柘林水电站扩建工程位于江西省北部,鄱阳湖以西的柘林镇,地处修河中游末端。柘林水电站水库总库容79.2亿m3,是我国最长的粘土心墙坝(总长590.75m)。
扩建工程在原柘林水电站泄洪(兼放空)洞北侧,水工建筑物由引水系统(引水明渠、进水口、二条引水隧洞)和厂区系统(地面厂房、开关站、尾水渠)组成。装机二台单机容量120MW,扩建后该电站总装机容量达420MW.两台机组分别于2001年12月和2002年5月并网发电。新厂房布置在古滑坡体地基山上,紧靠老电站厂房和老开关站。进水口布置毗邻宽仅30余m的“80山包”,它实际上起着挡水坝的作用,并且“80山包”底部被F65、F67两条大断层切割成棱体,扩建工程中的两条引水隧洞从此构造棱体的底部穿过。新开关站紧靠老开关站布置。
扩建工程施工期,原电站仍需承担江西电网的调峰任务,要求保证其正常运行发电。大坝系统和泄洪系统仍按原设计、校核洪水标准拦蓄和宣泄洪水。施工期有正常航运、过木和供水要求。因此,控制爆破的成功与否,关系到整个扩建工程的成败。
2施工特性
扩建工程土石方开挖总量为219.7万m3,主体工程开挖项目有:引水明渠、进水口、引水隧洞、地面厂房、尾水渠、开关站等。各部位开挖工程量见表1.
该工程地质条件复杂,“80山包”为一单薄的柘林水库挡水山体,山体厚度约30 m,风化严重,其间受F65、F67两断层横向切割组成一构造棱体,成倒三角形,体积近12万m3,它的稳定直接关系到水库的安全。因此,在进水口、厂房实施开挖爆破时,必须严格控制爆破振动对“80山包”及构造棱体产生的不利影响。此外,由于本扩建工程厂区系统开挖距原枢纽建筑物较近,并穿插其中,而施工过程中要求爆破开挖不影响原建筑物的安全,保证电厂正常发电,开挖量大、爆破频繁。
3爆破试验
爆破试验的目的是为了观测爆破开挖对“80山包”、原电站建筑物及正在运行的机电设备的影响,确定爆破参数,提供参考的施工经验公式。
爆破地震波在岩体内的传播规律,质点振动速度的衰减特性可用下式来拟合:
式中:Q——单响药量(kg)
R——测点至爆心的直线距离(m)
V——为质点振动速度峰值(cm/s)
K,α——反映爆破方式与地质条件等综合影响的回归待定统计系数。
进水口爆破开挖,对“80山包”沿地面传播一般的规律,共进行了6次爆破试验。厂房段开挖爆破,对原厂房、开关站、继保室沿地面传播一般的规律,共进行了8次爆破试验。对进水EL106m以上梯段开挖爆破(孔径Φ110mm)拟合的K值为36.2,α值为1.469;对进水EL106m以下梯段开挖爆破(孔径Φ70mm)拟合的K值为20.3,α值为1.35;对厂区EL40m以上梯段开挖爆破(孔径Φ110mm)拟合的K值为98.23,α值为1.97;对厂区EL40m以下梯段开挖爆破(孔径Φ70mm)拟合的K值为23.1,α值为1.413.
根据建(构)筑物所允许的安全控制标准,由爆破振动衰减规律公式得允许最大单响药量,从而对单响药量控制。其单响药量计算公式为:
表1各部位开挖工程量表
开挖部位 | 土石方(万m3) | 岩石岩性 | |
引水系统 | 引水明渠 | 51.568 | Zbd硅质泥灰岩、Zbp冰碛岩、Zad6中粗粒砂岩 |
进水口 | 15.27 | Zad5粗粒砂岩、少量Zad6中粗粒砂岩 | |
引水隧洞 | 3.979 | Zad6厚层长石石英砂岩、Zad6中细砂岩、Zad6中粗粒砂岩 | |
厂区系统 | 排水洞 | 0.23 | |
尾水渠 | 35.772 | Zad6中粗粒砂岩、Zad6中粗粒砂岩、Zad6中粗粒砂岩、ptba泥质板岩 | |
开关站 | 10.306 | ptba泥质板岩 | |
厂房边坡 | 97.425 | ||
其它 | 0.176 | ||
围堰 | 1.521 |
爆区 | 需保护建(构)筑物 | 直线距离(m) |
引水渠进水口 | 拦河大坝 泄洪(兼放空)洞进口 “80山包”棱体及原防渗帷幕 |
280 120 50 |
厂房 | 拦河大坝 泄洪(兼放空)洞进口 “80山包”棱体 原防渗帷幕 原厂房 原开关站 |
50 50 40 100 110 100 |
尾水渠 | 原厂房 原开关站 泄洪(兼放空)洞 |
50 0 0 |
开关站 | 原开关站 | 0 |
引水隧洞 | 泄洪(兼放空)洞及“80山包”棱体 | 150 |
表3部份国内外工程实际采用的允许振速表
序号 | 电站名称 | V/(cm/s) | 建(构)筑物 |
1 | 天生桥二级厂房开挖 | 10 4 |
边坡坡角 滑坡体 |
2 | 北京官厅水库溢流道扩建 | 4 5~6 |
房屋 土坝 |
3 | 青铜峡唐渠电站 | 2 0.5 1 |
开关站 中控室 电机层 |
4 | 八盘峡扩机 | 1.5 9.5 10 2.5 |
中控室 帷幕灌浆 大体积混凝土 闸门 |
5 | 三门峡 | 0.5 0.5 |
发电机楼板 机组运行时 |
6 | 江垭水电站 | 1.5 | 帷幕灌浆 |
7 | 西班牙维拉卡水电站 | 1.6 3 5 |
水轮机 闸门、闸墩 隧洞 |