摘 要

设计根据五强溪水电站扩机工程引水系统工程布置特点和地质条件，针对引水隧洞开挖和进水口围堰及岩坎爆破拆除技术要求，对工程施工重点和难点进行了分析。根据扩机工程引水隧洞规格与其所处地质条件，采用上下台阶的分区开挖方法，对各区开挖进行了详细的爆破参数设计，对施工支洞进行了全断面法开挖爆破设计；通过对围堰及岩坎爆破拆除方案的比较，采用了分区、预拆除、堰内充水的爆破方案，对该方案进行了详细的爆破参数、起爆网路设计和爆破安全控制标准的校核。对爆破施工进行了安全监测方案设计。

关键词：扩机工程；爆破；引水隧道；围堰；岩坎拆除；安全监测

Abstract

According to the layout characteristics and geological conditions of the water diversion system of the expansion project of Wuqiangxi Hydropower Station, the key points and difficulties of the project construction are analyzed according to the technical requirements of the excavation of the water diversion tunnel and the demolition of the cofferdam and rock sill by blasting. According to the specifications of the diversion tunnel of the expansion project and its geological conditions, the blasting parameters of each excavation area are designed in detail, and the full section blasting design of the construction adit is carried out by using the method of upper and lower bench excavation. Through the comparison of the blasting demolition plans of the cofferdam and rock bank, the blasting plans of zoning, pre demolition and water filling in the weir are adopted to carry out this plan The detailed blasting parameters, the design of blasting network and the verification of blasting safety control standards are presented. The safety monitoring scheme of blasting construction is designed.

Key Words：Expansion engineering; blasting; diversion tunnel; cofferdam; rock sill removal; safety monitoring

目录

第一章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 设计内容与拟采用方案 2

第二章 工程概况 4

2.1 工程简介 4

2.2 水文气象及工程地质条件 5

2.2.1 水文气象 5

2.2.2 工程地质 6

2.3 设计说明 6

第三章 引水隧洞爆破设计 9

3.1 开挖方案 9

3.2 爆破器材 10

3.3 Ⅲ级围岩段隧洞爆破设计 10

3.3.1 爆破参数 10

3.3.2 炮孔布置及爆破参数表 14

3.3.3 爆破网路及起爆 18

3.3.4 引水隧洞施工进度安排 18

3.4 Ⅲ级围岩段施工支洞爆破设计 19

3.4.1 爆破参数 19

3.4.2 炮孔布置与爆破参数表 21

3.4.3 爆破网路及起爆 22

3.4.4 施工支洞施工进度安排 22

第四章 进水口围堰爆破拆除设计 24

4.1 围堰爆破拆除概况 24

4.2 围堰爆破拆除总体方案 25

4.3 Ⅰ区混凝土围堰爆破拆除设计 27

4.3.1 爆破方案选取 27

4.3.2 爆破参数选定 27

4.3.3 起爆网络 29

4.4 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区预留岩坎爆破拆除设计 29

4.4.1 预留岩坎爆破拆除方案 29

4.4.2 Ⅱ区爆破参数确定 30

4.4.3 Ⅳ区爆破参数确定 33

4.4.4 Ⅲ区爆破参数确定 36

4.4.5 起爆网络设计 40

4.4.6 爆破安全控制与防护 40

第五章 施工安全监测 43

5.1 隧洞施工安全监测 43

5.1.1 隧洞变形监测 43

5.1.2 隧洞沉降监测 45

5.2 岩坎爆破振动监测设计 46

5.2.1 监测内容与方法 47

5.2.2 仪器选取 47

5.2.3 测点布置 48

参考文献 50

致谢 53

第一章 绪论

1.1 国内外研究现状

伴随着科技的进步以及经济的快速发展，许多已有水电站对水力资源的利用程度相对落后，在这种情况下，扩机工程建设成为许多水电站改善对水力资源利用的一种途径。水电站的扩机工程是在不影响其原电站正常工作的条件下，通过人工开挖新的水道，并在之基础上设立水力发电系统来提高水电站对水力的利用效率的一种工程。引水系统作为水电站扩机工程的一个重要组成部分，是本文需要进行探讨与设计的对象。

