浅析预裂爆破与深孔梯段爆破在彭水水电站工程施工中的应用

来源 :建筑遗产 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wade68
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:彭水水电站是乌江上大型水电站之一,在彭水水电站进水口边坡开挖施工中,根据边坡结构特点,项目组大胆地调整开挖梯段高度,在复杂地质条件下,对爆破网络,装药分段结构上进行积极的探索、创新和优化,深入应用预裂爆破及深孔梯段爆破技术,能保证施工质量和进一步降低施工成本。
  关键词:彭水水电站;进水口;预裂;爆破
  1工程概况
  1.1工程简介
  彭水水电站位于重庆市彭水县境内的乌江上,是乌江干流水电开发的第10个梯级,工程以发电为主,兼顾航运、防洪及其它综合利用。坝址控制流域面积约69000km2,占乌江流域的78.5%;流域多年平均降水量1160mm,多年平均流量1300m3/s,实测最大流量为22900m3/s(1999年),实测最小流量为198m3/s(1980年2月)。
  1.2 工程地貌及地质条件
  进水口引水渠总长50m~100m,开挖后在引水渠上下游将形成边坡走向NE37?的人工边坡,边坡高度16m~65m不等,边坡走向与岩层走向夹角约14°,上游边坡为斜交逆向坡,下游边坡为小角度斜交顺向坡;上游边坡岩体为О1d1-3(大湾组)层页岩,下游边坡为О1f(分乡组)层灰岩夹页岩;地表页岩风化强烈,微裂隙发育,呈碎块状,风化深度一般5m~10m;灰岩一般呈块状,多弱风化。
  进水塔的建基面开挖后,山侧形成高约140余米的人工边坡即进水洞脸边坡,边坡长约170m,边坡走向与岩层走向交角70°~75°,为斜交逆向坡;边坡岩体为灰岩、页岩及灰岩夹页岩;对边坡岩体中几组结构面进行赤平投影分析,结构面组合交线均倾向坡内或被开挖掉,边坡基本稳定。f8断层等NW组断裂对边坡稳定影响最大,结构面倾向坡外,是边坡整体稳定的控制结构面。边坡上游段为О1d(大湾组)页岩,下游段为О1f(分乡组)灰岩夹页岩,强度较低,抗风化能力差,岩体完整性差。中段为厚层灰岩,岩体完整,应及时做好喷锚支护。
  根据开挖揭示的工程地质情况在y-040上游侧边坡体岩石为01d(大湾组)页岩夹泥质灰岩及粉砂岩,下游侧边坡体岩石为01h(红花园组)厚层灰岩与01f(分乡组)灰岩夹页岩及燧石层。地层走向30°倾向120°,倾角60°,进水口正面坡为侧向坡,上游侧向坡为逆向坡,下游坡为顺向坡。
  2 爆破施工
  2.1 爆破部位及施工质量控制的重要性
  进水口施工于2004年9月底开挖至EL305.7高程,对EL305.7~EL286.5(19.2米)和EL286.5~EL250.1(36.4米)台阶预裂爆破施工,由于孔深较大,爆破的具体施工方案及爆破后的质量控制标准要求高,其爆破控制难点及质量控制的重要性如下:
  1、该部位的预裂爆破施工开口线为EL305.7门机轨道的安装边线,爆破质量的控制及爆破后岩体的完整性的保证是以后门机运行的重要保证。
  2、根据现在地质揭示的情况由于F8断层距预裂面较近。爆破时产生的后坐力及震动对断层的影响较大。根据设计图纸,F8断层距将1#,2#引水隧洞上部EL305.7~EL286.5部位的岩体边线较近,受断层切割,爆破后棱角面估计很难保住。
  3、由于引水隧洞現仅预留4米的渐变部位未开挖,预裂爆破的分层对引水隧洞的影响较大。如何分层才使爆破的破坏及不利影响降到最小,爆破分层的优化及爆破参数的优化(特别是页岩段爆破参数的优化)至关重要。
  根据经验,对孔深超过15米的在原上报施工方案中,在▽305.7以下为保证开挖成形质量和减少爆破震动对引水洞的影响,接近进水塔时的分层梯段高度一般为7.5m,每层边坡开挖完后必须及时进行支护施工。
  2.2 方案比较与技术控制
  方案一(原方案):在EL305.7~EL286.5分二次预裂成孔,EL286.5~EL250.1分5次预裂成型,分层厚度在7.5~10米之间,分层见图1。
  图1 施工分层示意图
