贵州华电塘寨火电厂取水口岩寨爆破设计与施工

贵州华电塘寨火电厂取水口岩寨爆破设计与施工

任瑢瑢

中国水利水电第九工程局有限公司贵州贵阳550081

摘要：贵州华电塘寨发电有限公司火电厂取水口工程采用引水隧洞取水，引水隧洞与乌江索风营水电站库区连通取水，因取水高程低，不具备旱地施工条件，需实施岩塞爆破将引水隧洞与库区连通取水。此岩塞爆破采用排孔方案爆破，本文对设计和施工进行总结，以提供类似工程参考。

关键词：岩塞爆破；设计；施工

１工程概况

贵州华电塘寨发电有限公司2×６００ＭＷ机组新建工程，工程地址位于贵州省清镇市王庄乡塘寨村，华电塘寨火电厂工程建设规模为２×６００ＭＷ等级国产燃煤机组，供水系统采用二次循环供水，采用二级升压补水系统。

该火电厂一期工程２×６００ＭＷ，夏季最大需水量0.679ｍ3／ｓ。水源采用索风营水电站水库库水，本工程在索风营水电站水库岸边布置一级取水泵房，利用供水管线输送至厂外二级升压泵房，通过二级升压输送至厂区，以保证电厂的循环及冷却用水的需要。

一级泵站取水方案为长轴深井泵取水，长轴深井泵安装在反井钻机成孔的竖井内（竖井深度约３０ｍ），长轴深井泵共８台，长轴深井泵位于连通洞上方EL。849.5m平台布置一级泵房厂房，水平方向布置两条平行引水隧洞一端与连通洞相连（两条引水洞间距为１１ｍ），另一端与索风营库区相连。引水隧洞与连通洞通过施工支洞进行施工，引水隧洞与库区连通采用岩塞爆破。

岩塞爆破于2011年5月18日一次爆破成功。是继响洪甸水库岩塞爆破之后的又一次成功爆破。岩塞爆破设计方案由承包方委托长江水利委员会长江科学院、贵州新联爆破工程有限公司设计。爆破作业由中国水利水电第九工程局有限公司组织实施。

一级泵房取水口结构见图１：一级泵站结构示意图。

图1一级泵站结构示意图（单位：高程m，尺寸cm）

２爆破设计

2.1爆破方案的选定

结合本工程隧洞进口高程低，岩塞厚度较薄，岩石节理中等发育、渗透性不均匀，靠近前缘个别地段渗水量加大等具体情况，爆破方案选择大孔径排孔的爆破方式、缓冲坑泄渣方案。

岩塞设计采用上倾角（角度30°）圆形方案，爆破方案决定采用排孔爆破的布孔方式，周边采用预裂爆破，起爆采用防水乳化炸药、高精度电子雷管的毫秒延时起爆网路的整体方案。取水隧洞内集渣坑将开挖至EL.812.6m，岩塞口周围围岩进行固结灌浆及锚固处理。爆破按洞内不充水，索风营库尾水位控制在EL.825m左右爆破的边界条件进行设计。计划于2011年汛前实施爆破。

2.1岩塞体形状及尺寸设计

岩塞爆破设计时，引水隧洞已开挖成型，岩塞爆破设计是在引水隧洞成型的边界条件下进行的设计。引水隧洞断面为3.5ｍ×5.5ｍ的城门洞型，岩塞采用圆型断面，形状为截头圆锥体。岩塞中轴线按照基本与岩塞外地形线垂直布置，以利于爆后石渣下泄到集渣坑中。

按满足过水断面及泄渣的基本要求设计，设计断面取小值，减少爆破钻孔工作量、装药量，以减少爆破振动效应和贯通难度。根据本岩塞的实际情况和要求，岩塞的外口直径按大于６ｍ，内口直径按3.5ｍ设计。

结合岩塞与库区相邻，岩石节理裂隙发育，岩塞体外侧岩体灌浆质量难以保证的情况，岩塞厚度的选取范围为（1~1.5）D（岩塞内口直径），岩塞厚度最薄位置不小于3.5ｍ，平均厚度大于4.0m。

根据设计方提供的地形图，岩塞体初步拟定尺寸如下所述：

１＃岩塞轴线与水平线的夹角为30°时，内口直径3.5m，外口直径6.17m，上沿厚度3.63m；下沿厚度4.65m，平均厚度4.095m。岩塞方量81m3。岩塞厚度与直径比值为1.17。

