水下岩塞爆破的技术研究及应用

技术问题。
作 者简介： 立孝（ ６ 一 ， 合肥： 冯 １ ４ ）男； ９ 安徽省水利水电勘测设计院
施工室副主任， 高工．
响洪甸水下岩塞爆破， ９９ 月１日 于１ 年８ ９ 起爆 成功。 通过爆破时的观测， 水域出现的鼓包涌 洞口 浪小且旋涡平缓， 闸门井最高涌浪水位 １ ． ， ２ ６ｍ ８ ５ 较井口 平台低 ３８ ｍ ３ ｍｎ ． ， ｉ后闸门 ５ ０ 井水位波动基
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爆 破
２０ 年 １ 月 ０６ ２
库不同水位、 下游不同充水位下形成气垫及不形成 气垫的动水冲击力、 井喷高度、 爆破石碴分布和集碴 坑堆碴形态， 及发电和抽水 ２ 以 种工况下进出水流 的流态、 流速分布、 水头损失等研究。矩形碴坑、 梯 形碴坑及岩塞不同倾角的对 比方案都有一致的规 律： 随着下游充水位不断升高， 石碴分布逐渐向上游 推移、 井喷（ 闸门井内涌浪水位） 也逐渐减小， 洞内
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表 １ 斜坡碴坑的试验成果
闸门井 气垫底 充水位 面水位
／ ｍ ／ ｍ
集碴谷 集碴峰 抛人上 底高程 顶高程 库内碴
／ｍ ／ｍ
／ ％
岩塞底受力／Ｐ ｋａ 闸门槽受力／Ｐ ｋａ 动水冲击力 总作用力 动水冲击力 总作用力
８ ６ ３ １ ５ ３ ６ ． ６ ． ９ ８ ５ ７． ０． ０ ８ ３ ６ ． ２ ５ ８
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各点最大压力亦有逐渐降低趋势。充水高程超过 ９． ｍ 消除石碴进人隧洞及井喷现象； ００ ， 当库水位 １ ． －１５０ 时， ２ ０ ２． ０ ｍ 最佳充水高程在 １５ ０一 ０． １ ．ｍ １ ０ ０ 。委托南科院进行的最终岩塞爆破水工模 型试验成果见表 １爆后采用水下彩色图像声纳系 ， 统测量结果见图 １集碴坑内左右两侧的堆碴面均 ， 较试验平坦。
位于左岸， 距大坝最近距离约 ２０ 岩塞位置主要 １ ｍ， 依从输水系统布置及地质条件选定， 中心Ａ点高程 。
９ ｍ 地形左高右低， ０ ， 厚差约４ 岸坡地形坡度为 ｍ ， ４＇ ４＇覆盖层厚约 １０ 以下为弱风化一新鲜 ０－ ５， － ．ｍ ， 的火山角砾岩。岩塞轴线倾角为 ４０岩塞底断面 ８， 直径 ９ ０ ， ． 呈倒锥 台体， ｍ 向上 的扩散角为 １０ ＇ ＂ １１ ３ ， ８ ６ 包括覆盖层平均厚度约 １ ｍ 爆破石方 ２ ，
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死水位７１０ ０ ０． ０
砂
用门井充水位Ｘ ０． ７１３ ２ ７
周边顶裂孔
Ｗ圈扩大排孔
Ｑ一扩大排孔
１ ．扩大排孔 ｌ 圈扩大排孔
观侧电皿由明管引至堵头
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设 的 垫 是由 其 游 水 充 上 蓄 置 气 室， 在 下 高 位 水、 库 水
与岩塞、 两侧及上方岩体及其地下水围封形成的； 二 是在爆破过程中， 通过闸门井产生涌浪的水压力， 迫 使高压气体（ 气垫与爆生气体） 从岩塞口向上逸出，
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针对过去岩塞在下游不充水或集碴坑部分充水 时爆破， 不能阻止石碴进人隧洞及消除井喷现Hale Waihona Puke Baidu， 本 工程试验进行了不同形式布置方案的集碴效果， 上
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第２ 卷 第４ ３ 期
冯立孝 气垫式水下岩塞爆破的技术研究及应用
