耿 峻
（中国长江三峡工程开发总公司，湖北宜昌）
摘 要：长江三峡工程三期上游碾压混凝土围堰采用“围堰中段380m预置药室（孔）倾倒爆破与两端深孔爆破相结合”的爆破拆除方案，本文主要对预置集中药室定向倾倒爆破模型试验、爆破参数与起爆网路设计、实施效果等情况进行阐述。
关键词：三峡工程， RCC围堰，集中药室，围堰拆除，爆破参数设计
1 工程概况
长江三峡工程三期上游碾压混凝土围堰平行于大坝布置，横向围堰轴线位于大坝轴线上游114m，其右侧与右岸山体相接，左侧与混凝土纵向围堰相连。横向围堰轴线总长546.5m：从右至左分为右岸坡段（2号～5号堰块，长106.5m）、河床段（6号～15号堰块，长380m）和左接头段(长60m)。
三期碾压混凝土围堰为重力式结构型式。堰顶宽度8m，堰体最大高度121m。迎水面高程70m以上为垂直坡，高程70m以下为1:0.3的边坡；背水面高程130m以上为垂直坡，高程130m至50m为1:0.75的台阶边坡，其下为平台。
根据水力学模型试验成果，上游围堰2号～4号堰块不影响右岸电站江水过流条件，故不拆除。实际拆除部位包括右岸5号堰块、河床段6号～15号堰块、左连接段，具体拆除范围为：右岸5号堰块，其长度为40m，由高程140m拆除至高程110m，拆除高度为30m；河床段6号～15号堰块，其长度为380m，由高程140m拆除至高程110m，拆除高度为30m；左连接段，其长度为60m，由高程140m拆除至高程110m，其中与纵堰交界处拆除至纵堰内坡面。围堰爆破拆除总长度为480m，总拆除工程量为18.6万米。
2 围堰拆除总体爆破方案
右岸厂房坝段混凝土施工进度提前，汛期已具备了大坝挡水条件，可提前结束围堰挡水发电期，向初期运行期过渡，为此三期上游碾压混凝土围堰安排在2006年6月6日拆除。
由于左岸电站14台机组全部投产发电，大坝全线挡水运行，右岸电站厂房正在紧张施工之中，因此，要求拆除爆破施工必须确保大坝、电站厂房及其它重要设施的安全。
在前期研究、试验和专题设计的基础上，采用了“围堰中段380m预置集中药室定向倾倒爆破与两端深孔爆破相结合”的方案。
本文主要对预置集中药室定向倾倒爆破模型试验、爆破参数与起爆网路设计、实施效果等情况进行阐述。
3 集中药室定向倾倒模型试验
集中药室爆破技术通常应用于大方量的山体开挖洞室爆破中，将该技术应用于围堰拆除爆破中尚没有先例。为了研究集中药室爆破技术进行围堰定向倾倒拆除的可靠性，进行了爆破模型试验。
横向围堰1:10模型倾倒爆破试验在长江科学院前坪试验基地进行。根据围堰的结构特点，在试验水池内制作了两个高5m，长度分别为6m(1.5个堰块)、8m(2个堰块)的混凝土(标号为C30)模型，模拟EL90m以上部分围堰的拆除。
各药室均按爆破设计方案采用预置方式布置，1#、2#、3#预置药室及断裂孔采用PP-R管材料。
当围堰从90m高程浇注到101.5m高程时预置2#药室，药室间距为0.5m；当浇注到106.4m高程时预置3#药室，药室间距为0.4m；当浇注到107.5m高程时预置预制廊道；当浇注到108.7m高程时预置1#药室，药室间距为0.22m；当浇注到109.7m高程时预置断裂孔，孔间距为0.10m。由于模型试验不可能从预制廊道内装药，1#、2#、3#药室的连接管水平布置，开口均布置在围堰直立面，可通过水平连接管装药至各药室。断裂孔的开口在围堰背面，呈水平状布置。
模型试验的药室布置横剖面图、平面图分别见图3.1、3.2。制作完成的围堰模型实景见图3.3。
当预置药室内装药、联网后，即向水池内冲水，充水深度为4.5m，模拟围堰爆破拆除时的堰内外均为EL135m的水位条件。
爆破试验整体倾倒效果较好，倾倒过程、倾倒后的形态与设计预期基本一致，说明预置集中药室能形成爆破缺口，可实现围堰顺利倾倒。
4 倾倒部位爆破参数设计
4.1 倾倒爆破设计条件
4.1.1倾倒空间
根据水下实测地形：在围堰轴线上游70m范围内，正对15号堰块上游面的水下地形高程在62m～73m；正对14号～7号堰块上游面的水下地形高程在62m～64m；正对6号堰块上游面的水下地形高程在64m～95m。