２＃岩塞轴线与水平线的夹角为30°时，内口直径3.5m，外口直径6.02，上沿厚度3.97m；下沿厚度4.31m，平均厚度4.14m。岩塞方量82m3。岩塞厚度与直径比值为1.18。

岩塞结构型式详见图2：引水隧洞及岩塞纵断面图。

图2引水隧洞及岩塞纵断面图（单位：m）

2.3炮孔布置及袋药量计算

（１）布孔参数

掏槽孔：孔径为φ90mm在岩塞掌子面直径Ｄ＝１ｍ圆周布置，Ｄ＝0.5ｍ，4个，炮孔沿圆周均布，相邻两炮孔与圆心的夹角α＝９０°；Ｄ＝１ｍ，掏槽孔８个，α＝４５°。孔底距离迎水面距离为0.8ｍ。

中心空孔：孔径为φ９０ｍｍ，在岩塞中心部位布置，空孔距离迎水面的距离按0.5ｍ控制。

辅助孔：孔径为φ９０ｍｍ，在岩塞掌子面直径Ｄ＝2.5m圆周布置，Ｄ＝2.5m，１２个，炮孔沿圆周均布，α＝３０°，孔底距离迎水面距离为0.8ｍ。

预裂孔：孔径为５０ｍｍ，在岩塞掌子面直径Ｄ＝3.5m圆周布置，共３６个，炮孔沿圆周均布，α＝１０°，孔底距离迎水面距离为0.5m。

１＃、２＃岩塞的布置基本相同，差异为地形不同的原因造成。

（２）装药参数

①排孔爆破装药量计算

Ｑ＝ｑ·ａ·Ｗ底·Ｌ

式中：ｑ—单位炸药消耗量，ｋｇ／ｍ３；ａ—孔距，ｍ；Ｗ底—最小抵抗线，ｍ；Ｌ—孔深，ｍ。

根据类似工程参考经验，取单耗值ｑ＝2.5ｋｇ／ｍ３（未含预裂），排孔装药量根据孔位边界条件作适当调整。

②装药量（不含预裂孔）

计划装药量：１＃引水洞为264.6kg，２＃引水洞为251kg。

实际装药：１＃引水洞为3.133kg，２＃引水洞为303.2kg。

通过对炮孔孔深进行实测统计，１＃、２＃引水洞岩塞炮孔平均孔深为3.72m，岩塞体厚度约为4.42m。经估算，岩塞实际方量约为：１＃引水洞为87m3，２＃引水洞为84m3。实际单耗为：１＃引水洞为87m3，２＃引水洞为84m3。单位耗药量均为3.60kg/m3。最大单响为辅助孔一圈：１＃引水隧道154.6kg，２＃引水隧道142.8kg。

（３）预裂孔爆破参数

为减少爆破振动对围岩的破坏，控制成型断面，在岩塞设计轮廓上布置一排预裂孔，预裂孔使用32mm药卷，采用不偶合装药结构，线装药密度为250～300ｇ／ｍ，装药长度为300cm，炮孔底部考虑２０％的加强装药，单孔装药量为1.2ｋｇ，共布孔３６个，在半径1.75圆周上每１０°布置１孔。共装药44ｋｇ，炮孔距离迎水面距离0.5ｍ。

计划装药量：１＃引水洞为５４ｋｇ，２＃引水洞为５４ｋｇ。实际装药：１＃引水洞为48.1kg，２＃引水洞为50.1kg。

2.4爆破网路设计

爆破网路采用电子雷管起爆系统，电子雷管起爆系统就近采用贵州久联民爆器材发展股份有限公司的产品。电子雷管的优点：

（１）可控性强，误差为（１５００±１０）ｍｓ，起爆时采用专用起爆器，应用比较广泛，干地准爆率高，误差２ｍｓ。

（２）电子雷管的起爆时差准确，可以通过几个孔同时起爆达到集中药包的效果。抗水标准：２０ｍ水深，２４ｈ正常起爆。

（３）精确延时，不受杂散电流影响，可靠性高。每孔孔内均装两发电子雷管。预裂孔孔内使用导爆索作起爆体，电子雷管脚线与孔表照明电线相联，形成爆破网络。本岩塞爆破分４段起爆，其中预裂孔为１段，掏槽孔分２段，辅助爆破孔分１段。１＃、２＃取水洞岩塞爆破钻孔参数、爆破参数和起爆网路相同，为减少震动效应，１＃洞比２＃洞滞后250ms，为了保证爆破安全，用１台起爆器同时击发起爆。

