一种预留岩坎围堰爆破拆除方法及其应用与流程

本发明涉及爆破工程技术领域，具体涉及一种预留岩坎围堰采用爆破拆除的方法及其应用。

背景技术：

在水电工程建设中，水电站的导流洞、导流明渠、尾水洞等工程的施工需要在进出口围堰的保护下进行，由于受地形地质条件的限制，往往利用进出口的预留岩坎作为临时挡水围堰，在被保护的工程施工完成后，需要将岩坎围堰拆除。通常的做法是对围堰进行揭顶削薄“瘦身”，采用钻孔装药一次性爆破的方式拆除。

预留岩坎采用这种方式拆除的前提条件是岩坎围堰的迎水面和背水面有较好的临空面，被保护的建筑物(构筑物)在岩坎围堰爆破影响的危险区以外时起爆方向朝向背水面或迎水面均可。被保护的建筑物(构筑物)在岩坎围堰爆破影响的危险区以内时起爆方向应朝向迎水面，或者在迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施后起爆方向朝向背水面。

岩坎围堰一次性爆破拆除的方式存在施工准备期长，必须在所有钻孔全部完成后才能装药爆破，而且对钻孔精度、爆破网路的可靠度、爆破技术水平要求高，必须确保一次成功，否则处理难度相当大。在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施后起爆方向朝向背水面的爆破方式投入的成本高，围堰爆破后拆除水下安全防护设施的难度大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种预留岩坎围堰爆破拆除方法及其应用，具体是预留岩坎围堰分段爆破拆除的方法，以解决岩坎围堰一次性爆破拆除准备期长、爆破失败后处理难度大以及在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施投入的成本高等问题，既保证了爆破质量，又提高了施工工效。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种预留岩坎围堰爆破拆除方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据预留岩坎围堰结构形式、河流水文特征及周围环境条件，确定总体爆破拆除方案；

步骤2)、测量预留岩坎围堰体型，结合围堰拆除时段所在河流对应的水位流量关系，在保证围堰安全稳定的情况下，对围堰进行预拆除，降低堰顶高程和堰体削薄，以形成最经济的爆破拆除断面；

步骤3)、对预拆除后的围堰进行测量，绘制岩坎围堰平面图，并每间隔5米绘制岩坎围堰横剖面图；

步骤4)、根据钻孔设备情况，确定炮孔直径d和炸药直径d；

步骤5)、根据岩坎围堰体型、周围环境条件及施工条件，确定炮孔采用垂直孔、倾斜孔或水平孔，或几种炮孔的组合形式；

步骤6)、根据岩坎围堰所处环境条件及爆破效果需要，计算炸药单耗q，所用炸药的延米装药量q1与炸药单耗q的比值即炮孔所负担的面积s，根据炮孔所负担的面积s计算出对应的孔距a和排拒b；

步骤7)、根据岩坎围堰平面图和横剖面图，进行炮孔平面布置和横断面布置设计；

步骤8)、计算炮孔单孔装药量q，确定炮孔装药结构；

步骤9)、根据岩坎围堰与周围建筑物的位置关系，确定爆破开口位置和后续爆破段的起爆方向和拆除顺序；

步骤10)、根据岩坎围堰轴线方向长度，确定爆破开口长度和爆破拆除分段长度，根据确定的起爆方向，进行爆破网路设计；

步骤11)、炮孔孔位测量放样，钻孔过程中加强对孔向、孔斜和孔深控制，保证钻孔精度满足设计要求；

步骤12)、岩坎围堰爆破影响范围内的建(构)筑物安全防护设计与施工；

步骤13)、钻孔装药、堵塞，按照爆破网路图联网，起爆，岩坎围堰开口段拆除；

步骤14)、重复步骤13)，依次拆除岩坎围堰后续爆破段。

所述步骤6)中炸药单耗q是按照瑞典水下爆破炸药单耗计算公式计算得出：

q＝q1+q2+q3+q4

其中：q2＝0.01*h2

q3＝0.02*h3

q4＝0.03*h

式中：q为计算炸药单耗，q1为基本炸药单耗，q2为爆区上方水压增量单耗，q3为爆区覆盖层增量单耗，q4为岩石膨胀增量单耗，h2为水深，h3为覆盖层厚度，h为梯段高度。

