爆破技术在水电站施工中的应用研究

【摘 要】爆破技术在水电站的施工中具有一定难度，必须根据地形地势、各路段及整个工程的具体情况进行施工，这样才能使工程施工安全及质量得到一定保证。本研究就爆破技术在水电站石方爆破中的应用展开相关论述。 
【关键词】水电站；石方；爆破技术；应用研究 
　　1.前言 
　　石方爆破技术具有技术含量高及综合性强等特点，对施工有较多要求，如必须密切结合地形、地质、路段、施工用具以及整个工程的具体情况对施工过程进行周密设计及安排，这样才能在一定程度上保证整个工程的施工安全、质量及进度等。本文主要结合工程实例就爆破技术在水电站施工中的应用作以下分析。 
　　2.工程概况 
　　本水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、冕宁、盐源、三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，属于二级水电站，是雅砻江干流上非常重要的梯级电站。4#引水隧洞沿线上覆岩体埋深为1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞径大以及洞线长等特点。4#洞洞挖1844583m3 ，全长11918.175m，使用钻爆法进行施工。 
　　3.爆破膜技术在水电站爆破施工中的应用 
　　3.1爆破膜技术简介 
　　爆破膜技术是一项新技术，其对整个机组和引水系统有一定的保护作用，可用于对长压力水道及高水头的引水式电站进行施工。其原理是：对金属膜片进行详细计算及精密加工后，把之安装在在压力管道末端，并以人为方式设置一个薄弱环节[1]。引水系统的水压力会在机组甩负荷或停机时达到预定值，此时膜片就会破碎，从而使水流涌出，进而使压力得到有效泄放。 
　　3.2爆破膜技术的原则与要求 
　　（1）施工前，应对机组及压力水道的水击情况进行详细分析，使用爆破膜后，根据工程中各工序尤其是不同水头运行的具体情况，对同负荷的组合情况进行有效调节并计算出相应参数，这样通过对各工况进行多次计算来对膜片的最大泄流量及爆破压力作进一步确定，然后对压力水道中各点水击压力随时间变化的具体情况进行分析，并对导叶关闭时间进行有效确定，以使机组转速升高值、机组速率升高值、压力水道各点压力升高值、尾水管真空度升高值、蜗壳末端压力升高值等都在允许的范围内。 
　　（2）完成上述分析及计算后，再对工程进行仿真计算，通过计算对爆破膜的管径和组数作进一步确定，然后通过实验来对爆破膜片进行分析，接着再结合实验和相关计算对膜片口径、厚度、材质以及爆破压力等相关参数进行适当优化及并整定，以使膜片在水击压力为整定值时能够及时爆破。此外，为了避免出现泄流过多现象，做仿真实验时，应和工程的微机监控相结合，以使阀门能在膜片在自动破裂后的几分钟内实现自动关闭，需注意的是，此时应把压力水道中水锤的压力控制的规范范围内。最后，当膜片爆破后，应进行水流的高速消能设计，并设计出良好的消能设施方案。 
　　3.3施工方法 
　　（1）在压力管道的末端布置爆破膜装置，在距离主厂房约10m的地方设置爆破膜室，在其内部以1.75m为间距设8个膜片，并使用直径为0.25m的岔管和钢管进行连接，在每个管道中分别设置爆破膜、流量开关、电动蝶阀、波纹补偿器以及手动蝶阀。把最后一个镇墩下水平段压力的钢管分成两支，一支以转角6°36"和爆破膜室相通，一支以转角45°和厂房机组相通。在消能室中设置14个排水孔和7个锥体消能设施，使排水孔面积为50×60cm，使阀室下游墙和消能室相通，从而使阀室中8个连接爆破膜的钢管能够从阀室下游墙和消能室相1000通， 
　　（2）膜片爆破时，高速水流就会从锥管中扩散并迅速下降，此时立墙上的锥体会使射流的向冲力四周扩散，当冲力折回后就会和射流形成撞击，从而起到较好的消能效果[2]。泄水渠结构为梯形，当膜片爆破后，水流就会从排水孔向泄水渠流进，最后排入河道。 
　　4.预裂爆破和光面爆破技术在水电站施工中的应用 
　　4.1预裂爆破和光面爆破技术简介 
　　（1）预裂爆破技术。即对主体进行开挖爆破前，先对设置在开挖轮廓线上的深孔药包进行爆破，当岩体沿设计轮廓线形成贯穿裂缝后，再对主体的开挖部分进行爆破，从而开挖线以外的区域得到有效保护。 
　　（2）光面爆破技术。此技术是先把位于主体部位的岩石进行爆破，然后在开挖轮廓上设置光爆炮孔，把具有保护作用的“光爆层”炸除后，就会形成开挖面。施工前期，通常使用此技术对隧洞进行开挖后，再对隧洞附近所在区域进行目的性爆破。 
　　4.2开挖深孔硬岩永久边坡 
　　硬岩具有较强的抗压性能，因此，对深孔硬岩永久边坡进行开挖时，通常需要较多的线装药量，可是当深孔预裂为20～25m时，预裂缝在孔底的形成还是有一定难度。如在河边安装间边坡开挖，梯段高度为20m，以潜入方式钻孔，岩石为砂岩，预裂孔距为110cm，孔径为110mm，砂岩的最大饱和抗压强度在1200kg/cm2以上，在其底部1.1m所在区域内把装药量设为2000kg/m，爆破结束后，距离孔口三分之二孔深半孔残留率高达75～80%，且其他部分基本看不到半孔，由此可知，预裂缝因受到底部夹制力的影响而无法形成。但是使用光面爆破后，此问题却能得到有效解决。 
　　4.3开挖水工建筑物水平建基面 
　　对水工建筑物紧邻水平建基面，通常使用水平预裂爆破法进行施工，对基础岩石进行开挖的过程中，应同时对水平预裂孔和梯段爆破实施钻孔及装药[3]。水平预裂爆破法多应用于面积较大的基础开挖中，其施工速度较快，需注意的是，对于位于积水严重及地应力较大、硬岩的地质条件的基坑，使用水平预裂法时，通常不能达到防震效果，此时应使用光面爆破技术，这样对防震具有良好效果。此外，光面爆破技术能使爆轰波向临空面方向释放能量，而且它还具有预裂爆破的优点，因此，在爆破方面，通常会具有更好的效果。 
　　5.水电站进场公路施工中安全爆破技术的应用分析