水電站擴建工程爆破控制設計

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概況

　　柘林水電站擴建工程位于江西省北部，鄱陽湖以西的柘林鎮(zhèn)，地處修河中游末端。柘林水電站水庫總庫容79.2億m3，是我國最長的粘土心墻壩（總長590.75m）。

　　擴建工程在原柘林水電站泄洪（兼放空）洞北側，水工建筑物由引水系統（引水明渠、進水口、二條引水隧洞）和廠區(qū)系統（地面廠房、開關站、尾水渠）組成。裝機二臺單機容量120MW，擴建后該電站總裝機容量達420MW.兩臺機組分別于2001年12月和2002年5月并網發(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關站。進水口布置毗鄰寬僅30余m的“80山包”，它實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，擴建工程中的兩條引水隧洞從此構造棱體的底部穿過。新開關站緊靠老開關站布置。

　　擴建工程施工期，原電站仍需承擔江西電網的調峰任務，要求保證其正常運行發(fā)電。大壩系統和泄洪系統仍按原設計、校核洪水標準攔蓄和宣泄洪水。施工期有正常航運、過木和供水要求。因此，控制爆破的成功與否，關系到整個擴建工程的成敗。

　　2施工特性

　　擴建工程土石方開挖總量為219.7萬m3，主體工程開挖項目有：引水明渠、進水口、引水隧洞、地面廠房、尾水渠、開關站等。各部位開挖工程量見表1.

　　該工程地質條件復雜，“80山包”為一單薄的柘林水庫擋水山體，山體厚度約30 m，風化嚴重，其間受F65、F67兩斷層橫向切割組成一構造棱體，成倒三角形，體積近12萬m3，它的穩(wěn)定直接關系到水庫的安全。因此，在進水口、廠房實施開挖爆破時，必須嚴格控制爆破振動對“80山包”及構造棱體產生的不利影響。此外，由于本擴建工程廠區(qū)系統開挖距原樞紐建筑物較近，并穿插其中，而施工過程中要求爆破開挖不影響原建筑物的安全，保證電廠正常發(fā)電，開挖量大、爆破頻繁。

　　3爆破試驗

　　爆破試驗的目的是為了觀測爆破開挖對“80山包”、原電站建筑物及正在運行的機電設備的影響，確定爆破參數，提供參考的施工經驗公式。

　　爆破地震波在巖體內的傳播規(guī)律，質點振動速度的衰減特性可用下式來擬合：

　　式中：Q——單響藥量（kg）

　　R——測點至爆心的直線距離（m）

　　V——為質點振動速度峰值（cm/s）

　　K，α——反映爆破方式與地質條件等綜合影響的回歸待定統計系數。

　　進水口爆破開挖，對“80山包”沿地面?zhèn)鞑ヒ话愕囊?guī)律，共進行了6次爆破試驗。廠房段開挖爆破，對原廠房、開關站、繼保室沿地面?zhèn)鞑ヒ话愕囊?guī)律，共進行了8次爆破試驗。對進水EL106m以上梯段開挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為36.2，α值為1.469；對進水EL106m以下梯段開挖爆破（孔徑Φ70mm）擬合的K值為20.3，α值為1.35；對廠區(qū)EL40m以上梯段開挖爆破（孔徑Φ110mm）擬合的K值為98.23，α值為1.97；對廠區(qū)EL40m以下梯段開挖爆破（孔徑Φ70mm）擬合的K值為23.1，α值為1.413.

　　根據建（構）筑物所允許的安全控制標準，由爆破振動衰減規(guī)律公式得允許最大單響藥量，從而對單響藥量控制。其單響藥量計算公式為：

　　表1各部位開挖工程量表
 

開挖部位　 土石方（萬m³）　 巖石巖性　 引水系統　 引水明渠　 51.568　 Zbd硅質泥灰?guī)r、Zbp冰磧巖、Zad⁶中粗粒砂巖　 進水口　 15.27　 Zad⁵粗粒砂巖、少量Zad⁶中粗粒砂巖　 引水隧洞　 3.979　 Zad⁶厚層長石石英砂巖、Zad⁶中細砂巖、Zad⁶中粗粒砂巖　 廠區(qū)系統　 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泥質板巖　 開關站　 10.306　 ptba泥質板巖　 廠房邊坡　 97.425　 　　 其它　 　　 0.176　 　　 圍堰　 　　 1.521　 　　 　　爆破可能對原樞紐建筑物產生一定的影響，擴建 　　開挖各爆區(qū)與需要保護的建筑物之間直線距離見表2. 　　表2各爆區(qū)與需保護建（構）筑物之間最短直線距離表 爆區(qū)　 需保護建（構）筑物　 直線距離（m）　 引水渠進水口　 攔河大壩
泄洪（兼放空）洞進口
“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）洞進口
“80山包”棱體
原防滲帷幕
原廠房
原開關站　 50
50
40
100
110
100　 尾水渠　 原廠房
原開關站
泄洪（兼放空）洞　 50
0
0　 開關站　 原開關站　 0　 引水隧洞　 泄洪（兼放空）洞及“80山包”棱體　 150　 　　4爆破施工設計 　　4.1各開挖部位控制爆破參數確定 　　根據國家標準《爆破安全規(guī)程》GB22—86和水電部《水工建筑巖石基礎開挖工程施工技術規(guī)范》SL47—94，提出了部份建筑物的地面質點允許振速，對規(guī)范沒有提到的建（構）筑物，根據現場爆破試驗監(jiān)測及參考國內外其它工程經驗確定。部份國內外工程實踐中采用的爆破安全質點振速控制指標見表3.
　　表3部份國內外工程實際采用的允許振速表

序號　 電站名稱　 V/（cm/s）　 建（構）筑物　 1　 天生橋二級廠房開挖　 10
4　 邊坡坡角
滑坡體　 2　 北京官廳水庫溢流道擴建　 4
5~6　 房屋
土壩　 3　 青銅峽唐渠電站　 2
0.5
1　 開關站
中控室
電機層　 4　 八盤峽擴機　 1.5
9.5
10
2.5　 中控室
帷幕灌漿
大體積混凝土
閘門　 5　 三門峽　 0.5
0.5　 發(fā)電機樓板
機組運行時　 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
閘門、閘墩
隧洞　 　　80山包“地質構造復雜，各方向傳播來的振動速度值及相應加速度值各不相同，因此，不但要控制其振動速度，還要控制其質點振動加速度。對”80山包“棱體進行動力穩(wěn)定校核，當其承受的動力加速度小于0.1g時，是穩(wěn)定的。