扩机工程的引水系统一般由进水口、引水隧洞、调压室和压力管道等水工结构组成。纵观国内外众多扩机工程引水系统的设计施工，引水隧洞施工和进水口围堰及岩坎的拆除等是引水系统的设计施工重点和难点。

引水隧洞的开挖是扩机工程的难点之一。由于各个工程所处的地质条件的不同和设计要点的偏差,不同的工程为保证施工的质量和安全，需要选择对应的开挖方式。在众多隧洞的方法之中，钻爆法和盾构法是引水隧洞最为常用的两种的开挖施工技术。钻爆法因为其对各种地质条件的强适应性与其开挖成本相对其他方法较低等特点，是目前国内外最为常用的隧洞开挖方法。同时，钻爆法针对不同的地址与工程条件时，往往采用不尽相同的开挖方法。其中，在开挖截面大时，台阶开挖法与分部开挖法由于能很好的减少单次爆破药量与规模，成为了合适的方法。钻爆法中的全断面开挖法由于其对周围地质条件影响小的优点被广泛使用，是中小规模隧洞爆破开挖的不二之选。另外，在采用钻爆法对扩机工程引水隧道进行开挖时，除了要考虑地质条件、隧道形状与规模等因素外，还要考虑其对原水库的影响，例如爆破对大坝防渗帷幕等保护对象的扰动。一些工程在进行爆破方案的设计时，根据地质条件和隧道到一些保护对象的距离将隧道分段，在不同区段调整和校核爆破的各项数据来减小产生的扰动，以达到工程的要求。此外，对于一些具有技术难度高、埋深大、洞线长以及沿线地质灾害突出等特点的引水隧洞，快速安全的TBM施工方法是一个很好的选择^[1]。

进水口围堰的拆除是扩机工程引水系统施工面临的又一难题。对于国内外扩机工程常采用的预留岩坎 围堰的进水口围堰，其拆除的一般步骤包括上方子堰拆除、预留岩坎的降高削薄和最后挡水断面岩坎一次性爆除三个阶段。在最后挡水断面岩坎爆破拆除前需要测量岩坎迎水面水下边坡地形，以确定施工期间下库石渣堆积形态和具体方量，为爆破参数设计和水下清渣提供依据。子堰爆破拆除时，表面应采取覆盖铁丝网和沙袋等防护措施，防止飞石对进水口建筑物及大坝等的影响。岩坎削薄一般在岩坎内侧进行，这部分工程的目的是在保证岩坎稳定性的前提下，尽量使保留的岩坎体积最小。为保证削薄施工期间剩余岩坎的稳定性，一般会在削薄边界上采取预裂爆破或者光面爆破的方式，然后在预裂缝的保护下将削薄区域爆除。削薄后的剩余挡水岩坎必须一次性成功拆除，这一区域的爆除也是整个进水口围堰爆破拆除的关键。新建进水口闸门一般距离部分预留岩坎十分近，在对围堰的爆破拆除方案进行设计时，应通过减少单次药量等爆破措施并采取相应防护措施控制并保证爆破产生的水击波以及爆破飞石对进水口混凝土结构、检修门、拦污栅的影响在允许范围内。在进水口拦污栅和闸墩外设置刚柔结合的防护结构是一种常用的防护措施，它既可以防止水击波对闸门的冲击破坏，同时也可起到防止围堰顶部滚石对闸门、闸墩的损害。一般爆破工程主要通过爆体覆盖和遮挡与覆盖被保护对象两个途径减小爆破飞石的危害^[2]。爆破产生的爆破飞石对原电厂、坝和扩机工程进水口建筑物及检修门、拦污栅等的影响在规定范围内是爆破设计应该考虑并保证的。