起爆系统由雷管，起爆器，控制器组成。一个起爆器控制１６０发雷管，一个控制器控制６４个起爆器，使用非常安全，电信号不能起爆，起爆信号由起爆器发出，电子雷管中有单片芯片，芯片接收到起爆信号后按时差起爆。电子雷管的管理通过计算机进行管理，起爆器通过控制器与笔记本电脑连在一起，通过电脑终端的数码电子雷管爆破软件，对电子雷管进行管理，对联网雷管的ＩＤ地址、延期时间进行扫描，获知网络中每一发雷管的地址、延时时间值、运行是否正常等，确保可靠起爆。

起爆器为贵州久联集团生产的Ｂ－３００型电子雷管起爆器。

起爆网络孔内采用电子雷管，每孔内装２发电子雷管。孔外采用２５ｍｍ２普通照明线连接，采用簇联。数码电子雷管网络起爆流程见图３，爆破网络见图４。

图4岩塞爆破起爆网络示意图（单位：m）

2.5岩塞石渣处理

集渣坑容量要足以堆放下泄的岩塞石渣，并留足富余系数。经计算，岩塞体体积81m3，考虑到岩塞外的松渣和超挖因素，松散系数按1.6倍计算，集渣坑体积按松散体的２倍计算，则集渣坑的容积为81m3×1.6×2.0＝259.2ｍ３，相应的集渣坑尺寸为宽×深×长＝3.5ｍ×3.5ｍ×20ｍ，实际开挖体型是根据施工机械和现场条件确定的，但保证集渣坑容积不得小于260m3。

为减少施工难度，从连通洞与引水隧洞相接处开始降坡形成集渣坑，经计算，集渣坑足以堆积岩塞爆渣，并且不影响引水隧洞过水断面。同时在引水隧洞与连通洞相接处设置了钢筋网，以拦挡局部石渣。

３爆破施工

3.1施工程序

施工程序详见图５。

图5施工程序框图

3.2爆破试验

3.2.1爆破器材选择

（１）炸药选择

选择的炸药应能在水压力下完全爆炸。为获得最佳爆破效果应选择与被爆的介质声阻抗相近的炸药，即应选择高爆速、高密度炸药。炸药：炸药密度大于1100ｋｇ／ｍ３，炸药爆速应大于3700ｍ／ｓ，作功能力大于320ml，猛度大于１６ｍｍ，殉爆距离大于２倍的药径。药卷采用乳化炸药。乳化炸药具有抗水（３ｄ）、抗压（３ｋｇ／ｃｍ２）性能，起爆（起爆８号雷管感度）传爆性能好，炸药选择塑料膜包装的产品。

（2）电子雷管

电子雷管毫秒量误差在允许范围，且在该水头压力下具备浸泡３ｄ不影响起爆能力，不影响安全准爆率。各段的起爆时间如下：０ｍｓ、９８ｍｓ、１０８ｍｓ、１７３ｍｓ。拟算爆破器材消耗量：炸药６５０ｋｇ、电子雷管１４４发、导爆索５００ｍ。

（3）导爆索

导爆索质量要求：浸水前导爆索爆速不低于６５００ｍ／ｓ；能可靠传爆和起爆炸药；导爆索爆速不低于６０００ｍ／ｓ。用于预裂孔装药，采用防水导爆索。数量约为５００ｍ。

3.2.2爆破器材检测试验

在爆破装药之前，针对所选择的爆破器材全部进行抽样试验，试验包括以下项目：

（１）起爆网路模拟试验

起爆网路模拟试验采用仿真１∶１试验，试验在河边滩地上进行，试验的目的是检测电子雷管网络的可靠性。电子雷管、照明电线网路连接起爆试验。检测采用Ｂ－２００型电子雷管起爆检测器，起爆采用笔记本电脑终端控制，通过数码雷管爆破程序对爆破过程进行控制。

经试验，模拟网路的电子雷管有１发电子雷管未找到，有１发未正常起爆，经分析，未起爆１发是雷管点火药头没药，１发在电脑检测时未找到。针对试验的情况，实际网路中每孔中用双管，网络是可靠的。

