某引水工程取水口巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

許晗

（遼寧省水資源管理集團(tuán)，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

隨著我國(guó)水利工程事業(yè)的發(fā)展及水資源的區(qū)域平衡要求，引調(diào)水工程越來越多，引調(diào)水工程取水口形式普遍采用巖塞形式，因此巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵。某重點(diǎn)輸水工程，其取水口首部巖塞部位位于水源地水庫庫內(nèi)一“U”形河谷的右側(cè)山體中。設(shè)計(jì)巖塞開口中心點(diǎn)高程278.00m，水源地水庫死水位為281.48m。巖塞部位邊坡總體走向NE25°，高程288.00m以上為一陡崖，平均坡度約為55°，局部大于60°，其下為高約1.1m的倒坡，巖塞口及其下方從地形上看山坡變緩，坡度30°左右。庫水位318.00m以上山體植被發(fā)育，以松樹、楊樹及低矮灌木為主。

由于取水首部巖塞爆破對(duì)于整個(gè)輸水工程的重要程度，因此必須保證巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)妥。

2 巖塞工程地質(zhì)條件及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 地質(zhì)條件

巖塞體及周邊巖體巖性為侏羅系林子頭組酸性熔巖，強(qiáng)風(fēng)化巖飽和抗壓強(qiáng)度28MPa，屬較軟巖，巖體一般較破碎，多呈碎裂結(jié)構(gòu)；弱風(fēng)化巖飽和抗壓強(qiáng)度55MPa，屬中硬巖，巖體一般完整性差，多呈鑲嵌結(jié)構(gòu)。

高程288.00～318.00m范圍內(nèi)山坡坡面較陡，僅局部覆蓋少量崩坡積碎石，厚1.00m左右；高程288.00～269.00m范圍內(nèi)山坡坡度較緩，覆蓋層厚1.50～4.20m，呈上薄下厚狀，主要為坡積碎石土，但其組成物質(zhì)隨厚度的變化而變化，表現(xiàn)在黏土含量逐漸增多，同時(shí)碎石粒徑逐漸變小。

前期勘察鉆孔和巖塞體導(dǎo)向孔揭露兩處構(gòu)造破碎帶，其中一條規(guī)模相對(duì)較大，寬3.00m左右，主要由構(gòu)造片巖及碎塊巖組成，于鎖口段揭露，走向75°～85°，傾向NW（局部可能傾向SE），角度變化較大，為30°～70°，總體上呈一上陡下緩的不規(guī)則彎曲面，該構(gòu)造總體上傾向坡外，但與邊坡走向夾角在50°以上，屬大角度相交，對(duì)自然邊坡的穩(wěn)定性影響較??；另一條構(gòu)造破碎帶寬0.5m左右，為規(guī)模相對(duì)較大構(gòu)造破碎帶的一個(gè)分支，延伸長(zhǎng)度較小，對(duì)巖塞體穩(wěn)定影響不大。

2.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1）邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)

288.00 m高程以上坡度50°～60°，屬峻坡，基巖直接出露，多弱風(fēng)化狀。按照規(guī)范分別采用邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)及赤平投影等方法，總體評(píng)價(jià)結(jié)論為自然邊坡基本穩(wěn)定，邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)為Ⅲ級(jí)，無控制邊坡整體失穩(wěn)的不利因素，局部存在沿節(jié)理不利組合發(fā)生楔形體掉塊的可能。

2）巖塞口上邊墻穩(wěn)定性

采用赤平投影方法可得出，上邊墻巖體所發(fā)育節(jié)理組合多形成“X”型組合體，是形成楔形體的基本因素，易發(fā)生掉塊。對(duì)于巖塞周邊巖體，現(xiàn)已完成超前固結(jié)灌漿，對(duì)巖體的強(qiáng)度及完整性均有很大的提高，故巖塞爆破后，其上邊墻巖體的穩(wěn)定性是可以保證的，但爆破對(duì)局部楔形體的穩(wěn)定還是有影響的。

3 水庫特征水位及巖塞爆破庫水位確定

水源地水庫特性表見表1，多年平均運(yùn)行水位統(tǒng)計(jì)成果表見表2。

表1 水源地水庫特性表

表22009 —2015年水源地水庫平均運(yùn)行水位統(tǒng)計(jì)成果表 m

根據(jù)水源地水庫汛期起調(diào)水位可知：2018年8月21—31日，水位在301.60～313.30m進(jìn)行過渡；9月1—22日，控制運(yùn)行水位在313.30m以下。根據(jù)施工進(jìn)度安排，2018年9月30日進(jìn)行爆破，按正常調(diào)度推斷庫水位為313.30～318.75m。

