无损爆破技术在丹江口大坝加高工程中的应用

摘要：丹江口大坝加高工程老坝体混凝土拆除施工中，大量运用了无损爆破技术。通过实验确定了爆破参数，研究了不同条件下的振动速度衰减规律和影响范围，为类似工程提供了经验参考。

关键词：爆破；实验；振动；监测

1 工程施工特点

1.1拆除工程量大、控制要求高

丹江口大坝加高右岸标段坝体混凝土拆除合同工程量2.3万m3，分布在坝体六个部位。坝体拆除同时，枢纽仍在按正常运行，对拆除爆破控制要求高。坝体拆除的部位在大坝不同的高程，其体型结构也不同，影响拆除手段的投入使用，增加了施工难度。

1.2受环境条件限制，拆除施工采用多种手段

拆除工程受坝体加高施工和电站运行影响，拆除部位的施工都要与坝体加高施工和电站运行相协调。坝体拆除的种类多，许多拆除部位限制严格，所以施工必须采用爆破拆除、机械切割拆除、机械凿除、静态破碎剂等多种手段进行，才能满足施工要求。

2 爆破试验

为了确保紧邻爆区的各重要建（构）筑物和重要设施的安全，保证爆破施工满足工程总体施工进度要求，在正式爆破之前我局组织实施了现场爆破试验。通过爆破试验，优化拆除爆破的各项钻爆参数，寻求爆破质点振动速度传播规律，最终达到了安全、优质、经济、快速施工的目地。

为了满足爆破施工的需要，共进行了以下爆破试验：（1）火工材料检测试验；（2）素混凝土梯段+预裂爆破试验；（3）素混凝土梯段+光面爆破试验；（4）素混凝土拆除面保护层爆破试验；（5）钢筋混凝土剥离钢筋爆破试验；（6）钢筋混凝土拆除（不保留钢筋）爆破试验；（7）监理工程师指示的其它试验。

以上试验内容每项至少进行二次试验，试验包括火工材料的各种性能指标检测、爆破质点振动衰减规律测试、破坏范围弹性波检测、试验期爆破振动安全监测（爆破试验区周围50m内的大坝混凝土、新浇混凝土、灌浆区等重要建筑物的监测，每次每个部位最少两个测点）。

“素混凝土梯段+预裂爆破”经过三次试验后，最终确定出各种主要爆破参数如表1所示。

3 施工方法

经对预裂（光面）爆破面进行弹性波检测得出，声波速度范围在3856～4619m/s之间，平均波速为4276 m/s，影响深度0.2～0.4m，平均影响深度0.3m。为了使保留坝体不受爆破影响，采取以下防护措施：所有预裂（光面）爆破面钻孔时，离开设计边线0.30（特殊部位留0.50～0.8），预留部分进行静态爆破或人工凿除；拆除基础面采用柔性爆破；对保留部位振动要求高的部位，在与爆区之间采用布孔减振。

经爆破试验对爆破质点振动衰减规律的测试及对保留面的弹性波的检测，发现预裂爆破振动较光面爆破大，且对保留坝体的损伤程度大。故在结构混凝土爆破拆除施工中，主要以光面爆破为主。

3.1采用的主要火工材料种类

（1）炸药种类：φ32mm2#岩石乳化炸药；（2）网络起爆方式：电雷管起爆；（3）传爆方式：导爆索和非电雷管传爆；

3.2采用的主要孔网参数

（1）钻孔：采用YT-28手风钻梅花形布孔，孔径约38；（2）孔间、排距（a*b）：主爆孔与预裂（光爆）孔，均按爆破试验给出的各种爆破类型布设；（3）孔深（L）：主爆孔与梯段高度相等，预裂（光爆）孔较主爆孔深0.1-0.3m；（4）炸药单耗（K）：根据爆破类型，取相应爆破试验给出的标准；（5）单孔装药量（q）：根据q=KabL计算得出；（6）装药结构：所有爆破主爆孔与预裂（光面）孔均采用“不耦合间隔装药”的形式，主爆孔内主要是分两段装药，各段分别采用一发非电雷管传爆；预裂（光面）孔内采用竹片实现炸药间隔、导爆索传爆的方式；（7）堵塞长度：主爆孔按0.8-1.0倍的抵抗线封堵，预裂（光面）孔堵塞长度取0.35；（8）起爆网络：采用非电雷管实现孔内、孔外微差，达到“单孔单响”。

4 爆破安全技术

4.1爆破震动

由于丹江口大坝拆除部分施工是在不影响大坝正常运行及大坝加高施工的情况下进行的，故对坝体及其附属重要建筑物、新浇混凝土的震动控制特别严格。以下为《丹江口大坝加高右岸土建施工及金属结构设备安装招标文件》给出的控制标准：（1）钢筋混凝土框架结构基础部位的安全质点振动速度≤5cm/s；（2）机电设备基础部位的安全质点振动速度≤0.9cm/s；（3）水电站中央控制室的安全质点振动速度≤0.5cm/s；（4）已灌浆部位的安全质点振动速度≤1.2～1.5cm/s；（5）大体积老混凝土保留体的安全质点振动速度≤10cm/s；（6）新浇混凝土的安全质点振动速度按现行相关规范确定。

4.2飞石的控制

为了不影响电站及其它重要建（构）筑物正常运行、确保施工人员的安全，混凝土爆破拆除过程中，对飞石采取了严格的控制措施：（1）控制炮孔质量，严格进行验收，确保孔深、最小抵抗线等符合设计要求；（2）严格按设计进行装药，以防超装；（3）保证炮孔堵塞物的质量及堵塞质量；（4）在设计中，使爆渣朝无飞石控制要求的方向抛出；（5）做好爆破部位的覆盖，施工中采用沙袋压住炮孔，上面再进行胶皮、胶管帘、草袋覆盖，并用铁丝固定牢固，将爆破产生的飞石完全控制在安全范围之内，确保周围建筑物及设施不受爆破飞石危害。

4.3空气冲击波

为了不影响电站及其它重要建（构）筑物、施工机械等正常运行，丹江口大坝混凝土爆破拆除过程中，对爆破冲击波采取了严格的控制措施：（1）严格控制单孔装药量，并确保做到“单孔单响”；（2）保证炮孔的堵塞质量，不得造成“冲孔”现象；（3）加强装药部位的覆盖；（4）做好重点部位的个体防护，如玻璃门、窗打开等。

5 结语

右岸混凝土拆除爆破共进行370测线振动安全监测，测点布置涵盖所有控制部位，具有完整的代表性，监测结果表明，所有测点的质点振速均在安全控制标准范围内。通过宏观调查未出现新生裂缝，老裂缝也未出现张开，表明混凝土拆除爆破对周围建筑物和构件影响甚微。声波检测结果显示：混凝土拆除爆破对混凝土拆除面垂直影响深度大多为0.2～0.5m，混凝土拆除部位平均波速均在4500m/s以上，表明爆破影响范围较小。实践证明该无损爆破拆除混凝土结构技术成熟，对今后类似工程具有参考指导意义。