水电站扩建工程爆破控制设计

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概况

　　柘林水电站扩建工程位于江西省北部，鄱阳湖以西的柘林镇，地处修河中游末端。柘林水电站水库总库容79.2亿m3，是我国最长的粘土心墙坝（总长590.75m）。

　　扩建工程在原柘林水电站泄洪（兼放空）洞北侧，水工建筑物由引水系统（引水明渠、进水口、二条引水隧洞）和厂区系统（地面厂房、开关站、尾水渠）组成。装机二台单机容量120MW，扩建后该电站总装机容量达420MW.两台机组分别于2001年12月和2002年5月并网发电。新厂房布置在古滑坡体地基山上，紧靠老电站厂房和老开关站。进水口布置毗邻宽仅30余m的“80山包”，它实际上起着挡水坝的作用，并且“80山包”底部被F65、F67两条大断层切割成棱体，扩建工程中的两条引水隧洞从此构造棱体的底部穿过。新开关站紧靠老开关站布置。

　　扩建工程施工期，原电站仍需承担江西电网的调峰任务，要求保证其正常运行发电。大坝系统和泄洪系统仍按原设计、校核洪水标准拦蓄和宣泄洪水。施工期有正常航运、过木和供水要求。因此，控制爆破的成功与否，关系到整个扩建工程的成败。

　　2施工特性

　　扩建工程土石方开挖总量为219.7万m3，主体工程开挖项目有：引水明渠、进水口、引水隧洞、地面厂房、尾水渠、开关站等。各部位开挖工程量见表1.

　　该工程地质条件复杂，“80山包”为一单薄的柘林水库挡水山体，山体厚度约30 m，风化严重，其间受F65、F67两断层横向切割组成一构造棱体，成倒三角形，体积近12万m3，它的稳定直接关系到水库的安全。因此，在进水口、厂房实施开挖爆破时，必须严格控制爆破振动对“80山包”及构造棱体产生的不利影响。此外，由于本扩建工程厂区系统开挖距原枢纽建筑物较近，并穿插其中，而施工过程中要求爆破开挖不影响原建筑物的安全，保证电厂正常发电，开挖量大、爆破频繁。

　　3爆破试验

　　爆破试验的目的是为了观测爆破开挖对“80山包”、原电站建筑物及正在运行的机电设备的影响，确定爆破参数，提供参考的施工经验公式。

　　爆破地震波在岩体内的传播规律，质点振动速度的衰减特性可用下式来拟合：

　　式中：Q——单响药量（kg）

　　R——测点至爆心的直线距离（m）

　　V——为质点振动速度峰值（cm/s）

　　K，α——反映爆破方式与地质条件等综合影响的回归待定统计系数。

　　进水口爆破开挖，对“80山包”沿地面传播一般的规律，共进行了6次爆破试验。厂房段开挖爆破，对原厂房、开关站、继保室沿地面传播一般的规律，共进行了8次爆破试验。对进水EL106m以上梯段开挖爆破（孔径Φ110mm）拟合的K值为36.2，α值为1.469；对进水EL106m以下梯段开挖爆破（孔径Φ70mm）拟合的K值为20.3，α值为1.35；对厂区EL40m以上梯段开挖爆破（孔径Φ110mm）拟合的K值为98.23，α值为1.97；对厂区EL40m以下梯段开挖爆破（孔径Φ70mm）拟合的K值为23.1，α值为1.413.

　　根据建（构）筑物所允许的安全控制标准，由爆破振动衰减规律公式得允许最大单响药量，从而对单响药量控制。其单响药量计算公式为：

　　表1各部位开挖工程量表
 

开挖部位　 土石方（万m³）　 岩石岩性　 引水系统　 引水明渠　 51.568　 Zbd硅质泥灰岩、Zbp冰碛岩、Zad⁶中粗粒砂岩　 进水口　 15.27　 Zad⁵粗粒砂岩、少量Zad⁶中粗粒砂岩　 引水隧洞　 3.979　 Zad⁶厚层长石石英砂岩、Zad⁶中细砂岩、Zad⁶中粗粒砂岩　 厂区系统　 排水洞　 0.23　 　　 尾水渠　 35.772　 Zad⁶中粗粒砂岩、Zad⁶中粗粒砂岩、Zad⁶中粗粒砂岩、ptba泥质板岩　 开关站　 10.306　 ptba泥质板岩　 厂房边坡　 97.425　 　　 其它　 　　 0.176　 　　 围堰　 　　 1.521　 　　 　　爆破可能对原枢纽建筑物产生一定的影响，扩建 　　开挖各爆区与需要保护的建筑物之间直线距离见表2. 　　表2各爆区与需保护建（构）筑物之间最短直线距离表 爆区　 需保护建（构）筑物　 直线距离（m）　 引水渠进水口　 拦河大坝
泄洪（兼放空）洞进口
“80山包”棱体及原防渗帷幕　 280
120
50　 厂房　 拦河大坝
泄洪（兼放空）洞进口
“80山包”棱体
原防渗帷幕
原厂房
原开关站　 50
50
40
100
110
100　 尾水渠　 原厂房
原开关站
泄洪（兼放空）洞　 50
0
0　 开关站　 原开关站　 0　 引水隧洞　 泄洪（兼放空）洞及“80山包”棱体　 150　 　　4爆破施工设计 　　4.1各开挖部位控制爆破参数确定 　　根据国家标准《爆破安全规程》GB22—86和水电部《水工建筑岩石基础开挖工程施工技术规范》SL47—94，提出了部份建筑物的地面质点允许振速，对规范没有提到的建（构）筑物，根据现场爆破试验监测及参考国内外其它工程经验确定。部份国内外工程实践中采用的爆破安全质点振速控制指标见表3.
　　表3部份国内外工程实际采用的允许振速表

序号　 电站名称　 V/（cm/s）　 建（构）筑物　 1　 天生桥二级厂房开挖　 10
4　 边坡坡角
滑坡体　 2　 北京官厅水库溢流道扩建　 4
5~6　 房屋
土坝　 3　 青铜峡唐渠电站　 2
0.5
1　 开关站
中控室
电机层　 4　 八盘峡扩机　 1.5
9.5
10
2.5　 中控室
帷幕灌浆
大体积混凝土
闸门　 5　 三门峡　 0.5
0.5　 发电机楼板
机组运行时　 6　 江垭水电站　 1.5　 帷幕灌浆　 7　 西班牙维拉卡水电站　 1.6
3
5　 水轮机
闸门、闸墩
隧洞　 　　80山包“地质构造复杂，各方向传播来的振动速度值及相应加速度值各不相同，因此，不但要控制其振动速度，还要控制其质点振动加速度。对”80山包“棱体进行动力稳定校核，当其承受的动力加速度小于0.1g时，是稳定的。