本停止， 说明通过在岩塞与集碴坑之间设置一个缓 冲气垫室， 采用闸门井高水位充水反压形成气垫减 震的技术完全消除了井喷， 消解了过去水下岩塞爆 破产生的数 １ ｍ冲天水柱和汹涌的水中冲击波。 ０ 爆后检查、 检测表明， 周边预裂半孔留痕清晰， 洞口 无岩埂、 无炮孔根底和堆积残碴 ， 闸门井门槽和上游 过渡段底板没有石碴沉积， 近区建筑物或构筑物安 然无恙， 削坡整形符合设计要求。经过几年运 洞口 行观察， 过流平顺、 洞口 围岩稳定。实践证明气垫式 水下岩塞爆破具有减震效果好， 实施简便 ， 投资省等 优点。
收稿日 ２０ － ９ 巧‘ 期： ６ ０ 一 ０
上库进／ 出水口 水下岩塞爆破， １ 个工程成功 共有 ５ 地在深水中建成进水口， 其中此前的少数发电引水 工程采用堵塞集碴爆破方式， 爆破时存在库内水气 浪大、 井井喷严重、 闸门 爆破震动及巨大的动水冲击 力对附近建筑物产生了不同程度的破坏等缺陷。因 此， 控制爆震影响是水下岩塞爆破设计研究的关键
摘 要： 响洪甸抽水蓄能电站的上库输水口 采用水下岩塞爆破施工， 为确保工程安全并减小水能损失， 运 用气垫缓冲新技术， 克服了国内 过去集碴岩塞爆破所存在的爆破动水冲击力过大、 发生井喷及石碴堆积到集
碴坑下游洞内等问题， 标志着在洞口 成型、 消除井喷、 聚碴和爆破震动影响等控制技术取得突破性进展， 侧重 阐述爆破型式及气垫减震的革新成果。 关键词： 水下岩塞爆破； 气垫减震； 梯形集碴坑； 井喷； 钻爆方案 中图分类号： Ｔ ５２４ 文献标识码： Ａ Ｖ ． ４
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２ 响洪甸岩塞爆破
２１ 工程特性与爆破型式 ． 响洪甸水库是 １５ 年建成的多年调节水库， ９８ 总
库容２． 亿厅， ６３ ２ 大坝为高８． ｍ硅重力坝， ７５ 死水 位１ ． 不允许也无再降低水位的条件。 ０ ０ ０ ｍ ， 扩建 抽水蓄能电 站利用响洪甸水库为上库， 其进／ 出水口
约１ ３ ３ｍ ５ 。 ０
由于上游输水洞的闸门井底板及其前后段洞底 处于正常水位以下５． ｍ 爆破后深水下极难再进 ９０ ， 行清碴及硷衬砌等补救措施， 因此必须严控出现震 害， 并设法杜绝石碴进人隧洞及闸门井发生井喷现 象。同时， 蓄能电站有双向水头损失和运行安全问 题， 要求爆破洞口 成型要好、 碴坑内 堆碴面平顺且集 碴稳定。为达此 目的， 本工程在大量的分析计算及 模型、 模拟试验论证后 ， 在国内首次采用高水位充 水、 形成缓冲气垫、 梯形集碴坑、 双层非对称药室加 排孔的岩塞爆破型式， 实施方案布局见图ｔ ｏ
图１ 响洪甸上库进／ 水口 出 岩塞爆破剖面图
２２ 下游充水爆破与石碴分布 ． 闸门井和集碴坑下游高水位充水的目的： 一是 在起爆前确保岩塞底部形成缓冲气垫， 集碴坑上方
避免在闸门井口发生气爆而破坏建筑物； 三是利用 水介质的阻尼作用限制堆碴范围并控制堆碴形态； 四 是利用气、 水介质削减爆破能量， 减小爆破震动影
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试脸推洲集班分布曲晚 实侧集破坑右侧堆自形奋纵例面图
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第２ 卷 第４ ３ 期 ２０ 年 １ 月 ０６ ２
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文章编号：０一８ （ ０） ０ ６ ０ １ １ ４ Ｘ ６０一０ 一５ ０ ７２ ４ ６ ０
气垫式水下岩塞爆破的技术研究及应用
冯孝 立
（ 安徽省水利水电 勘测设计院， ２０２） 合肥 ３０２
１
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水下岩塞爆破是水利水电领域资源开发利用和 防洪、 减灾工程中的一项重要施工技术， 主要应用于 已建水库或湖泊， 在不放空水库（ 即不影响工程效 益） 或不修筑围堰的条件下， 经济安全地修建各类 隧洞水道的进／ 出水口。我国自 上世纪７ 年代初开 ０ 始应用水下岩塞爆破技术， 到响洪甸抽水蓄能电站