（２）防水试验检测

①炸药抗水性试验：炸药的７２ｈ抗水性能试验、抗压试验选取φ３２ｍｍ、φ７０ｍｍ乳化药卷各随机抽取３节，分别在水下浸泡７２ｈ，进行炸药爆速和殉爆距离测试。

②电子雷管的抗水性试验：选取本次爆破所用的电子雷管各３发，分别在水下浸泡７２ｈ，然后用专用仪器测试电子雷管的延期时间精度及起爆可靠度。

电子雷管的试验情况：４５ｍ水深，浸水７ｄ，0.45ＭＰａ水压，4.5ｋｇ／ｍ２压力，数量６０发，有１发不爆。

③防水型导爆索的抗水性试验：起爆性能检测：分别在水下浸泡７２ｈ后取出，将２ｍ长的导爆索与φ３２ｍｍ药卷连接，用雷管起爆导爆索。传爆性能检测：分别在水下浸泡７２ｈ后取出，取８ｍ长导爆索，切１ｍ长５段、３ｍ长１段，用并接和搭接方式连接，用浸泡过的电子雷管起爆。

经厂家试验和检测，以上产品指标满足要求。

3.3施工

3.3.1开挖方法

（１）引水隧洞开挖

在岩塞设计方案确定前，在邻近岩塞洞段，为减小爆破振动对预留岩塞的影响，引水隧洞开挖采取短进尺的控制措施，进尺长度控制在1.2ｍ内。并采取打超前探孔的方法，对掌子面前进方向的岩石情况采用打超前探孔的方法进行探测，以及时了解地质情况，超前探孔每轮钻孔前在掌子面布置超前钻孔２～４个，孔深３０ｍ。通过对地质情况的探明，及时对爆破参数进行调整，对固结灌浆参数进行调整，为岩塞的实施提供参考数据。

（２）集渣坑开挖

集渣坑从连通洞与引水隧洞相连接处开始降坡开挖。

集渣坑开挖采用手风钻造孔，周边采用光面爆破，中部采用拉槽开挖。０＋００～０＋３０ｍ桩号，根据岩石节理裂隙发育程序确定是否采取固结灌浆措施，引水隧洞０＋３０m岩塞之间采取超前固结灌浆措施，以有效防止洞壁渗水。固结灌浆孔深入基岩３ｍ，间距1.5m，排距2.0ｍ。具体可根据实际地质情况以及开挖断面作适当调整。

集渣坑开挖石渣采用斗容为0.3ｍ３的反铲挖机接力翻渣，石渣在连洞采用ＺＬ３０装载机出渣，运输采用３ｔ自卸汽车。

3.3.2布孔及钻孔

岩塞掏槽孔、辅助孔孔径为９０ｍｍ，周边预裂孔孔径为５０ｍｍ。考虑造孔过程尽量减小振动，避免破坏岩层表面引起渗漏水，掏槽孔、辅助孔采用造孔7.5ｋＷ电动凿岩钻造孔，周边孔采用2.2ｋＷ电动凿岩钻造孔。

布孔的原则是：严格按照爆破设计参数进行布孔及造孔，炮孔参数包括孔径、孔距、孔深、倾角及方向。

岩塞爆破对钻孔精度要求较高，在施工中如何保证其钻孔精度直接影响到爆破效果。

炮孔的角度控制是关键。理论上预裂孔及爆破孔方向延伸到取水隧洞内相交于同一点，该点即为各炮孔的聚焦点。据此在施钻前利用全站仪将各孔在岩塞面上开孔位置按设计精确放样并用油漆按设计孔号编号，将聚焦点的射线点定位在不与钻孔平台架管相连接脚手架管上，开孔位置和聚焦点精确定位后，钻机就位时将钻头对准开孔位置，再移动钻机滑架尾部使其钻杆中心轴对准聚焦点的射线点，使钻杆与发散点至施钻孔连成直线，即可完成钻机进行初步定位固定，随即利用全站仪测量精确定位，固定钻机滑架后即开钻造孔。通过精确定位，保证了造孔精度。

3.3.3岩塞厚度的确定

岩塞厚度的较准确的确定，是岩塞爆破成功与否的关键。

因为时间紧，岩塞设计方案是根据设计院提供的１∶５００的地形图进行设计的，后经水下地形复测，实测岩塞外部地形与设计院提供地形存在较大偏差（估计地形偏差也有明挖石方下河局部堆积的影响），为准确掌握岩塞体厚度，确定通过打探孔的方法实测岩塞厚度。探孔每条引水隧洞各打４个，探孔的封堵方法采用带有钢管的球阀安装在探孔部位，通过球阀对探孔实施封堵，采用灌注加有水玻璃的水泥浆液进行封堵，探孔的施工必须逐个实施，封堵完成后才能进行下一个探孔的施工，以控制渗水量。