从需拆除的110m高程算起，15号堰块、14号～7号堰块、6号堰块的上游倾倒空间（高度）分别有37m、46m、15m。而堰块倾倒后所需的最大高度为30m，因此15号～7号堰块具有足够的倾倒空间，但6号堰块完全倾倒的空间不够，因此，15号～7号堰块采用完全倾倒爆破方案，而6号堰块采用预置药室倾倒与钻孔炸碎相结合的爆破方案。
4.1.2倾倒部分堰体重心
横向围堰从高程140m拆除到高程110m，拆除高度为30m，堰体横断面110m处的底宽为23m，倾倒部分堰体的横断面面积为390m2；重心位置:距上游面7.5m，高程121.8m。
4.1.3药室（孔）布置
在围堰的修建过程中，已经考虑到将来拆除的需要，按设计要求预置了1号、2号、3号药室及断裂孔，1号药室位置：高程108.7m、离上游面2.2m，药室间距2.2m；2号药室位置：高程101.5m、离上游面6.0m，药室间距5.0m；3号药室位置：高程106.4m、离上游面10.5m，药室间距4.0m；在装药廊道下游侧堰体内高程109.7m预置一排断裂孔，孔间距1.0m。预置药室及断裂孔布置横剖面图见图4.1。
实际预置药室数量与设计完全一致，共预置药室354个，其中：1号药室178个、2号药室78、3号药室98；断裂孔预置了376个。
4.1.4水位条件
围堰爆破时，要求堰外水位降至135m高程，堰内水位充至139m高程，利用堰内外水头差，形成围堰向上游方向的倾覆力矩，增加一个围堰向上游方向倾倒的可靠度。
4.2爆破参数设计
4.2.1预置药室爆破参数设计
标准抛掷单耗计算公式为：
K＝0.4＋(γ/2450)2
式中：γ为爆破介质容重，kg/m3。
药室药量计算公式为：
Q＝eKd(K＋HCa)W3f(n)
式中：e为炸药换算系数；Kd为双向作用系数；K为水上标准抛掷单耗，kg/m3；H为水深，m；Ca为水深影响系数；W为最小抵抗线，m；f(n)为爆破作用指数函数；n为爆破作用指数。
各药室药量计算结果见表4.1。
根据药室布置特点，药室内全部采用装药车装混装炸药。1号药室水平装药孔堵塞长2.2m；2号药室垂直装药孔堵塞长5.5m；3号药室水平装药孔堵塞长3.3m。
4.2.2切割孔爆破参数设计
根据模型试验成果，需将6号～15号堰块分割成单个堰块依次倾倒，以减小整体倾倒带来的触地震动。
在6号～14号堰块间每个横缝面左侧0.5m处布置1列切割孔，每列布置23个孔，共布置8列计184个孔。切割孔的孔径为91mm，孔距为0.85～0.9m。
切割孔孔底距断裂孔正常装药段的距离为1m，即该部位的切割孔孔底高程为110.7m，其余部位的切割孔孔底高程为111.5m。切割孔内装成品药卷，正常装药段的线装药密度q线＝1.0kg/m，采用φ35mm成品药卷；孔底部加强为 4.2kg/m，采用φ70mm成品药卷；根据孔深不同，加强段长1.6～3.2m；每个切割孔内装1发数码雷管，堵塞长度为1.5～2.0m；堵塞段以下2m局部减弱为0.5kg/m。
4.2.3断裂孔爆破参数设计
断裂孔线装药密度按常规预裂爆破线装药密度的4倍来进行装药，其目的是保证上部倾倒堰体与下部堰体彻底分离。经计算断裂孔线装药密度为1.5kg/m。断裂孔底部3m加强装药，线装药密度为6.0kg/m（采用φ80mm成品药卷），保证该部位的混凝土充分炸碎，以形成倾倒支点。同时为防止相邻段发生殉爆，相邻段的断裂孔底部线装药密度调整为2.0kg/m（采用φ35mm成品药卷）。
5 起爆网路设计
5.1 网路设计总体思路
整个爆区爆破网路由三个子网路组成：①左连接段深孔爆破网路；②15号～6号堰块倾倒爆破网路；③6号～5号深孔爆破网路。
其中15～6号堰块倾倒起爆顺序：从15号堰块向6号堰块依次起爆。
各堰块垂直堰轴线向的起爆次序为：1号药室→2号药室→上、下游排水孔→3号药室→下游水平断裂孔→单元间切割孔。
1号药室4～6个为一段， 2号药室1个为一段， 3号药室2个为一段。倾倒爆破最大单段起爆药量为690kg。从第15号堰块至第6号堰块以每个堰块为倾倒单元依次爆破（其中第15号堰块和第14号堰块为一个倾倒单元）。
5.2 雷管选择
所有炮孔及预置药室均采用目前世界上最先进的数码雷管（见图5.1），数码雷管延时可在0～15000ms范围内按要求设置。每个1号、2号、3号预置药室及深孔均装2发数码雷管，其余孔装1发数码雷管。
