三峽三期RCC圍堰拆除的幕后故事

　　本網(wǎng)記者王媛華

　　三峽三期RCC圍堰拆除，經(jīng)過了事前設計和反復論證及模型試驗的漫長過程。時間跨度長達5至6年，其拆除方案敲定的背后發(fā)生了許多不為人知的故事，作者從長委設計院和科學院的一些資料中獲悉這一過程，特編輯成文，以饗讀者。

　　三峽RCC圍堰爆破規(guī)模、總裝藥量、爆破難度和重要性世界上沒有先例。又因為拆除工程量大、工期緊，拆除堰體絕大部分處于水下。這座圍堰還未開澆時，它的拆除就引起了各方面專家的高度關注。為確保RCC圍堰拆除一炮成功，三峽總公司在圍堰澆筑之前委托長委科學院、中國科學院力學研究所等單位對其拆除爆破方案進行了及早研究。研究結(jié)論推薦采用爆破傾倒方案拆除。2002年三峽總公司工程建設部又組織專家對研究成果進行了審查，同意對三峽三期RCC圍堰已建部分（右岸坡段、上縱堰內(nèi)段和左連接段）采取鉆孔爆破、對未建部分（河床段）利用預埋藥室傾倒爆破的拆除方式進行，并決定采用長委科學院推薦的以三個集中藥室為主的爆破方案。

　　2003年，RCC圍堰在澆筑時按長委科學院的設計拆除方案預留了爆破藥室和斷裂孔。2004年，為了提高傾倒爆破的可靠性，三峽總公司再次委托長委科學院對RCC圍堰橫向圍堰傾倒爆破拆除方案進行試驗研究。研究內(nèi)容包括爆破器材及起爆網(wǎng)絡可靠性試驗、爆破地震效應研究、定向傾倒可能性及觸地震動研究等。

　　2005年5月至11月，為驗證設計拆除方案的可靠性，長委科學院在南津關前坪試驗基地先后進行了1∶100和1∶10圍堰模型傾倒爆破試驗，并在專家會診后得出了試驗成果。1∶100的模型試驗是為了測出采用定向傾倒方案炸掉這樣一座原型高度為35米，長度為380米，總混凝土方量為14.82萬立方米的圍堰傾倒的可靠性及涌浪高度和觸地震動強度及對周圍環(huán)境和需保護物的影響。試驗分無水和有水進行。

