔内非电雷管装好后上部先连线然后撤除[1]郝志信.密云水库水下岩塞爆破技术R]水利部基建总掌子面上的架子再进行下部及孔外连线。在集碴坑右侧边用电钻钻3~4个孔插入φ6或φ8钢筋,(2]中国煤化工手册<第二版IM]北京:连好的网路线穿在φ100PVC管内挂在集碴坑右侧TYHCNMHG壁钢筋上用细铁丝绑好至渐变段等集碴坑脚手架[3]陈华腾钮强,谭胜禹张庆书.爆破计算手册[M]沈阳:拆完后再进行最后与电雷管的连接。辽宁科学技术出版社,1991.[4 )仲华人民共和国国家标准.爆破安全规程GB6722 - 20036.6岩塞体渗水处理岩塞面修至岩塞设计厚度时,有--条断层穿过[S]北京:中国标准出版社2004.