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豐滿水電站泄水洞水下巖塞爆破工程

2010-03-16 14:54:35.0 12

 

完成時間:19795

工程地點:吉林省豐滿水電站

完成單位:水電部東北勘測設計院、水電部第一工程局等

項目主持人及參加人員:趙蔭炳等

撰稿人:趙蔭炳

 

1  前言

豐滿水電站裝機容量為55.4kW,混凝土重力壩,最大壩高90.5m,最大庫容為107.8m3,是一個正在運行以發電為主的綜合利用水庫樞紐。

為了在必要時降低水庫水位,水電部決定在豐滿電站樞紐中增建泄水隧洞。

泄水洞位于豐滿大壩的左岸洞口距8號壩段280m,洞長為682.9m,閘前段襯砌內徑為10m,閘后段襯砌內徑為9.2m,在正常高水位261。0m時,隧洞的泄量為1129m3s

泄水洞工程布置見圖1

1  泄水洞工程布置圖

a一平面布置圖:12一硐室試驗點;312巖塞試驗位置;4一正式爆破巖塞位置

6一泄水洞斷面圖:1一巖塞;2一集渣坑;3一平板閘門室4一弧門室;5一挑流鼻坎

 

泄水洞進水口施工是該工程的關鍵。經幾個方案比較,推薦用水下巖塞爆破方法施工,其理由主要有:施工期間不受庫水位限制;工程量小;可節省大量材料、勞動力和大型機械設備;施工速度快:工程費用省。

為確保爆破成功,進行了大量的地勘、設計和室內外試驗研究工作,經過設計、施工、運行和科研等有關單位的共同努力,豐滿水下巖塞爆破于1979528日爆破成功。

 

2  地質條件

  泄水洞進口地形坡度為15°20°,巖塞部位覆蓋層厚3.5m,基巖全風化厚0。5m,半風化巖體厚度4.0m左右,以下為微風化巖。巖石為二迭系變質礫巖,巖層呈塊狀,巖石致密、堅硬、抗風化能力強。切割巖塞體的斷層有三組,經分析,巖塞、藥室在施工期間是穩定的。  

 

3  爆破設計

3.1  設計原則和要求

    (1)對主要技術問題,要通過試驗、充分論證,做到技術措施落實。

    (2)巖塞厚度要滿足施工期穩定要求,采取措施確保藥室導硐開挖過程中的安全。

    (3)巖塞要一次爆通成型,力爭較好的水力條件,使爆后洞臉邊坡保持整體穩定。

 (4)在保證爆通成型的條件下,應盡量降低爆破用藥量,以減輕爆破振動對建筑的影響。

3.2  進口水工布置

    在滿足泄量和低水位時進口不產生摻氣條件的前提下,進口明渠底坎高程確定為218。0米,巖塞地表坡度為15°20°,巖塞中心線與水平面夾角選定為60°。控制進水口的流速不大于隧洞內不襯砌段流速12.7ms,按最大泄量1186m3s考慮,設計巖塞直徑為11m巖塞斷面比較大,考慮巖塞施工期間的穩定性,選定巖石厚度與直徑的比為1。36,巖塞的巖石厚度為15m。巖塞爆破方量為3794m3,巖塞和主洞連接設有集渣坑。   

3.3  巖塞爆破設計

    巖塞藥包布置分三層,上下兩個主要藥包的作用是把巖塞爆通,中層6個藥室呈“王”字形布置是為了把上下藥包爆破后剩余的巖體炸掉,使之達到設計過水斷面。沿巖塞的下部布置一圈預裂孔,以控制巖塞的成型。

預型孔、12號藥室和38號藥室的起爆時間分別取為02575ms。藥包布置見圖2;藥包計算主要數據見表18個藥包的藥量為3874。2kg(含起爆藥量),預裂炮孔用藥量為201.4kg,總裝藥量為4075.6kg。

表1  藥包計算主要數據

 

藥室編

最小抵抗線W/N

單位耗藥量K/kg• m-3

爆破指

n

炸藥量Q/kg

下破裂半徑R/m

破壞系

β

上破裂半徑R΄/m

壓縮系

μ

壓縮圈半徑Rc/m

藥包間距/m

計算

實際

1

8.1

1.6

1.4

1740

13.9

2

18.0

10

1.61

6.96

6.4

2

5.1

1.8

1.0

239

7.22

2

7.22

10

0.83

 

 

3

4.9

1.6

1.2

268

7.59

2

9.65

10

0.86

 