根据探孔的孔深，对岩塞厚度进行较准确的确定，对岩塞炮孔布置进行适当调整。为保证成功爆破提供有利条件。

3.3.4岩塞体的固结灌浆

岩塞体紧临库区，地质风化严重，裂隙发育，渗水较严重，为保证爆破效果，须对岩塞体进行固结灌浆，灌浆采用水泥浆加水玻璃双浆液。根据岩塞体上部库区水头压力及时计算并调整灌浆压力。灌浆采取间歇性方式灌浆的方法，缩短连续灌浆的时间，以尽量减少浆液窜入库区，若发现窜浆则立即停灌待凝。

3.3.5爆破材料的加工制作

（１）炮孔药包的加工

辅助孔、掏槽孔采用连续装药，正向起爆，采用直径７０ｍｍ的药卷，根据各炮孔的装药量及装药长度，将每个炮孔的药包用细绳连续捆扎在竹片上，加工成一整条；为保证炸药传爆完全，各炮孔药包均加一根导爆索，每个孔内装两发电子雷管。预裂孔采用间隔装药，导爆索传爆，预裂孔药卷规格为３２ｍｍ乳化药卷，药卷用竹片连接成一整条，孔内１根导爆索传爆，导爆索在孔内不留接头，每个孔内装两发电子雷管。装药前对炮孔进行一次全面检查，辅助孔、掏槽孔的起爆药包设在孔口２～４节药卷，每孔设两个起爆药包。

药卷不作防水处理，在装药前将在现场加工药卷，加工完成后分类存放专人值守。

3.3.6装药、网路连接及起爆

装药联网发布起爆命令由专人统一指挥。

（１）装药

应在装药开始前先检查孔深、再检查每孔的炸药品种、数量，核对雷管，装药前要先用炮杆清孔，对炮杆不能清孔的采用钻机清孔，甚至补造孔，以保持装药质量。采用耦合装药时，装药严格按设计要求执行，专人负责装药检查，确保无误后再装入炮孔内。堵塞段采用水泥砂浆，以保证爆破效果。

（２）联网

联网采用质量合格的照明用电线进行连接。电雷管引出的脚线采用簇联的方式与网络电引连在一起，通过起爆器后与控制器-ＰＣ电脑相联，控制器对爆破网络进行管理。

3.4爆破安全

（１）爆破安全设计依据：

ＤＬ／Ｔ５３８９—２００７《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》；ＤＬ／Ｔ５３３３—２００５《水电水利工程爆破安全监测规程》；ＧＢＧ７２２—２００３《爆破安全规程》。

根据爆破安全规程，在水深小于３０ｍ的水域内进行水下爆破的水中冲击波最小安全警戒距离，应遵守下列规定：

①对人员：潜水不小于９００ｍ，游泳不小于７００ｍ。

②对船舶：非施工船舶位于爆破点上游１５００ｍ，爆破前，渡口船舶应离开渡口，同时在上下水域１０００ｍ内设置警戒，临时封堵过往船只。爆破安全距离按此规定控制。

（２）爆破振动影响

根据长委长江科学院的监测，无不良振动效应产生。

4岩塞爆破爆后效果检查

为验证岩塞爆破效果，需进行水下探测，水下探测委托长江水利委员会长江科学院进行，水下探测采用从加拿大引进的ＳＴＥＡＬＴＨ２水下无人探测系统。探查于２０１１年６月14-15日进行，探查期间索风营库区水位约为EL.831.59ｍ。

根据水下无人探测系统拍摄的视频资料，对岩塞洞口、积渣坑、拦渣网等区域的水下探测资料进行分析，得出以下结论：岩塞顶部和岩塞内部侧壁上的岩体较为平整，且岩塞爆破面外形较理想，岩体表面无松动。岩体表面有保留完好的预裂孔半孔，孔内无裂隙，洞内混凝土喷层完整，无破损痕迹。

集渣坑起到预计的堆渣效果，引水隧洞过水断面满足设计要求。

综上所述，岩塞爆破成型良好，集渣坑集渣情况良好，爆破振动控制良好，爆破振动未对引水隧洞产生不良影响。

5结语

塘寨岩塞爆破在建设方———中国华电贵州分公司及监理、设计、爆破设计方（长委长江科学院、贵州新联爆破公司）及承包商的共同努力下，取得了圆满成功。

参考文献

［１］《贵州华电塘寨发电有限公司２×６００ＭＷ机组新建工程取水口岩塞爆破设计》（长江水利委员会长江科学院、贵州新联爆破工程有限公司）．

［２］《贵州塘寨岩塞爆破水下探查报告》（长江水利委员会长江科学院）．

作者简介

任瑢瑢（1983-），女，新疆石河子市人，工程师，本科，从事建筑工程项目管理工作。