　　圖為1∶10的模型試驗時起爆的情景。王媛華攝

　　模型傾倒試驗是按照爆破設計方案，圍堰110米以上為整體傾倒堰塊，根據(jù)實際施工分縫將試驗塊分為10個堰塊，每個堰塊的尺寸與實際圍堰幾何相似，采用常態(tài)混凝土分塊制，在110米以下的圍堰上預制了與實際爆破缺口相似的梯形傾倒缺口，為觀測到圍堰傾倒形態(tài)，試驗時，長委科學院用攝像機觀察圍堰傾倒過程，用數(shù)碼相機記錄圍堰傾倒后的形態(tài)。與此同時，還對無水和有水條件下的傾倒振動進行了觀測，觀測的方法是在堰內(nèi)靠近大壩的底部、靠近大壩處、大壩頂部各布置一個三向振動傳感器，為觀測試驗中圍堰傾倒后造成的涌浪，長委科學院在圍堰前水域、壩前布置涌浪觀測點，用超聲水位儀同步連續(xù)測試記錄涌波水位值。通過3次無水試驗，1 次有水試驗，長委科學院得出了1∶100模型試驗的成果：在爆破缺口能按設計要求形成的前提下，圍堰堰塊能按設計要求順利傾倒，傾倒是可靠的。在處理好6號、15號堰塊的前提下，堰塊傾倒后的形態(tài)是滿足設計要求的，原堰塊上游面觸地，并整齊地倒在圍堰上游，沒有出現(xiàn)堰塊之間重疊，且試驗的重復性較好，堰塊傾倒后均可低于110米。6號堰塊的110米高程以上的下游坡腳需作局部削坡處理，與此同時，15號堰塊相鄰的橫向圍堰、爆破孔的孔深應不小于傾倒缺口高程，且應先于傾倒部分起爆。在無水條件下，堰塊傾倒過程基本一致，堰塊從開始傾倒至完全觸地的時間為0.8至0.9秒，在圍堰內(nèi)外充水位為135米時，圍堰堰塊從開始傾倒至完全觸地的時間為1.1至1.2秒，這與模型計算結(jié)果幾乎一致。通過涌浪測試，大家得出結(jié)論，隨著距離的增加，涌浪呈顯著衰減變化趨勢。RCC橫向圍堰爆破拆除堰塊同時傾倒，在壩前產(chǎn)生的最大涌浪高度為2.33米，在堰前80米處產(chǎn)生的最大涌浪高度為1.55米，在堰前330米處產(chǎn)生的最大涌浪高度為1.95米，在堰前1140米處產(chǎn)生的最大涌浪高度為0.85米，正對圍堰的茅坪鳳凰山腳出現(xiàn)涌浪爬高，在該處產(chǎn)生的最大涌浪爬高為4.2米，茅坪溪內(nèi)涌浪指標與堰前1140米處相近，由于正對圍堰前方的茅坪鳳凰山腳出現(xiàn)涌浪爬高現(xiàn)象，圍堰拆除時，應采取一定的防涌浪措施。通過振動測試，在測試波形中一般有3個相對較大的振動峰值集中區(qū)，說明堰塊在傾倒過程中有3次比較明顯的撞擊。在有水工況下，圍堰堰塊整體傾倒產(chǎn)生的振動明顯小于無水條件下產(chǎn)生的振動，有水條件下產(chǎn)生的振動僅為無水條件下的1/6和1/8，RCC圍堰拆除時的工況條件為堰內(nèi)外水位保持在135米高程，試驗成果說明水體對降低堰塊沖擊振動的作用明顯。多塊同時傾倒在各測點處產(chǎn)生的振動比單塊的大，并隨同傾倒堰塊數(shù)的增加，相應產(chǎn)生的振動值呈增大的趨勢，但并非是簡單的疊加，這與各堰塊到測點之間的距離、堰塊間的相互牽制作用有關。RCC圍堰原型的單塊傾倒過程模擬計算結(jié)果表明，從爆破缺口完全形成開始到堰塊傾倒至堰前70米高程的位置，整個過程為12.4秒。

　　隨后，長委科學院又做了兩次1比10的圍堰拆除模型試驗，這兩次試驗是為了觀察爆破時圍堰的缺口是否按設計形成、圍堰整體是否按預定方向上游傾倒以及爆破產(chǎn)生的有害效應對周圍需保護物和魚類的影響。圍堰模型試驗發(fā)現(xiàn)，圍堰拆除爆破時不僅產(chǎn)生爆破振動和觸地振動，還產(chǎn)生了較大的沖擊波，三種荷載產(chǎn)生的應力疊加后在壩踵處產(chǎn)生的主拉應力小于允許值，大壩及帷幕灌漿區(qū)是安全的。相鄰堰塊的首段起爆時差達到790至795毫秒時，圍堰各堰塊傾倒產(chǎn)生的觸地振動將不會疊加，相鄰后爆堰塊的首段起爆時間滯后于先爆堰塊的末段起爆200毫秒以上時，沖擊振動與爆破振動將不會在震源處產(chǎn)生疊加。在水深25米進行爆破，要達到陸地爆破破碎效果時，藥量應增加3至4倍。水下藥室爆破、斷裂孔爆破及水深6米以下的鉆孔爆破部位產(chǎn)生的飛石不會危及周圍需保護物安全。