  超挖量计算(305.7~286.5)(主要是为提供钻机的滑架运转空间),分别按0.4米,0.5米,0.6米进行计算,其超挖工程量汇总统计详见表2-1,其引起的经济损失是比较明显的,可见采用此方案技术经济性能较差。
  方案二(深孔梯段方案设计):
  1、针对开挖的结构分析,EL305.7~EL286.5一次预裂成孔(成孔深度为19.2米),EL286.5~EL250.1分两次预裂成型,分层厚度,根据相互的影响关系,第一层分15米,第二层21.4米。并为减少技术性超挖,积极与设计沟通,在 EL271.5高程增设0.5米宽的台阶,以便在EL271.5~EL250.1直面坡造孔时为钻机作业。
  2、针对引水隧洞仅预留4米的厚岩塞,及引水隧洞的开口轮廓线的范围的影响,在引水隧洞开口范围(15米宽)造孔间距加密(间距调为@70cm),减小底部装药,并且在爆破施工中,采用孔内分段。减少爆破的震动对引水隧洞渐变段岩体稳定和对直面坡的岩体完整性影响。
  3、为减小底部的夹制作用,在前面的梯段爆破完成后,对爆破坡脚部位用反铲进行清底,并减小在预留岩体厚度,减小抵抗线扩大临空面,控制在两排主爆,一排缓冲,预裂,预留岩体在11米宽内。
  4、预裂孔的分段,主要根据开挖及引水洞的现对位置进行分段划分(286.5~256.5)。爆破分块按50米一段进行爆破分段。
  根据此部位爆破的重要性,此部位爆破的最大一段起爆药量,不得大于100kg。
  2.3 预裂爆破参数控制
  采用高风压钻机钻孔;预裂孔孔径D=100mm;炮孔间距a;据经验公式:a=(7~12)D;a:炮孔间距;则a=8×100=800mm;选用a=80cm;
  不偶合系数Dd;Dd=D/d=2~5;D——钻孔直径,100mm(成孔);d ——药卷直径,选用药卷直径32mm;则D/d=78/32=3.1;   线装药密度Qx;根据我部类似工程的施工经验,在中硬度灰岩和相似岩石发育程度,拟将线装密度控制在320g/m~360g/m,在本工程中取340g/m。
  堵塞长度L取1.5m;采用空气间隔装药。
  2.4 梯段爆破参数控制
  梯段爆破采用垂直深孔爆破方式,梯段高度H:取H=15m;
  钻孔直径D:对于阿特拉斯高风压钻机,钻头直径90mm,成孔直径100mm;
  炮孔间距a:a=mW,m—炮孔邻近系数,m取1.2;故a=1.2×2.5=3.0m;
  炮孔排距b:b=0.866a=0.866×3.0=2.6m;
  装药量Q:Q=qaWH=0.373×3.0×2.5×15=42kg;
  单耗:单耗为0.38kg/m3;
  装药长度L1:L1=8.4m;
  堵塞长度L2:L2=L-L1=6.6m;
  单响药量:药量的控制通过非电毫秒微差雷管来实现的,根据具体的现场条件来决定。为减小单响药量,每孔分两次起爆破,即在爆破孔底部装一发非电毫秒延期雷管,在中部再装一发非电毫秒延期雷管,中部雷管段位低于底部雷管段位。
  装药结构:采用不耦合连续(底部和中部分别连续装药)、间隔(底部和中部炸药进行间隔)装药,装药时,在临近建基面时爆破孔底部设柔性垫层。
  2.5 选用爆破参数
  根据进水口前期(EL305.7以上)施工的经验,并在施工过程中不断优化,具体参数如表2-1:
  2.6 施工控制
  1、钻孔:大的钻孔深度,易使钻孔精度难以控制而对其预裂爆破效果不利。针对进水口的开挖特点,(EL286.5~EL250.1)开挖高差36.1米,实际施工分两层开挖。第一层15米至271.5高程,第二层为21.4米自EL271.5~EL250.1。
  2、药包结构及装药施工:炮孔底部1~2m范围的装药量应比计算线装药时大1~4倍,其取值视炮孔深度而定,深者取大值;扣除堵塞长度后,炮孔顶部1m范围的装药量约为计算的线装药量的1/2或1/3;中部的装药量采用计算的线装药量,具体的装药量见爆破参数表2-1。根据爆破震动资料分析,在单响药量为150Kg时(EL315~305.7梯段爆破实测),在炮源后方质点震动速度为:实测最大垂直质点振动速度为7.20cm/s(7#测点处),实测最大水平振速为9.17 cm/s(10#测点处)。
