浅析爆破技术在水电站施工中的应用

摘要：水电站石方爆破施工是一项技术含量高的综合性工作，施工中须根据路段地形地质、施工机具及工程整体安排等条件选择适合的爆破技术，进行合理设计和组织施工，对加快工程进度、保证工程质量和施工安全都具有重要的意义。本文通过工程实例具体介绍了爆破膜技术、光面爆破和预裂爆破技术及安全爆破技术在水电站石方爆破中的应用。

关键词：爆破；水电站；石方；光面爆破；预裂爆破

Abstract: hydropower construction Blasting is a high technological content, construction, subject to the conditions of the terrain geological sections, construction equipment and engineering overall arrangements suitable blasting technology, reasonable design and organization of construction, to accelerate the projectprogress to ensure construction quality and safety are of great significance. Specific project examples, this article describes the blasting membrane technology, smooth blasting and the presplit blasting and safety blasting hydropower rock blasting.Keywords: blasting; hydropower; stonework; smooth blasting; presplit blasting.

中图分类号：TV73 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

爆破膜技术概述

爆破膜技术是我国近几年在水利水电工程方面应用的一项新技术，它替代了传统的调压井进行水锤压力调节的方式。爆破膜技术能够对引水系统及机组进行可靠地保护，可广泛应用于高水头、长压力水道的引水式电站中。

爆破膜技术的原理为：将一组经过严格计算、精密加工的金属膜片安装在压力管道末端，人为的制造一个薄弱环节。当机组停机或甩负荷时，引水系统的水压力升高达到预定值时，膜片破碎，涌出水流，泄放压力。如泄水量不够，随着导叶的继续关闭，水压力再次升高，当再达到预定值时，其它膜片相继爆破，从而控制引水系统的水压力在允许范围内。采用爆破膜装置在膜片爆破后，关闭闸阀即可更换膜片，成本只有几元，更换时间一般只需10min，运行维护方便。

爆破膜技术在水电站爆破施工中的应用

（一）工程概况

某一级水电站地处高寒山区，冬季最低气温近-40度，电站为跨流域引水式电站，经长2 631.87m的引水隧洞及501m的压力管道引水发电，电站总装机2×2000kw，设计引水流量3.28m3 /s，设计水头146m，最大引用水头166.22m。

（二）爆破膜技术的原则及要求

为保障爆破膜技术在实际运行中的可靠性，该技术首先在精确计算分析压力水道及机组的水击过程。对爆破膜投入使用后，针对各种运行工况，特别是不同水头下，同负荷组合情况进行调节保证计算，通过各种工况的反复计算，分析比较确定膜片的爆破压力和最大泄流量，求出压力水道( 隧洞进口-机组)各点的水击压力随时间变化过程，并确定导叶关闭时间， 使压力水道各点压力升高值、机组转速升高值、蜗壳末端压力升高值、尾水管真空度及机组速率升高值均在允许范围内。

随后进行仿真计算，确定合理爆破膜组数及管径，并对爆破膜片进行实验，将实验和计算结合起来，优化整定爆破压力，膜片材质、口径、厚度等参数，当水击压力达到整定值时，膜片能及时爆破。

同时为了不过多泄流，在做仿真时，对结合本工程的微机监控要求，自动实现膜片破裂后几分钟内阀门自动关闭，此时压力水道水锤压力不超过允许值。最后进行膜片爆破后的高速水流消能设计，确定消能设施的最佳方案。

（三）具体实施

爆破膜装置布置在压力管道末端。在最后一个镇墩的下水平段压力钢管分为二支，一支经过转角45°通向厂房机组，另一支经过转角6°36"通向爆破膜室。爆破膜室距主厂房10m，室内布置8个膜片，间距1.75m，分别通过直径0.25m的钢管与岔管相接，每管分别布置手动蝶阀、电动蝶阀、流量开关、爆破膜及波纹补偿器。消能室与阀室下游墙相连，阀室内的8个连接爆破膜的钢管穿过阀室下游墙后进入消能室，消能室内布置8个锥体消能设施和16 个排水孔，排水孔尺寸60×50cm。

当膜片爆破时，高速水流首先经锥管扩散，使水流下降，立墙上的锥体将射流冲击的集中力分散后，向四周扩散，折回后与射流相撞击，从而达到消能目的，为防止高速水流的冲刷，在立墙内侧衬一层钢板。泄水渠为梯形断面结构，底宽4.5m，边坡1:1.5，采用干砌石

护底护坡，膜片爆破后的泄水，通过排水孔进入泄水渠，最终排入河道。爆破膜装置布置形式如下:

爆破膜室平面图

光面爆破和预裂爆破技术的应用

（一）光面爆破和预裂爆破概述

在水电工程施工中，光面爆破和预裂爆破所要解决的中心问题是：缩小普通钻孔爆破法爆破时在炮孔周围岩体出现的粉碎区，把爆破产生的裂隙减少到最低限度，并使径向裂隙沿人们所希望的方向发展，达到形成平整开挖面、保护保留岩体的目的。

预裂爆破，就是在主体开挖爆破之前，首先爆破布置在设计开挖轮廓线上的深孔药包，使岩体形成一条沿设计轮廓线延伸的贯穿裂缝，在这条裂缝的“屏蔽”下，再进行主体开挖部分的爆破，从而达到保护开挖线以外保留岩体不受破坏的目的。

而光面爆破，则是先爆破主体部位的岩石，然后再利用布置在设计开挖轮廓上的光爆炮孔，将作为保护的“光爆层”炸除，从而形成一个平整的开挖面。在水电施工早期，光面爆破一般用于隧洞开挖中，对隧洞周边实行控制爆破。在光面爆破技术日益发展的今天，其应用范围越来越广，在某些方面光面爆破明显优于预裂爆破。

（二）光面爆破和预裂爆破在水电站施工爆破中的应用

1、深孔硬岩永久边坡开挖

在深孔硬岩永久边坡开挖中，由于硬岩抗压强度大（饱和抗压强度1200kg/cm2以上），需要的线装药量大，对于15～20m的深孔预裂在孔底部难以形成理想的预裂缝。如五强溪安装间边坡开挖，梯段高度15m，潜孔钻造孔，孔径为100mm，预裂孔距为100cm，岩石为砂岩，最大饱和抗压强度大于1200kg/cm2，底部1m范围内加大装药量，为2000kg/m，爆破后，离孔口三分之二孔深半孔残留率达80%左右，其余部分则几乎看不到半孔，这表明底部夹制力太大没能形成预裂缝。若采用光面爆破则能很好解决这一问题。在五强溪坝前边坡开挖中，梯段高度同为15m，采用光面爆破，从孔口到孔底半孔残留率达80%以上，爆破后完全满足设计要求。

2、水工建筑物水平建基面开挖