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漳泽水库进水口水下爆破

2006-11-16

 

漳泽水库进水口水下爆破

 

完成时间19627

工程地点:山西省长治市漳泽水库进水塔

完成单位:山西省水利勘测设计院、西安工程兵工程学院、长治8323部队

项目主持人及参加人员:许四复、程万宗、张映平、林学圣、罗玉胜、练冠海、霍永基、季瑞龙

撰稿人:林学圣

 

1工程概况

    漳泽水库位于山西省长治市郊,建有土坝、溢洪道、取水塔及廊道等建筑。取水塔在土坝上游坡脚处,方形钢筋混凝土框架结构,塔内平面6m×6m(见图1),底部迎水面墙壁留有2个喇叭形进水口,分别设置F1m高压阀门。背水面墙壁连接椭圆形钢筋混凝土结构的廊道,宽3.7m,高3.535m,全长67.5m。设计最大泄水量为17m3s

    19627月上游暴雨,水库水位急升至距坝顶1.74m处,溢洪道过水并出现险情,万一发生灾害,后果将不堪设想。1963年初,水利部门规划汛前排空库容(存水约1.4×109m3),备以容纳上游来水,确保水库安全度汛,实施顺序为:

    (1)在水下15m的取水塔底部墙壁迎水面爆破开设高4m、长5m的长方形孔口,使泄水量提高至90m3s,确保汛前排空水库现有存水;

    (2)在取水塔底部背水面廊道进口处设置木闸门,保护廊道爆破安全,使爆后塔内保持静水,便于清渣;

    (3)爆破炸毁木闸门,通过廊道向外排水。

 

2钢筋混凝土墙壁开口爆破

    为满足爆效、安全和缩短工期的要求,在否定塔外深水装药爆破方案以后,对塔壁内部装药的分层剥皮爆破、分段毫秒延时爆破、内部装药一次爆破等方案进行对比、论证,最后选定内部装药一次爆破方案。

 

 

1爆破对象与环境

1-土堤;2-连接便桥;3-堤内廊道;4-廊道进口木闸门;5-取水塔;6-塔底爆破开口;7-塔顶平台

 

2.1药包布置

    在塔内高4m、宽5m的迎水塔壁面布药,由原设计图纸得知:在爆破范围内配设内外两层钢筋网,分别有横向钢筋14根、F22mm@15,竖向钢筋17根、F16mm@30cm。考虑到爆破体上部钢筋密集、塔壁较厚,故针对材料强度和厚度,采用药洞与药孔相结合进行配置,在6m×6m平面的施工场所力求减少钻孔数量,缩短工期;简化起爆网路,确保准爆。主装药药洞5个,均布于壁厚10.3m和钢筋密集的爆体中部,药洞体积为12cm×12cm×80cm,破坏半径为壁厚之半,约65cm。其他装药均为药孔,共52个。在原进水口闸门的上、下部,左、右侧各布3个药孔,共 24个药孔。药孔倾斜度约70°,孔深均为90cm。在爆破体顶部、底部各布10个药孔,其中顶孔深90cm、底孔深100cm,均为直孔。在爆破体下部药洞两侧各布4个药孔,孔深90cm,均直孔。药孔破坏半径均取0.26m。装药间距保持破坏半径相互接触、交错,使齐爆时发挥综合作用。

2.2药量计算

    药洞装药采用工程兵集团装药爆破公式计算:

C=ABR3

式中C----单个集团装药量,kg

    A----材料抗力系数,炸烂混凝土而不炸断钢筋时,取5.0

    B----填塞系数,取1.15

    R----破坏半径,m,取0.65m

    计算得药量为1.58kg。爆破体一面临水,按无限抵抗考虑增加药量50%,则C2.4kg5个药洞总药量为12.0kg

     药孔装药采用工程兵直列装药爆破公式计算:

C=ABR2L

式中  L----单个装药长度,m,取均值0.5m

B-----填塞系数,取3.0

R-----破坏半径,m,取0.26m

    采用军用制式圆柱形TNT药块(每个药块直径3cm,长7cm,重75g),每孔平均装7个,计0.525kg52个药孔总计装药27.3kg

    设计总装药量39.3kg。因施工中部分药孔的位置、倾斜度和孔深未能达到设计要求,实爆药量为37.6kg,误差9.6%。被爆破钢筋混凝土体积为19.44ms,炸药单耗为1.94kgm3