 

4

5.3

1.6

1.2

338

8.21

2

10.43

10

0.94

5.61

4.5

5

5.3

1.6

1.2

338

8.21

2

10.43

10

0.94

5.83

4.5

6

5.3

1.6

1.2

338

8.21

2

10.43

10

0.94

5.83

4.5

7

5.3

1.6

1.2

338

8.21

2

10.43

10

0.94

5.83

4.5

8

4.9

1.6

1.2

268

7.59

2

9.65

10

0.86

5.61

4.5

預裂孔

201.4kg

合計

4075.6kg

2藥包布置

 

4  巖渣處理

巖塞爆破松方達5600m3,必須采取妥善的處理措施。對填塞集渣爆破、泄渣爆破和開門集渣爆破三種處理方式,分別做了各種運行條件下的水工模型試驗后,決定采用開門集渣爆破方式。其好處在于有90%以上的巖渣可進入集渣坑;坑內堆渣較穩定;對洞內混凝土和金屬埋件沒有磨損;弧形門和檢修門安全下閘的把握性大;對電站的尾水影響甚小。根據試驗,渣坑尺寸為:底寬llm,長34m,高18m,容積9550m3,渣坑的有效利用系數為0。586

 

5大壩安全

豐滿大壩是在日偽時期修建的,施工質量差,混凝土強度低。解放后,雖然經過多次加固,但是,巖塞爆破時大壩的安全仍然是工程上十分關心的問題。這一問題是通過以下途徑才逐步得以解決的:

(1)做模擬試驗。在距壩端130m158m370m的距離處,分別進行了藥量為81kg292kg310kg的水下硐室爆破和巖塞爆破試驗,以取得壩體靜態觀測資料;了解壩體承受爆破地震強度的能力。

(2)按爆破試驗獲得的經驗公式,推算正式爆破時壩體的振動參量(位移、速度和加速度),為判斷壩體的安全狀況提供相應的數據。

(3)根據8號壩段反應譜曲線和振型曲線計算壩體地震慣性力,用材料力學方法分析壩體應力和穩定安全系數,以此來判斷壩體安全狀況。在爆破水位246。0m時,按單響藥量2200kg和全響藥量4300kg兩種情況計算,在2334壩高處的下游壩面拉應力分別為0.29MPa0.479MPa;穩定安全系數分別為1.391.01。此結果與按有限元動力程序分析結果在數量級上是一致的。

據上述分析,壩體已經受過相同、相似參量的模擬爆破振動的考驗;推算的正式爆破時壩體的位移、速度和加速度值均在安全范圍之內,唯有加速度值稍大,但壩體危險斷面的應力和穩定安全系數均滿足要求。因此,爆破時大壩是安全的。

 

6  爆破效果

豐滿巖塞爆破于197952812時起爆,爆破的庫區水位243。9m,高速攝影拍照了水面鼓包運動過程,鼓包最大高度達31.3m,其上升速度為21.610ms,起爆后35min弧形門開始下閘,44min隧洞斷流。用浮標法和出口水面曲線計算隧洞泄量為933970m3s。經檢查洞內所有埋件良好,平板閘門槽、底板和兩側保護鋼板未見損傷,閘門關閉緊密基本不漏水。洞內混凝土磨損極微。下游壩面裂縫處預貼的石膏沒有發生再開裂現象。距爆心12。8m處的混凝土拱,爆破時測得的最大拉應變為156με19807月用水下激光電視觀察混凝土頂拱完好無缺,所見部位沒有發現裂縫。實測巖塞爆破方量4419m3比設計值增加了625m3

 

7  結論

(1)采用較小的爆破參數,采用毫秒延時與預裂控制爆破技術,一次爆通成型,實測爆破效果與設計一致,泄量達到設計要求。

(2)用反應譜和有限元方法對附近大壩進行了爆破振動力分析,論證了爆破不致危及大壩的安全,爆破結果證明了上述結論是正確的。

(3)在大流量、高流速的泄水洞中,起爆后弧形工作門僅用9min時問即順利關閉,洞內磨損極微,證明首次采用開門集渣爆破方式是成功的。

(4)爆破時對壩體、隧洞和閘門等進行了動應變、振動加速度與速度、孔內電視和水面鼓包運動高速攝影等動靜態觀測;爆破后用水下測量和水下激光電視,全面檢查了混凝土裂縫情況,這些測試方式和實測資料,對今后的水下巖塞爆破工程具有參考價值。

 



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