完成时间：1979年5月

工程地点：吉林省丰满水电站

完成单位：水电部东北勘测设计院、水电部第一工程局等

项目主持人及参加人员：赵荫炳等

撰稿人：赵荫炳

1   前言

丰满水电站装机容量为55．4万kW，混凝土重力坝，最大坝高90．5m，最大库容为107．8亿m³，是一个正在运行以发电为主的综合利用水库枢纽。

为了在必要时降低水库水位，水电部决定在丰满电站枢纽中增建泄水隧洞。泄水洞位于丰满大坝的左岸洞口距8号坝段280m，洞长为682．9m，闸前段衬砌内径为10m，闸后段衬砌内径为9．2m，在正常高水位261．0m时，隧洞的泄量为1129m³／s。

泄水洞工程布置见图1。

泄水洞进水口施工是该工程的关键。经几个方案比较，推荐用水下岩塞爆破方法施工，其理由主要有：施工期间不受库水位限制；工程量小；可节省大量材料、劳动力和大型机械设备；施工速度快：工程费用省。

为确保爆破成功，进行了大量的地勘、设计和室内外试验研究工作，经过设计、施工、运行和科研等有关单位的共同努力，丰满水下岩塞爆破于1979年5月28日爆破成功。

2   地质条件

泄水洞进口地形坡度为15°～20°，岩塞部位覆盖层厚3．5m，基岩全风化厚0．5m，半风化岩体厚度4．Om左右，以下为微风化岩。岩石为二迭系变质砾岩，岩层呈块状，岩石致密、坚硬、抗风化能力强。切割岩塞体的断层有三组，经分析，岩塞、药室在施工期间是稳定的。

3   爆破设计

3．1设计原则和要求

(1)对主要技术问题，要通过试验、充分论证，做到技术措施落实。

(2)岩塞厚度要满足施工期稳定要求，采取措施确保药室导硐开挖过程中的安全。

(3)岩塞要一次爆通成型，力争较好的水力条件，使爆后洞脸边坡保持整体稳定。

(4)在保证爆通成型的条件下，应尽量降低爆破用药量，以减轻爆破振动对建筑的影响。

3．2进口水工布置

在满足泄量和低水位时进口不产生掺气条件的前提下，进口明渠底坎高程确定为218．Om，岩塞地表坡度为15°～20°，岩塞中心线与水平面夹角选定为60°。控制进水口的流速不大于隧洞内不衬砌段流速12．7m／s，按最大泄量1186m³／s考虑，设计岩塞直径为11m。岩塞断面比较大，考虑岩塞施工期间的稳定性，选定岩石厚度与直径的比为1．36，岩塞的岩石厚度为15m。岩塞爆破方量为3794m³，岩塞和主洞连接设有集渣坑。

3．3岩塞爆破设计

岩塞药包布置分三层，上下两个主要药包的作用是把岩塞爆通，中层6个药室呈“王”字形布置是为了把上下药包爆破后剩余的岩体炸掉，使之达到设计过水断面。沿岩塞的下部布置一圈预裂孔，以控制岩塞的成型。

预裂孔、1～2号药室和3～8号药室的起爆时间分别取为0、25和75ms。药包布置见图2；药包计算主要数据见表1。8个药包的药量为3874．2kg(含起爆药量)，预裂炮孔用药量为201．4kg，总装药量为4075．6kg。

4   岩渣处理

岩塞爆破松方达5600m³，必须采取妥善的处理措施。对填塞集渣爆破、泄渣爆破和开门集渣爆破三种处理方式，分别做了各种运行条件下的水工模型试验后，决定采用开门集渣爆破方式。其好处在于有90％以上的岩渣可进入集渣坑；坑内堆渣较稳定；对洞内混凝土和金属埋件没有磨损；弧形门和检修门安全下闸的把握性大；对电站的尾水影响甚小。根据试验，渣坑尺寸为：底宽11m，长34m，高18m，容积9550m³，渣坑的有效利用系数为0．586。

5   大坝安全

丰满大坝是在日伪时期修建的，施工质量差，混凝土强度低。解放后，虽然经过多次加固，但是，岩塞爆破时大坝的安全仍然是工程上十分关心的问题。这一问题是通过以下途径才逐步得以解决的：

(1)做模拟试验。在距坝端130m、158m和370m的距离处，分别进行了药量为81kg、292kg和310kg的水下硐室纛破和岩塞爆破试验，以取得坝体静态观测资料；了解坝体承受爆破地震强度的能力。

(2)按爆破试验获得的经验公式，推算正式爆破时坝体的振动参量(位移、速度和加速度)，为判断坝体的安全状况提供相应的数据。

(3)根据8号坝段反应谱曲线和振型曲线计算坝体地震惯性力，用材料力学方法分析坝体应力和稳定安全系数，以此来判断坝体安全状况。在爆破水位246．0m时，按单响药量2200kg和全响药量4300kg两种情况计算，在2／3～3／4坝高处的下游坝面拉应力分别为0．29MPa和0．479MPa；稳定安全系数分别为1．39和1．01。此结果与按有限元动力程序分析结果在数量级上是一致的。

据上述分析，坝体已经受过相同、相似参量的模拟爆破振动的考验；推算的正式爆破时坝体的位移、速度和加速度值均在安全范围之内，唯有加速度值稍大，但坝体危险断面的应力和稳定安全系数均满足要求。因此，爆破时大坝是安全的。

6   爆破效果

丰满岩塞爆破于1979年5月28日12时起爆，爆破的库区水位243．9m，高速摄影拍照了水面鼓包运动过程，鼓包最大高度达31．3m，其上升速度为21．6～10m／s，起爆后35min弧形门开始下闸，44min隧洞断流。用浮标法和出口水面曲线计算隧洞泄量为933～970m。／s。经检查洞内所有埋件良好，平板闸门槽、底板和两侧保护钢板未见损伤，闸门关闭紧密基本不漏水。洞内混凝土磨损极微。下游坝面裂缝处预贴的石膏没有发生再开裂现象。距爆心12．8m处的混凝土拱，爆破时测得的最大拉应变为1561µε。1980年7月用水下激光电视观察混凝土顶拱完好无缺，所见部位没有发现裂缝。实测岩塞爆破方量4419m。比设计值增加了625m³。

7   结论

(1)采用较小的爆破参数，采用毫秒延时与预裂控制爆破技术，一次爆通成型，实测爆破效果与设计一致，泄量达到设计要求。

(2)用反应谱和有限元方法对附近大坝进行了爆破振动力分析，论证了爆破不致危及大坝的安全，爆破结果证明了上述结论是正确的。

(3)在大流量、高流速的泄水洞中，起爆后弧形工作门仅用9min时间即顺利关闭，洞内磨损极微，证明首次采用开门集渣爆破方式是成功的。

(4)爆破时对坝体、隧洞和闸门等进行了动应变、振动加速度与速度、孔内电视和水面鼓包运动高速摄影等动静态观测；爆破后用水下测量和水下激光电视，全面检查了混凝土裂缝情况，这些测试方式和实测资料，对今后的水下岩塞365体育具有参考价值。