2.3起爆网路

    设计4组串联电雷管(每组15)网路并联的电爆网路和4组串联火雷管(每组15)并联的导爆索网路,组成独立的主、副起爆网路实施爆破。

每个装药放置电雷管、火雷管各1个,分别引接到电爆网路和导爆索网路。

采用8个“B”电池作为起爆电源,以2组串联2个电池后并联方式供电。

2.4可能出现的意外及其预防、处理措施

    2.4.1  药包拒爆

    具体预防、处理措施如下:

    (1)使用防水的TNT压制药块;

    (2)火雷管、电雷管经过逐个检查,并抽查同批次产品的起爆能力,确保起爆性能可靠;

    (3)检查电雷管电阻,每条串联电雷管线路内电阻差小于0.1W;并联网路内各条串联支路电阻保持平衡;

    (4)分工有经验的技术人员、爆破员加工起爆雷管和连接起爆网路;

    (5)对雷管与导爆索接合部、导爆索外露切口以及导电线结合部作防水处理,并通过浸水24小时试验考验;

    (6)电起爆网路经过11实爆试验检查验证;

    (7)清渣期间指派有经验的技术人员值班,及时处理可能发现的拒爆药包。

    2.4.2爆破效果差,孔口小,未穿透

    具体预防、处理措施如下:

    (1)预切割内层部分钢筋,降低材料强度;

    (2)分散、均匀布设齐爆药包群,提高炸药能量的有效利用率;

    (3)准备潜水员及相应设备,对残留体、钢筋网进行水下切割或小药块二次爆破。

    2.4.3爆破损坏现有建筑、设施,伤害人员

    具体预防、处理措施如下:

    (1)用药量以炸碎混凝土但不炸断钢筋为度,从源头控制爆破危害效应;

    (2)在爆破孔口周围开设防振孔,孔深90100cm,孔距15cm,削弱爆破振动向外传播;

    (3)水工结构允许条件下,爆前切断爆破范围同保留部分间的构造筋与部分主筋,降低周围混凝土开裂的可能性;

    (4)相距6m木闸门前堆放砂袋,预防混凝土碎块打砸破坏廊道;

    (5)拆除塔内所有活动设施及门窗,预防气浪冲散造成二次危害;

    (6)设计爆破警戒距离为250m

    (7)组织抢险救护队伍,负责处理现场建筑设施受意外损伤时的抢险工作,负责处理现场人员意外受伤时的救护工作。

2.5爆破效果

  2.5.1爆破孔口

  爆后塔壁全脱落面积约15m。,爆块最大粒径为20cm。内层钢筋网均按预切割部位塌落,外层钢筋向内弯曲。原进水口闸门孔口中间鼻梁部位未炸透,部分混凝土仍与钢筋、角铁相联系,残留鼻梁宽约0.7m、长约2.0m,上端厚约0.6m、下端厚约0.3m,用手可将其整块摇动。原闸门孔口上缘残留2条眉状混凝土块与角铁相连。经用TNT药块(200g)紧贴爆破5次后清除。最终爆破孔口周壁较齐整,高约4.0m,宽约52m

  2.5.2取水塔

塔体依然耸立。塔内爆破口下部混凝土框架结构未发现破坏现象。塔顶砖木结构:上游迎水面砖墙内外均出现沿砖砌缝的水平裂缝,东西两侧墙体近爆心端出现倾向上游、倾角10°~30°的裂缝数条,切断砖块并与水平裂缝连通。塔内下游面砖墙多为垂直裂缝。塔内未拆除门窗框架全部被爆破气浪冲倒;楼板上的预制钢筋混凝土盖板2.4m×1.4m×0.12m,被掀起约0.3m,相互重叠,撞击断裂,塔内下游背水面廊道相邻两混凝土块间未出现位移,伸缩缝无变化。

2.5.3  土坝

在取水塔塔顶(爆心上方)及坝顶(距爆心30m)处各设砂堆,边坡为自然休止角,未加夯实,爆前爆后对砂堆状态的观测结果见表1。可见爆破振动对爆心上方处影响较大,但对土坝边坡稳定并无影响。