所述步骤8)中所述炮孔单孔装药量q是按照以下公式计算得出：

q＝q.a.w底.l

式中：q为炸药单耗，a为孔距，w底为最小抵抗线，l为台阶高度。

步骤8)中所述炮孔装药结构包括连续装药结构和间隔装药结构，所述连续装药结构是主爆孔采用同一直径炸药连续装药或不同直径炸药组合连续装药，所述间隔装药结构是预裂孔采用导爆索将间隔的小直径药卷串起来固定在竹片上。

步骤10)中所述爆破网路设计，在网路准爆性要求不高的情况下，在炮孔内装入第15段塑料导爆管毫秒雷管ms15(雷管延期时间880ms)做孔内延时雷管，炮孔之间用第3段塑料导爆管毫秒雷管ms3(雷管延期时间50ms)做孔间传爆雷管，局部采用第2段塑料导爆管毫秒雷管ms2(雷管延期时间25ms)进行间隔，排间用第5段塑料导爆管毫秒雷管ms5(雷管延期时间110ms)做排间雷管组合成的爆破网路。

步骤10)中所述爆破网路设计，在网路准爆性要求高的情况下，在炮孔内装入高精度第11段长延期导爆管雷管ms11(雷管延期时间1000ms)做孔内延时雷管，孔间传爆雷管用标准延期时间为17ms的地表延期雷管做段间雷管，局部采用标准延期时间为9ms的地表延期雷管进行间隔，排间用标准延期时间为42ms的地表延期雷管做排间雷管组合成的爆破网路。

步骤12)中所述安全防护设计包括加大炮孔堵塞长度，在爆破体上覆盖竹笆、防护网或堆砂袋进行主动防护，控制爆破飞石，在被保护物表面绑扎竹跳板、竹笆等进行被动防护，遮挡飞石，在水工闸门前设置气泡帷幕，削弱爆破水击波对闸门的影响，通过控制单响起爆药量控制爆破振动。

本发明一种预留岩坎围堰爆破拆除方法及其应用，具有以下技术效果：

1)、通过采用分段爆破拆除预留岩坎围堰，钻孔与爆破可以穿插进行，流水作业，提高了施工效率。

2)、通过采用分段爆破拆除预留岩坎围堰，减小了爆破规模，爆破网路简单，可靠度高。

3)、通过采用分段爆破拆除预留岩坎围堰，除开口段爆破起爆方向朝向迎水面外，其余各段起爆方向平行围堰轴线朝向下游方向，既解决了岩坎围堰迎水面无临空面的问题，又避免了爆破起爆方向直接朝向围堰背水侧，降低了岩坎围堰内侧被保护的建筑物(构筑物)的安全风险。

水工岩坎围堰一般拆除方量大，为减小水下清渣工作量，减小爆破有害效应的影响，降低施工难度，岩坎围堰大多采用分区、分层、分阶段拆除方案，传统的方法是先根据水位变化情况，进行分层拆除，降低岩坎高度，然后通过施工期临时挡水岩坎围堰稳定性分析计算，对岩坎围堰内侧、外侧进行分区拆除，使最后一次性爆破拆除的岩坎方量尽可能减小，岩坎围堰内侧拆除采用常规的陆地爆破方案，爆破后的石渣可陆地清运，岩坎围堰外侧分区拆除可利用枯水期的有利时机进行爆破，并将爆破石渣尽可能清理干净，使最后一次爆破的堰外边界由不确定、不清晰变为既确定又清晰，使爆破效果处于可控状态，最后一次性爆破拆除。

本发明一种预留岩坎围堰爆破拆除方法是针对岩坎围堰外侧即围堰迎水面无临空面、堰外边界不确定不清晰的情况，先根据水位变化情况，进行分层拆除，降低岩坎高度，然后在岩坎围堰的恰当位置爆破形成缺口，剩余围堰段通过分段爆破，爆破方向沿围堰轴线方向朝向缺口，分段爆破拆除。该拆除方法相比一次性爆破拆除法，解决了岩坎围堰一次性爆破拆除准备期长、爆破失败后处理难度大以及在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施投入的成本高等问题，既保证了爆破质量，又提高了施工工效。本发明一种预留岩坎围堰爆破拆除方法在本实施例属于个案，但对于没有即时分流要求的导流洞出口围堰、导流明渠出口围堰以及其他尾水洞出口围堰的爆破拆除同样适用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中预留岩坎围堰与周围环境平面示意图。

