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211工程水下岩塞爆碳

2013-12-18 19:05:58.0 责任编辑:朱亮亮

完成时间:1971

工程地点:辽宁省开原县清河水库

完成单位:东北电力局211指挥部、东北电力设计院、辽宁省水利建设一团、东北水利水电勘测设计院、水电部水电施工研究所、中科院力学所、长江科学院、水利水电科学研究院

项目主持人及参加人员:高玉峰、孙祖培、蒋相泰、刘殿中、郝志信、王文斌等

撰稿人:刘殿中

 

211工程水下岩塞爆破是我国第一例水下岩塞爆破工程。岩塞外表面中心水深20m,岩塞设计厚12m,其中7585m为风化程度较轻的花岗岩,表层3545m为风化半风化花岗岩,断面呈马蹄形,跨度6.0m,设计“王”字形小硐室,配合水下钻孔,周边预裂孔,实际用药量11904kg,爆破石方710m3。实现了爆通、成型、边坡稳定,口部水工建筑物安全的要求,为我国岩塞爆破工程开了先河。

211工程需从清河水库抽取冷却用水,用水量为8m3s。考虑工程的隐秘性,泵房建于库边山体中,取水口设计最低标高为10500m(爆破时水库水位128.0m),取水口距大坝750m。该工程于1971年爆破成功。当时,被水电部列为重点项目,拨专款20万元进行现场试验研究,作为一个综合性科研课题进行攻关。

因当时正值“文革”时期,国外技术资料很少,所以基本上依靠“自力更生”。分析该工程的复杂程度,认为有五个难点:施工安全;爆破成型;边坡稳定;岩渣处置;口部水工建筑物安全。

为保证第一个水下岩塞爆破工程“万无一失”,针对以上五个问题进行了系列模型试验和两次11现场试验。

模型试验主要观测开口形状,聚渣坑形状及爆破水头对爆破时口部水流形态、水锤作用及爆渣流态的影响,为进水口水工设计及爆破水位控制提供依据,按120的比例建立模型,取得了非常有价值的数据。

为实施11现场试验,在水库边的一个小山沟建了一个水池(挡水坝高10.0m,用水泵将水库的水抽到坝内形成水池),在小山沟两侧布置两个11的岩塞,水头可达9.0m,其中一个采用硐室爆破方案,另一个采用深孔爆破方案,聚渣坑布置与实际进水口的聚渣坑一致。实验结果是深孔爆破方案因施工机具误差大而没有爆通,硐室方案达到了爆通、成型、安全的要求,并为水下硐室开挖提供了技术储备。

实际采用的设计方案如图1所示。

岩塞形态为马蹄形断面斜井加喇叭口,斜井跨度6.1m,周边布妒ф40mm预裂孔。总方量710m3,厚12m,其中风化层和半风化层厚3545m,基本完好的岩石厚达7585m。岩塞进口的进水最低标高为1050m,爆破时库水位为1280m

进水口水工建筑物包括聚渣坑、水工洞、闸门井和井后混凝土塞。聚渣坑采用加强钢筋混凝土顶拱,边墙喷锚加固跨度6.0m,长12m,深15m,拱下容渣量710m3。水工洞为ф2.2m圆洞,钢筋混凝土衬砌。平板闸门,爆破时将闸门提起在门后2.0m处用素混凝土堵塞(2.0m)阻止水石流冲入泵房,爆后下闸门拆除堵塞。

爆破方案分三部分:主要部分是双层“王”字形药室,共装12个集中药包,单药包装药量少于100kg,两个布药层的当中,布一个集中药包,以保证爆通,装药量100kg;风化岩中布三个ф108mm钻孔,单孔装药3050kg;斜井周边布预裂孔,ф40mm,孔深3.0m,间距35cm,共布50孔,每孔装药450g,共装药225kg,总计用62%硝化甘油炸药11904kg,爆破方量710m3,平均单耗168kgm3。采用毫秒延时爆破,预裂孔为第一响,深孔为第2(目的是排除水压和风化岩对主药包爆破的影响),上部“王”字形布药面的6个小药包为第3响,下部“王”字形布药面的6个小药包为第4响,中间集中药包为第5响。

“王”字形药室施工主要存在防水、排水和导洞稳定两大难题,解决办法是超前孔,限制掘进进尺和爆破药量。对渗水集中的节理裂隙,打引水孔至节理面,然后封堵裂缝使水沿钻孔引出。在开挖过程中,最大渗水量达308Lmin;上层导洞顶板的较好岩石厚度最小为26m,由于利用了试验洞开挖的技术储备,保证了安全施工。

爆破时水面出现不高的水包,闸门井有不严重的井喷,聚渣坑顶拱预埋的钢筋计、裂隙计和动态应变测试探头均未观察到超标破坏数据,边坡喷混凝土保护层未发现肉眼可见的裂隙。爆后潜水员由闸门井进入聚渣坑检查,坑内聚渣情况与设计很接近,闸前洞内落渣很少,由潜水员清除干净,爆破效果理想。已运行30余年,进口段一直正常工作,对国防工程建设起到了很大的作用。

当时,对岩塞爆破方案和围墙排水正常开挖方案进行了论证性比较,围墙方案二期3年,投资300余万元,水下岩塞爆破工期一年,费用20万元(未计试验费用)

摘自《中国典型爆破工程与技术》