　　在此試驗成果的基礎上，長委科學院于2005年底又對RCC圍堰爆破進行了專題設計研究，確定了RCC圍堰標準拋擲爆破單耗，歸納總結(jié)了適合本工程的深水洞室爆破藥室藥量的計算公式，分析確定了斷裂孔線裝藥密度底部加裝藥量，利用2號藥室上、下游排水孔裝藥以增加爆破缺口形成的可靠性，計算分析了堰體傾倒的可靠性，對堰體堆高進行分析后得出結(jié)論，需對6號堰塊下游進行削腳處理，才能保證其傾倒后水下輪廓不高于110米。通過大量經(jīng)驗公式計算分析，確定壩基帷幕振速為爆破安全控制性指標，其允許最大單段起爆藥量為710公斤，由此得出2號藥室只能一孔一響，不允許重段或串段。分析確定了深孔爆破部分藥量計算原則，按不同的水深分段計算單耗，分析了如果上縱堰內(nèi)段需深孔爆破拆除情況下的允許最大單段起爆藥量，對爆破介質(zhì)不均勻、水介質(zhì)影響、斷裂孔斷裂效果、傾倒堰塊兩端夾制作用、振動效應、提高傾倒可靠度、爆破安全準爆性等問題進行了分析并提出了處理措施，提出了盡快開展實地爆破震動試驗和爆破器材檢測試驗等建議。確定了重要防護對象為大壩混凝土、重點部位為上游壩踵和壩頂，大壩基礎帷幕灌漿區(qū)，電站廠房結(jié)構(gòu)，重點部位為廠房基礎，電廠機電設備，重點為左岸廠房正常運行的機組和中控室設備、右岸廠房正在安裝的機電設備，電站引水管進口，重點部位為鋼閘門及門槽，爆區(qū)附近過往船只、車輛、人員及其它相關建筑、設施。提出了相應的安全監(jiān)測標準，這包括建筑物的振動、水擊波、動水壓力及應變安全標準。監(jiān)測的項目有震動效應觀測，主要監(jiān)測爆破震動、傾倒塊體觸地震動及涌浪引起的地震波對周圍建筑物及設施的影響；爆破水擊波及動水壓力觀測，主要監(jiān)測爆破水擊波超壓及動水壓力對周圍臨時建筑物及設施的影響；塊體傾倒涌浪觀測，主要監(jiān)測塊體傾倒涌浪爬高；爆破應變觀測，主要檢測金屬結(jié)構(gòu)的影響；壩底壓水檢測，主要檢測大壩混凝土與基巖結(jié)合處的影響及爆破對帷幕灌漿體的影響；利用大壩已埋設的永久觀測設備加密觀測，通過爆破前后觀測資料的對比分析及研究觀測數(shù)據(jù)時程曲線變化趨勢，判斷拆除爆破對大壩建筑物的影響程度。同時還提出了拆除爆破的技術(shù)要求。

　　2006年1月，三峽總公司工程建設部廠壩項目部組織召開RCC圍堰拆除爆破有關問題討論會，詳細討論了爆破時的相關問題及技術(shù)要求，2月又組織國內(nèi)各方面爆破專家對長委提出的設計方案進行了評審。此次邀請的國內(nèi)著名爆破專家有馮叔瑜院士、汪旭光院士等，評審意見認為：長江三峽水利樞紐三期上游碾壓混凝土圍堰拆除采用“圍堰中段380m預埋藥室（孔）傾倒爆破與兩端深孔爆破相結(jié)合”的方案，在認真采納專家評審意見和嚴格施工的條件下，技術(shù)上是可行的，可以實現(xiàn)圍堰拆除和不影響主體建筑物的安全。根據(jù)前期論證，預埋的1號、2號、3號藥室及斷裂孔總體布置基本合理，通過進一步優(yōu)化可以形成傾倒爆破缺口。建議根據(jù)起爆順序校核上述藥室的最小抵抗線，并對其裝藥量進行適當調(diào)整。因圍堰拆除爆破距主體建筑物較近，應嚴格控制爆破振動、起爆網(wǎng)路時差，為確保整個起爆網(wǎng)路的安全，6號~15號堰塊應采用精度高、起爆可靠、便于現(xiàn)場施工和網(wǎng)路檢查的數(shù)碼電子雷管，其余部分可采用高精度塑料導爆管雷管。同意設計選用的各主體建筑物的振動安全控制標準，爆破過程中應嚴格執(zhí)行。采用的安全防護措施是合適的，在施工中應逐項落實。為確保爆破效果，應選用抗壓、抗水性能好的高威力炸藥。對所采用的炸藥進行防水試驗。在施工中做好密封防水工作，確保裝藥質(zhì)量。進一步做好起爆網(wǎng)路的段間時差、起爆順序等方面的細化工作，并進行1：1的起爆網(wǎng)路試驗。

　　與此同時專家還提出了寶貴的建議：即采取堰內(nèi)水位高于堰外水位的有效措施，使堰塊有效向長江上游傾倒，同時應盡量縮短堰內(nèi)充水時間。加強爆破安全監(jiān)測工作，為爆破安全評價提供依據(jù)。

　　隨后，在爆破材料選型、爆破施工組織設計中，承擔該項目的葛洲壩集團三峽指揮部又組織專題討論會多達10來次，確保了RCC圍堰的拆除爆破萬無一失。