图2为本发明中预留岩坎围与尾水闸横剖面示意图。

图3为本发明中预留岩坎围堰及炮孔平面布置示意图。

图4为本发明中预留岩坎围堰及炮孔横剖面布置示意图。

图5为本发明中主爆孔装药结构示意图。

图6为本发明中爆破网路示意图。

图中：尾水闸平台1，尾水渠2，岩坎围堰3，围堰迎水侧石渣料4，围堰开口段迎水侧需挖除的石渣料5，围堰爆破开口段6，混凝土子围堰7，炮孔8，尾水检修闸门9，尾水启闭机排架10，炮孔11，划分断面线12，正常装药段13，减弱装药段14，堵塞段15，大直径药卷16，小直径药卷17，起爆体一18，起爆体二19，竹片20，塑料导爆管雷管21，堵塞物22，孔间传爆雷管23，排间传爆雷管24，起爆站25。

具体实施方式

一种预留岩坎围堰爆破拆除方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据预留岩坎围堰结构形式、河流水文特征及周围环境条件，确定总体爆破拆除方案。

步骤2)、测量预留岩坎围堰体型，结合围堰拆除时段所在河流对应的水位流量关系，在保证围堰安全稳定的情况下，对围堰进行预拆除，降低堰顶高程和堰体削薄，以形成最经济的爆破拆除断面。

步骤3)、对完成预拆除的围堰进行测量，绘制岩坎围堰平面图，并每间隔5米绘制岩坎围堰横剖面图。

步骤4)、根据钻孔设备情况，确定炮孔直径d(mm)和炸药直径d(mm)。

步骤5)、根据岩坎围堰体型、周围环境条件及施工条件，确定炮孔采用垂直孔、倾斜孔或水平孔，或几种炮孔的组合形式。

步骤6)、根据岩坎围堰所处环境条件及爆破效果需要，计算炸药单耗q(kg/m³)，所用炸药的延米装药量q1(kg/m)与炸药单耗q(kg/m³)的比值即炮孔所负担的面积s(m²)，根据炮孔所负担的面积s(m²)计算出对应的孔距a(m)和排拒b(m)。

步骤7)、根据岩坎围堰平面图和横剖面图，进行炮孔平面布置和横断面布置设计。

步骤8)、计算炮孔单孔装药量q(kg)，确定炮孔装药结构。

步骤9)、根据岩坎围堰与周围建(构)筑物的位置关系，确定爆破开口位置和后续爆破段的起爆方向和拆除顺序。

步骤10)、根据岩坎围堰轴线方向长度，确定爆破开口长度和爆破拆除分段长度，根据确定的起爆方向，进行爆破网路设计。

步骤11)、炮孔孔位测量放样，钻孔过程中加强对孔向、孔斜和孔深控制，保证钻孔精度满足设计要求。

步骤12)、岩坎围堰爆破影响范围内的建(构)筑物安全防护设计与施工。

步骤13)、钻孔装药、堵塞，按照爆破网路图联网，起爆，岩坎围堰开口段拆除。

步骤14)、重复步骤13)，依次拆除岩坎围堰后续爆破段。

实施例1

以云南澜沧江乌弄龙水电站尾水预留岩坎围堰拆除为例。乌弄龙水电站地下厂房尾水出口闸室位于大坝下游的右岸，尾水出口围堰采用“预留岩坎+混凝土子围堰”的型式，围堰总长度约130m，预留岩坎高程为1816.00m，顶宽3.0m，围堰迎水面边坡为原始边坡，背水面边坡坡比为1:0.3，预留岩坎上浇筑混凝土子围堰至1818.00m，为重力挡墙式混凝土围堰，顶宽为0.60m，坡比为1:0.6，围堰上游端与1号尾水隧洞出口上游左边墩衔接，围堰下游端与2号尾水隧洞出口尾水渠右侧边坡衔接，围堰外侧堆积有大量的人工开挖石渣料。

原岩坎围堰拆除方案是在清理完围堰迎水侧石渣料，增加爆破临空面后在2018年4月底采用钻爆法整体一次性爆除，后由于修建渔道工程，围堰外侧填筑了施工道路，岩坎围堰只有堰顶面和背水面有临空面，但围堰背水面朝向尾水闸门，采用整体一次性爆破对闸门的影响特别大，一旦闸门变形或被抬起，地下厂房的安全将遭遇极大的威胁。