5.3 时差选择
相邻的1号药室段间、相邻的2号药室间、相邻的3号药室段间以及断裂孔段间、切割孔段间时差均为68ms。2号药室迟后于相邻的1号药室间的时差为765ms； 3号药室迟后于相邻的2号药室间的时差为357ms；断裂孔迟于相邻的3号药室短间时差为17ms。排水孔辅助装药在相邻的2号药室之后9ms起爆。整个爆破网路总延时12888ms、总段数961段。
5.4网路联接
各药室（孔）装药时，在数码雷管脚线端部贴上标签药，标签上标明室（孔）的编号及对应的设计延期时间，并将数码雷管身份证号（ID编码）进行一对一的登记造册。
廊道内对应的5个2号药室范围内的数码雷管集中为一束，从廊道内排水孔牵引至堰顶；切割孔、断裂孔内的数码雷管也分别集中至堰顶。
每120～180发数码雷管为一组，用一个LOGGER数码雷管控制器。LOGGER控制器可逐一输入数码雷管位置编号和对应的延期时间，在数码雷管延期时间设定后，通过LOGGER控制器对起爆网路的数码雷管位置编号、身份编码、延期时间等信息进行检查。然后将各LOGGER数码雷管控制器用导线联接到数码雷管专用起爆器中，并进行网路的整体导通检测。
6．爆破方案的实施
2006年5月27日正式开始装药，至6月2日装药结束，共装炸药191.3吨，其中现场混制高威力乳化炸药152.7吨；共使用数码雷管2506发。
廊道内的药室及排水孔炮孔的装药，由装药车在堰顶通过30余米的装药管长距离输送至廊道，再经装药器二次加压后装入；其余深孔由装药车在堰顶通过装药管直接装入。卷状炸药采用人工直接送入炮孔。
断裂孔、切割孔的装药，采用将药卷和导爆索绑在竹片上的方法送入炮孔。所有导爆索按设计长度直接由厂家生产，两端做了严格的防水处理，施工中不允许切断。药室及炮孔堵塞采用研制的新型专用微膨胀堵塞材料进行。
装药结束后，堰内水位充水至139.5m高程，比堰外水位135.0m高出4.5m。
左连接段装药结束后，堰顶用两层沙袋进行覆盖防护；5号、6号堰块用沙袋、钢丝网、胶皮带等进行复合防护覆盖。防止爆破飞石对周围环境造成危害。
7．爆破效果
2006年6月6日16时，三峡三期RCC围堰按预定时间起爆。起爆瞬间，左连接段炸碎部分的炮孔首先起爆，并激起较大的水柱；起爆后第3s开始，在堰前有一道水波从15号堰块迅速向6号堰块方向传播，这是各堰块内的1号药室按设计起爆顺序首先爆破在水面留下的传爆轨迹；同时还看到在堰顶有一排水柱从左岸向右岸依次窜出，这是由于各堰块内1号药室依次爆炸产生的高压气体迫使廊道内的水体沿排水孔泄出产生的效果。当布置在两堰块间的切割孔按约0.9s的时间间隔依次起爆时，被切割的堰块也按设计起爆顺序依次向上游方向倾倒，同时产生涌浪。当5号堰块从右岸向左岸反向传爆时，右岸炸碎部分激起巨大水柱，一时间水柱及倾倒激起的水浪，一起向上下游方向传播。
通过布置在大坝、基础帷幕灌浆区、左岸电厂中控室等关键部位的监测资料表明：实测爆破产生的振动值均小于安全允许控制标准，尤其是堰块在过程中产生的触地振动远小于事前预计值；虽然在闸门前实测到的水击波比预期值稍大，但在闸门上测到的动应变却远小于控制标准；实测最大涌浪爬高为3.8m，与爆前预测值基本一致。
经水下爆后地形测量，爆破缺口形成较好，符合设计意图；各堰块全部倾倒在堰前上游，并陷入在堰前淤泥中；围堰爆后110m高程基本平整，局部位置残留有部分混凝土块。防护措施有效地控制了爆破飞石的飞出。
8．结语
三期RCC横向围堰拆除长度达480m，拆除高度达30m，炸药埋置位置最大水深达35m，拆除方量达18.6万立方米，其爆破拆除工程量、难度之大，应为目前世界围堰拆除史上第一；一次起爆分段为961段，起爆时间长达12.888s，是目前国内外一次爆破分段数的最高纪录。在围堰施工时就考虑如何拆除，把将来的围堰爆破拆除施工方案溶入到围堰的施工建设中，预置了爆破所需的药室和炮孔，减少了围堰爆破拆除的施工难度和工作量，是围堰拆除理念的创新。以往的围堰拆除大多采用钻孔爆破炸碎法，而三期RCC围堰充分利用堰前的临空条件，采用预置集中药室爆破倾倒方案，在围堰拆除工程中是一大创新。
参考文献
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