1爆破振动对土坝稳定影响的观测结果

砂堆

土壤

砂堆高度/cm

砂堆半径/cm

砂堆坡度

位置

名称

爆前

爆后

爆前

爆后

爆前

爆后

取水塔顶

(爆心上方)

中细砂

185

9O

29O

40O

l157

1:445

坝顶

(距爆心30m)

中细砂

21O

145

30O

365

1146

1252

2.5.4廊道

距爆心6m处廊道口叠梁木闸门无变化,对廊道内壁伸缩缝没影响,相邻两个混凝土块体间未发现位移,廊道完好无损。

 

3叠梁木闸门破坏爆破

叠梁木闸门设于坝体内廊道进口处,距爆破孔口6m,由高、宽各45cm22块方木组成。闸门高413m、宽3.6m,钢板连接。为防孔口爆破时碎块击坏闸板,已在门前将砂袋堆码成梯形垛,垛底宽1.7m、顶宽0.7m.

在权衡分析闸前水下外部装药爆破和闸后方木内部装药爆破方案的利弊以后,确定采用方木内部装药爆破方案。即在闸后外露方木内每块钻1个孔,孔深35em、孔径3540cm,共19个孔。

    药量采用工程兵木材爆破公式计算:

C=KF

式中  C----装药量,g

F----要炸断的木材断面积,cm。;

K----木材抗力系数,按潮湿的中等坚硬木材计,取1.25

计算得药量为216g

    考虑到爆破场所潮湿有水,为加快作业速度,缩短装药时间,采用炸药块替代填塞。事先加工铁皮圆筒,装入3F35cm、长10cm、重100gTNT圆柱形药块;设置2个电雷管,用沥青封口。每个药包重300g,装入方木药孔后外钉木盖。19个孔共用炸药57kg

    采用两套独立的串联电起爆网路作为主、副起爆网路。每孔设置2个电雷管,分别同主、副网路连接,用“B”电池起爆。

    爆破后l0min才有水从洞内涌出,估计是闸门木板被炸断,但门前砂袋还能挡水。由打捞上来的闸板看出,大部分都在药孔处被炸断,没有发现拒爆药包。

 

4经验教训

    (1)本项目是军事爆破技术用于应急抢险的成功实例。所采用的装药布设、药量计算、起爆网路等爆破方法历经战争考验,比较成熟可靠,可供类似工程参考应用。但药量公式中某些系数有一定范围,要根据爆破条件选定。为确保爆效,取值往往偏高,导致计算药量偏大,不但浪费炸药,而且扩大危害影响。故宜通过相同条件下试爆调整用药量。同时,必须首先考虑满足工程环境的安全要求。

    (2)防范措施周密。完成设计后罗列爆破效果、爆破安全方面可能出现的各种意外情况,研究相应对策,并分工,由专人落实解决措施,领导应限时检查完成情况。

    (3)精心施工、组织严密。由熟练操作人员钻孔、爆破,技术人员在现场指导,及时解决施工难题。设置起爆药包,按设计图和起爆网路连接图,实行定人员、定任务、定时间、定检查的制度,按图作业,避免差错。

    (4)不了解结构造成钢筋混凝土墙壁爆破中布药欠妥,上部爆效差。爆前依赖原设计图配筋情况布药,未研究结构特点和布筋实际,穿孔时才发现原进水口周围配有角钢,无法进钻,不得不外移孔位,缩短孔深,将斜孔改为直孔等,造成装药位置与药量失当,残留面积达14未能脱落的严重后果。浪费了水下二次爆破的投资与时间。今后,对爆破部位的钢筋混凝土配筋情况必须深入了解,会同原设计人员、施工人员一道研究,必要时可剥开保护层进行检查落实。这是正确设计的基础,决不能忽视。

    (5)对空气中爆炸冲击波估计不足。内部药包爆破产生的空气冲击波强度虽远低于外部药包,但本工程是在水下15m处取水塔内进行的,有57个药洞()装药齐爆,经多次组合以及对塔壁反射和合成,逸出塔外的空气冲击波强度不能忽视。在钢筋混凝土塔壁爆破时就曾吹倒试验铁棍,破坏了塔顶平台处的水平摆动仪,导致未能得到爆破测试数据。