为保证尾水闸门的安全，拆除岩坎围堰包括以下过程：

1)、如图1～2所示，首先根据预留岩坎围堰的结构形式，与周围建(构)筑物的位置关系以及所在河流的水位-流量关系，确定岩坎围堰总体爆破拆除方案为堰内充水分段爆破拆除方案。即先拆除岩坎围堰顶部的混凝土子围堰7，形成钻孔作业平台，然后挖除岩坎围堰下游段迎水侧石渣料4形成爆破临空面，岩坎围堰下游段向迎水侧方向爆破形成缺口，剩余岩坎围堰沿围堰轴线方向向下游分段爆破拆除，其有益效果是岩坎围堰爆破方向避开了尾水检修闸门，避免了爆破冲击波和爆破飞散物直接冲击尾水检修闸门，保证了尾水检修闸门的安全。

2)、根据工程进度要求，预留岩坎围堰安排在2018年汛前拆除，根据乌弄龙水电站地下厂房尾水水位-流量关系，确定围堰揭顶至1816.50m高程，如图2所示，先对岩坎围堰进行预拆除，即拆除岩坎围堰顶部的混凝土子围堰7，围堰降低至1816.50m高程。

3)、如图3所示，在围堰预拆除完成后进行测量，绘制预留岩坎围堰平面图，并间隔5m划分断面线，结合地形图和开挖设计图，分别绘制对应断面线的断面图。

4)、如图4所示，根据绘制的断面图，综合考虑围堰内充水、钻孔操作和爆破联网的方便等因素，决定炮孔布置为矩形、自堰顶向下钻发散孔的方式。

5)、计算炸药单耗q(kg/m³)，由以下瑞典水下爆破炸药单耗计算公式计算得出：

q＝q1+q2+q3+q4

其中：q2＝0.01*h2

q3＝0.02*h3

q4＝0.03*h

式中：q为计算炸药单耗，kg/m³；q1为基本炸药单耗，kg/m³；q2为爆区上方水压增量单耗，kg/m³；q3为爆区覆盖层增量单耗，kg/m³；q4为岩石膨胀增量单耗，kg/m³；h2为水深，m；h3为覆盖层厚度，m；h为梯段高度m。

6)、根据炸药单耗q(kg/m³)和所用炸药的延米装药量q1(kg/m)，计算炮孔所承担的面积s(m²)，炸药的延米装药量q1(kg/m)与炸药单耗q(kg/m³)的比值即炮孔所负担的面积s(m²)，根据炮孔所负担的面积s(m²)计算出对应的孔距a(m)和排拒b(m)，s＝a*b。

7)、根据炮孔孔距a(m)和排拒b(m)绘制炮孔平面布置图，根据所绘制的断面图绘制每个断面的炮孔布置图，炮孔平面布置图如图3所示，炮孔横断面布置图如图4所示，在炮孔横断面布置图上计算出每个炮孔的孔深、孔向和钻孔角度。

按照以下公式计算得出炮孔单孔装药量q(kg)：

q＝q.a.w底.l

式中q为炸药单耗(kg/m3)，a为孔距(m)；w底为最小抵抗线(m)，l为台阶高度(m)。

8)、确定炮孔装药结构：预裂孔采用导爆索将φ32药卷绑扎在毛竹片上成串状的间隔装药结构，由于岩坎横断面呈上窄下宽的特点，上部炮孔密集系数大，而下部炮孔密集系数较小，如采用同一装药结构，势必造成上部炸药单耗过大，因此，主爆孔采用组合连续装药结构形式，即炮孔上部装φ32mm的乳化药卷(两节并绑在一起)，炸药的延米装药量为2.0kg/m，装药长度根据实际孔深确定；中部装φ32mm的乳化药卷(3节并绑在一起)，炸药的延米装药量为3.0kg/m，装药长度取2.0m(孔深不足时，根据实际孔深确定)；底部装φ70mm的乳化药卷，炸药的延米装药量为4.2kg/m，装药长度根据实际孔深确定。

该主爆孔装药结构具体如图5所示，图中11为炮孔、13为正常装药段、14为减弱装药段、15为堵塞段、16为大直径药卷(φ70mm)、17为小直径药卷(φ32mm)、18为起爆体一、19为起爆体二、20为竹片或木片、21为塑料导爆管雷管、22为堵塞物。

正常装药段13由大直径药卷16和起爆体一18构成，起爆体一18又由大直径药卷16与塑料导爆管雷管21组成。正常装药段13为连续装药，其中一节大直径药卷16安装双发高段塑料导爆管雷管21作为起爆体一18，导爆管引出孔外小心固定。装药长度通过计算确定，药卷直径比炮孔直径小20mm左右。