  3、堵塞:一般正常台阶爆破条件下,当炮孔不堵塞时,其孔内轴向压力大大超过横向压力,使得炮孔内的部分气体消散在孔口以外的空间,形成较强的空气冲击波于爆破效果不利;为使空气冲击波余压接近于零,炮孔堵塞长度大约为1倍抵抗线。预裂炮孔的装药量大大小于台阶爆破孔的装药量,所以它的堵塞长度要相应减少。针对进水口的开挖施工特点及预留保护层的厚度要求,若炮孔堵塞较短且堵塞得过于密实时,孔口岩石受气体冲击作用即容易产生漏斗或破坏,因此预裂炮孔的堵塞效果是以气体冲出一部分为好;堵塞较大时,炮孔内的气体虽不冲出,尽管增强了气体作用时间,但堵塞段有时就产生不了裂缝或产生裂缝的面质量很差。
  4、起爆:依据预裂爆破的理论,为使应力波与爆炸气体作用应力场在两孔间叠加,应优先使用导爆索以达到预裂孔同时起爆的作用。由于预裂爆破产生的振动强度很大,有时为了防振,可將预裂孔分段起爆,一般采用25ms或50ms延时的毫秒雷管。按照进水口的开挖分块要求,在预裂起爆网络分段时,为满足振动要求,按10~15孔书分段,分段严格按爆破设计进行控制。实践证明,孔数较多的预裂爆破,有利于预裂成缝和壁面整齐,在实施中不断优化,能进一步提高预裂面的成型质量。
  5、预裂缝的超深及超长:合适的预裂爆破装药量,均可使裂缝在孔底贯穿;有时预裂缝还可向下延伸一段距离。葛洲坝工程中实测的预裂缝向下延伸距离为0.7m,万安水电站测到的数据为1.5m,东江水电站测得的数据为不小于1.3m。在彭水电站进水口开挖实际施工中,预裂缝下延1.4米。
  6、预裂缝向底部延伸的深度,与炮孔装药量,尤其是底部装药量有较大关系。以上数值我们给一个大体的数量概念:
  ①预裂孔底近区有水平夹层或裂隙时,预裂缝一般就此止住,不会再向下延伸。
  ②预裂缝的超深和超长设计中,预裂缝的超深和超长,是起防止主爆区爆炸应力波和爆破裂隙直达保留区的作用。
  ③如果预裂缝的超深值,等于或大于主爆孔爆破的底部破坏深度,那么由于主爆孔造成的破坏性裂缝当然不会通过预裂缝延伸至保留区。从防震上讲,应力波绕射到保留区较之直达,强度要减弱。一般,预裂缝的超深值应大于1.0m。
  ④预裂缝超长值(S)的确定大多采用经验数据。为了防止爆破冲击绕过预裂缝破坏保留岩体,在彭水电站进水口的具体施工中要求预裂缝越过爆破界线范围以外3~5m,在实际施工取了较好的效果。
  3 爆破效果分析
  在进水口高边坡开挖施工中,有效应用深孔预裂爆破技术,爆破结果实测残孔率均达到90%以上,有效地减少了对围岩的扰动,特别是在不良地质条件下更为显著,不仅可以减少危石保证施工安全,而且预裂爆破使开挖面平整,岩石无破碎,减少了裂隙,大大减少了超欠挖工程量,同时保证了后续的喷锚支护、二次衬砌等工序的施工质量,较好地控制了EL271~250.1二次衬砌的超挖回填工程量,从而降低了施工成本,取得较好的经济效益。其爆破效果详见如下预裂爆破效果照片。
  4 结语
  从彭水水电站进水口高边坡开挖施工,根据边坡结构特点,项目组大胆的调整开挖梯段高度,在引水洞洞群与F8断层等复杂地质条件下,对爆破网络,装药分段结构上进行积极的探索、创新和优化,成功实施了超深孔爆破,即保证了边坡开挖质量,又降低了施工成本。
  参考文献:
  [1]水利水电施工手册,第2卷,土石方工程/《水利水电工程手册》编委会编,——北京:中国电力出版社,2002
  [2]刘殿中,工程爆破使用手册,北京:冶金工业出版社,1995
  [3]朱传统,梅锦煜,爆破安全与防护,北京:水利电力出版社,1990.7
  [4]杨占春,预裂爆破在高边坡石方开挖中的应用[J]。西部探矿工程,2001,(8)
其他文献
摘要:本文介绍了中节能新疆分公司神华城污水源热泵示范工程项目中的污水取热泵房设计,为该技术今后在新疆的推广应用,提供了可以借鉴工程实例。  关键词:污水源热泵;神华城;给排水  前言:  “城市污水源热泵技术”在众多新能源环保技术中最具发展潜力的一颗新星,随着我国节能改造的逐渐深入,污水源热泵技术迎来了发展的新热潮。其中污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统,消耗少量电能,在冬季把存于
期刊