4 巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

檢修豎井上游為進(jìn)口段工程，主要建筑物包括進(jìn)口巖塞爆破段、集渣坑、有壓隧洞、檢修豎井、封堵體、施工支洞等。進(jìn)口段長(zhǎng)4376.00m，檢修豎井高度為81.12m，檢修層長(zhǎng)14.50m，寬13.78m；檢修豎井設(shè)有進(jìn)口檢修閘門、出口事故閘門及其頂部的啟閉機(jī)電設(shè)備；1號(hào)施工支洞投影長(zhǎng)度為714.00m。

巖塞爆破段長(zhǎng)176.76m，范圍為樁號(hào)0-176.76～0+000.00m，包括巖塞口、鎖口段、集渣坑段及其后的隧洞連接段。巖塞體設(shè)計(jì)厚度（中心線）為11.80m，進(jìn)水口中心線高程為278.00m，巖塞開口斷面為爆破漏斗形（倒圓臺(tái)形），由上口內(nèi)徑14.02m漸變至下口內(nèi)徑7.55m，巖塞中心線傾角為55°。集渣坑斷面為城門洞形，設(shè)計(jì)石渣松散系數(shù)采用1.6，渣坑的有效利用系數(shù)采用0.65，爆破方量的不確定系數(shù)采用1.15，集渣坑底邊長(zhǎng)44.00m，寬度為7.30m。巖塞爆破段包括鎖口段、集渣坑段及其后長(zhǎng)116.42m的連接隧洞段，混凝土襯砌厚度為0.80m，混凝土的性能指標(biāo)為Ca35W12DF60。

集渣坑最大高度為19.60m，為圓拱直墻型，圓拱部分開挖半徑為4.60m，成洞半徑為3.65m，直墻部分成洞高度為15.035～15.910m，集渣坑容量約為3800m3，巖塞部位一次爆破方量為1163m3，巖塞爆破松方為1861m3（松散系數(shù)按1.6考慮），集渣坑容量完全滿足要求。

1號(hào)支洞上游隧洞總長(zhǎng)度為3.5km，進(jìn)行隧洞開挖及巖塞體鉆孔時(shí)，隧洞內(nèi)空氣質(zhì)量差，為了解決巖塞爆破前隧洞空氣質(zhì)量問題，確保施工安全，在集渣坑部位樁號(hào)G0-123.334m設(shè)置通風(fēng)豎井。圓形結(jié)構(gòu)，直徑D=1.20m，地面高程為321.00m，底高程為267.85m，深度為53.10m。通風(fēng)豎井四周共布設(shè)4個(gè)直徑56mm的灌漿孔，進(jìn)口部位設(shè)置高度為2.50m鎖口擋墻，底部設(shè)置高度為3.00m鋼管鎖口。通風(fēng)豎井剖面圖和平面布置圖見圖1。

圖1 通風(fēng)豎井剖面圖和平面布置圖

檢修豎井布置在距離取水口4.3km的砬子溝內(nèi)，山頂?shù)孛娓叱?42.00m，斷面為矩形。檢修豎井地下部分分為2層，下層為閘門井，底高程260.88m，上層為檢修層，底高程329.00m。啟閉機(jī)室底高程為342.00m。檢修豎井從上游至下游依次布置檢修閘門門槽和事故閘門門槽，總長(zhǎng)12.78m，閘門井總寬11.60m。下游側(cè)布置5個(gè)φ500排氣孔。

按照爆破期間庫水位為313.00m控制，根據(jù)水工模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行插值分析，檢修豎井涌浪水位高程為325.80m，并未超過檢修層底板高程。

該項(xiàng)目巖塞爆破采用中心掏槽、圓周擴(kuò)展、光面成型的全排孔爆破設(shè)計(jì)方案，具有單段裝藥量小、爆破成型好，對(duì)周邊建筑物爆破振動(dòng)小、施工相對(duì)安全等優(yōu)點(diǎn)，爆破網(wǎng)路采用可靠的復(fù)式起爆網(wǎng)路。巖塞爆破前，鉆孔利用巖塞體進(jìn)行擋水，爆破過程中，利用豎井內(nèi)的檢修閘門進(jìn)行擋水，其中，通風(fēng)豎井、1號(hào)支洞為巖塞爆破的調(diào)壓建筑物，起到爆破消能作用。

5 結(jié)語

巖塞爆破消能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)巖塞爆破起到技術(shù)性支撐作用，采用通風(fēng)豎井和長(zhǎng)距離進(jìn)口段作為巖塞爆破消能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，起爆后水面未見明顯鼓包，實(shí)現(xiàn)了敏感水域無明顯反應(yīng)的爆破效果，有效地將爆破有害效應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，為類似工程提供了較好的參考作用。