减弱装药段14由小直径药卷17和起爆体二19及竹片或木片构成。小直径药卷17的药卷直径为32mm，药卷通过绑扎在竹片或木片上固定。减弱装药段14为连续装药，其中一节小直径药卷17安装双发高段塑料导爆管雷管作为起爆体二19，导爆管引出孔外小心固定。

9)、如图1所示，根据岩坎围堰与被保护的建(构)筑物的相对位置，选择距离尾水闸最远的岩坎围堰下游段为爆破开口位置，起爆方向朝向堰外河床，剩余的岩坎围堰分段爆破拆除，分段长度按照15～20m，起爆方向为沿围堰轴线朝向下游方向，并据此进行爆破网路设计，如图6为爆破网路示意图，图中11为炮孔，孔内装2发ms15(雷管延期时间880ms)塑料导爆管雷管，23为孔间传爆雷管，采用ms3(雷管延期时间50ms)塑料导爆管雷管，24为排间传爆雷管，采用ms5(雷管延期时间110ms)塑料导爆管雷管，25为起爆站。

这里，第15段塑料导爆管毫秒雷管ms15(即雷管延期时间880ms)，第3段塑料导爆管毫秒雷管ms3(雷管延期时间50ms)，第2段塑料导爆管毫秒雷管ms2(雷管延期时间25ms)，第5段塑料导爆管毫秒雷管ms5(雷管延期时间110ms)。

10)、在岩坎顶部测量放样放出炮孔孔位、孔向，在钻孔过程中严格控制孔向、孔斜和孔深，保证钻孔精度满足设计要求，钻孔终孔合格后在孔内插入φ90pvc管至孔底，防止炮孔坍塌堵塞。

11)、对需要保护的建(构)筑物进行遮挡防护，在尾水闸门前面3m处布置双排气泡帷幕，以削减水击波有害效应对尾水闸门的冲击。

12)、钻孔、装药、堵塞完成后，按照爆破网路图联网，在爆破体上面覆盖砂袋进行主动防护，以减少爆破飞散物，起爆后，爆破作业人员按规定的等待时间进入爆破现场检查，确认安全后解除警戒。

13)、重复步骤12)，直至岩坎围堰全部拆除完成。

本发明一种预留岩坎围堰爆破拆除方法主要应用在待拆除的岩坎围堰内侧距离被保护的建筑物很近，岩坎围堰外侧无爆破临空面的情况下，通过在岩坎围堰的下游段爆破形成缺口，剩余围堰段通过分段爆破，爆破方向沿围堰轴线方向朝向缺口，分段爆破拆除。该拆除方法相比一次性爆破拆除法，解决了岩坎围堰一次性爆破拆除准备期长、爆破失败后处理难度大以及在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施投入的成本高等问题。

一种预留岩坎围堰爆破拆除方法在预留岩坎围堰爆破拆除上的应用，尤其是在岩坎围堰的迎水面没有临空面并且被保护的建筑物(构筑物)在岩坎围堰爆破影响的危险区以内的情况的预留岩坎围堰上进行爆破的应用，采用一体式或是其他分段爆破是难以实现的，因为岩坎围堰一次性爆破拆除的方式存在施工准备期长，必须在所有钻孔全部完成后才能装药爆破，而且对钻孔精度、爆破网路的可靠度、爆破技术水平要求高，必须确保一次成功，否则处理难度相当大；在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施后起爆方向朝向背水面的爆破方式投入的成本高，围堰爆破后拆除水下安全防护设施的难度大。

一种预留岩坎围堰爆破拆除方法在预留岩坎围堰爆破拆除上的应用，尤其是在岩坎围堰的迎水面没有临空面并且被保护的建筑物在岩坎围堰爆破影响的危险区以内的情况的预留岩坎围堰上进行爆破的应用，采用一体式或是其他分段爆破是难以实现的，因为岩坎围堰一次性爆破拆除的方式存在施工准备期长，必须在所有钻孔全部完成后才能装药爆破，而且对钻孔精度、爆破网路的可靠度、爆破技术水平要求高，必须确保一次成功，否则处理难度相当大。在岩坎围堰迎水面没有临空面时对被保护的建筑物采取可靠的安全防护措施后起爆方向朝向背水面的爆破方式投入的成本高，围堰爆破后拆除水下安全防护设施的难度大。