摘要:随着科技的快速发展,数字化测绘技术在我国工程测量领域中得到了广泛的应用与推广。笔者就常用的工程测量数字化测绘技术进行分析,阐述其具有的优势及在工程测量中的实际应用,以供参考。  关键词:数字化测绘技术;工程测量;应用  1、概述  随着科技的不断发展,数字化测绘技术已逐渐取代传统的人工模拟测图技术,广泛应用于工程测量中,它已发展成为地形测图的主要方式,包括3个主要部分:数据输入、输出及数据处
期刊
摘要:螺母在机械设备紧固零部件中发挥着极其重要的作用,如果螺母发生松动将导致其设备出现各种故障,带来重要的损失。本文以采矿机为实例,详细分析了采矿机各部件之间振动松动的原因,以及由部衔接紧固件振动松脱所产生的严重后果,并进一步对比国内外一些有效的防护措施,提出了几种有效的承受较大变载荷及振动的坚固件防松动方法,以此对于实际采矿机械紧固件安全运行提供了指导建议。  关键词:采矿工业;紧固件振动松动;
期刊
摘要:本文结合工程案例,从深基坑工程支护体系的设计与施工方面,对双排深搅止水桩、旋挖钻孔支护桩、预应力锚索以及信息化施工等方面,全面阐述了基坑工程方案设计和施工中关键环节的技术、施工工艺、控制方法。在本工程的施工中取得了良好的效果,对类似工程的施工具有很好的参考价值。  关键词:基坑工程;桩锚支护;基坑监测;泥浆护壁;张拉锁定  1 引言  随着现代新昆明建设步伐的不断加快,现有污水处理厂已经不能
期刊
摘要:随着我国经济的不断发展,建筑工程数量随之不断的增多,在建筑工程施工过程中,管道工程是重要的组成部分,水暖安装工程的施工需要和各个施工项目密切配合,使建筑工程能够达到相应的施工和验收标准。此外水暖安装和管道工程的施工质量还会对于人们的生活造成一定程度的影响,当前在水暖和管道安装的过程中还存在一些问题,应该采取有效的措施进行防范,保障工程施工的质量。  关键词:建筑工程;水暖安装;管道工程;问题
期刊
摘要:本文笔者根据自身多年工作经验,结合沉降观测工作的实际具体情况,简要阐述了高层建筑物沉降观测技术及方法。  关键词:沉降观测;变形观测;精度;外业施测  1、沉降观测的特点  1.1重复观测  重复观测的周期取决于变形量的大小、速度,以及观测的目的。  1.2精度高  相比其他测量工作,变形观测精度要求高,典型的精度是1mm或相对精度10ppm。  1.3需要综合应用多种测量方法  各种测量方
期刊
摘要:由于建筑能耗在国家能源消耗总量中占到了较高的比例,因此实现国家节能减排目标,必须重视建筑节能技术的运用。本文详细介绍了当前几种主流的建筑节能技术,可以为相关技术人员了解建筑节能技术提供合理的参考。  关键词:建筑节能;布局、围护;空调;地热;光能  0引言  节能建筑作为建筑领域的主要发展趋势,也是建筑科学技术的主要发展方向。建筑节能技术就是在保证建筑工程适宜的使用条件下,借助于新型的建筑材
期刊
摘要:总结了矿山机械设备在使用维修与保养中应注意加强的各个环节,着重提出了矿山机械设备维修过程中的各种相关技术特性,并强调了专业技术培训与职业道德教育的重要性。  关键词:矿山设备;使用维修;保养  矿山机械设备是构成矿山企业的的重要组成部分,随着矿山生产建设规模的不断扩大,机械化程度的不断提高,要求对设备的使用维修与保养的技术水平也必须相应的提高,正确的操作设备,及时的维修设备、合理的维护与保养
期刊
摘要:截止到目前,世界各国的环境仍在不断恶化,世界范围内的各个国家都在寻找和发展新的清洁能源。我国的经济在近几年来得到了迅速发展,但是在能源供需方面的矛盾确越来越突出,在电力方面的供应也存在着严重短缺的现象,能源的节约就成为经济发展过程中需要解决的一项非常重要的问题。  关键词:LED路灯;安装运行特点;存在问题  LED是一种固体的半导体发光元器件,在上个世纪的六十年代,发现了红色的发光二极管之
期刊
摘要:介绍在建筑设计中施工图设计的特点,通过施工图设计对入门新人培养方法的总结,以及通过该环节对建筑设计认识与理解的作用。  关键词:施工图设计;工程技术;对建筑的认识与理解,技术支撑  在建筑设计过程中,施工图设计是后期设计的重要的环节,是方案设计的深化和落实,目前很多设计单位都有相当一部分人在从事施工图阶段的设计。施工图设计实际也需要大量的工程技术方面的知识积累,了解并掌握施工图的设计也是建筑
期刊