復雜環境下淺孔控制爆破技術的應用

陸正

【摘要】介紹了寧德核電廠一期BOP子項負挖爆破過程中，通過采用大孔徑小臺階爆破技術、底部集中裝藥爆破技術，并輔以優化爆破網絡、加強爆破覆蓋、降振等措施，實現在離需要被保護的建（構）筑物和設施很近的區域爆破施工的目的，為今后類似復雜環境下的爆破施工起到借鑒作用。

【關鍵詞】淺孔爆破；控制爆破；爆破覆蓋；降振措施

1、引言

淺孔爆破是指臺階高度不超過5m，孔徑直徑一般在50mm以內的爆破施工，因其設備簡單、方便靈活，在露天小臺階采礦、廠房基坑負挖、溝槽基礎負挖、石材開采以及井巷掘進等工程中應用廣泛。淺孔控制爆破是指通過技術措施嚴格控制爆炸能量和爆破規模，使爆破的震動、飛石、破壞區域以及破碎物的散坍范圍在規定限度以內，以實現復雜環境下的爆破方法。淺孔控制爆破炸藥單耗一般在0.35㎏∕m3以下，爆破振動小、基本上不產生飛散物，特別適用于復雜環境下的爆破施工，越來越多地在工程中得到應用。寧德核電一期BOP子項負挖工程通過采用淺孔控制爆破，完成在離核島、常規島以及其他設施很近的情況下的爆破作業，未發生一起爆破引起的安全事故，得到業主方的贊揚。

2、工程概況

寧德核電一期BOP子項負挖工程包括GB廊道、輔助廠房基礎、雨水管溝和電纜溝、CE排水暗涵等60多項基坑和廊道負挖。該工程爆破具有開挖深度大、距離土建和安裝區域近，爆破環境十分復雜的特點。其中，1～4號機組的汽機事故油坑面積約100m2、負挖深度達10m，離正在土建和安裝的常規島距離不足8m，根據設計要求爆破引起最近的混凝土質點振動峰值速度不大于5cm/s、廠房內設備的加速度不超過0.01g；50管網溝槽圍繞已安裝完畢變壓器的TD廠房，如有爆破飛散物將會給變壓器造成不可估量的損失；GB廊道U段和F段、DG廊道及GS溝爆破區域橫跨廠區10kv高壓電纜、主供水管和消防管，業主方要求在不遷移管線的情況下實施爆破作業等等復雜環境。風險高、爆破振動速度、加速度及飛散物控制要求嚴格是本工程的主要特點，因此必須采用淺孔控制爆破技術以確保爆破施工安全。

3、臺階控制爆破

3.1 總體設計方案

與傳統臺階爆破方案設計先確定炮孔直徑、進而推算其它各項爆破參數不同，本工程受到振動速度的限制，因而首先根據振動速度計算公式或者試驗確定單孔最大允許裝藥量，然后再結合單位炸藥消耗量確定臺階高度，計算孔網參數，最后根據地形、地質及巖性變化以及每次爆破效果調整爆破參數，已達到理想的爆破效果。

3.2 最大段起爆藥量Q

常用的最大段起爆藥量計算公式為薩道夫斯基經驗公式，該公式通過保護對象允許振動速度、保護對像離爆區中心距離以及爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減系數計算出理論最大段允許起爆藥量。該種計算方法在起爆藥量較大、距離較遠以及地形、地質條件相對穩定的情況下較為適用，在起爆藥量較小、距離很近的情況下，利用該計算公式得出的結果偏差較大。

為確定本工程允許的最大段起爆藥量，避免造成最近的混凝土或設備振動超標，通過在寧德核電現場尋找地形和巖石性質相同的區域進行爆破試驗，監測不同藥量不同距離下的爆破振動速度，得出適用的起爆藥量。

3.3 臺階高度H

在單段起爆藥量較小時，為保證爆破效果，必須采用小臺階爆破。根據起爆藥量，按照以往爆破施工經驗，為取得良好的爆破效果，確定臺階高度H=2m。

3.4 底盤抵抗線W

底盤抵抗線的大小與巖石的破碎要求、臺階高度和臨空面的坡面角等因素有關。常用的底盤抵抗線根據臺階高度計算：W=（0.6～0.9）H，取W=0.7×2m=1.4m。

3.5 超深長度h

超深長度一般為（0.15～0.35）W，根據巖石結構和硬度，結合施工經驗，計算出超深為0.3m。

3.6 單位炸藥消耗量q

影響單位炸藥消耗量的因素主要有巖石的可爆性、炸藥特性、自由面條件、起爆方式和塊度要求。根據寧德核電站前期大量的爆破施工經驗，單耗取值確定為0.35kg/m3。

4、邊坡控制爆破

常規預裂爆破采用孔內不耦合間隔裝藥，利用導爆索引爆孔內裝藥的方法。該方法具有施工速度慢、材料消耗多、噪聲大、易產生飛石，且因鉆孔傾斜造成飛石距離大、方向難以控制等特點，難以適應復雜環境下的邊坡爆破施工。

為確保爆破施工安全，同時減少邊坡的破壞，本工程采用底部預裂爆破技術。該技術采取在預裂孔底部集中裝藥，利用非電毫秒雷管引爆炸藥。由于采用非電毫秒雷管引爆炸藥，因此孔口堵塞段不存在導爆索傳爆時炸開造成的破壞危險，且孔外不需要導爆索傳爆，能夠有效防止飛石產生。同時，由于爆炸能力在孔底瞬間作用力較強，能夠保證爆破后孔底不殘留根坎，減少根坎清理工作。

底部集中裝藥預裂爆破方法需要選擇合理的爆破參數，以達到預裂爆破效果。經過實踐證明，采用下表參數預裂效果較好。

5、降振措施

爆破危害效應有多方面，如振動、噪聲、飛散物、沖擊波和有毒炮煙等，而其中爆破振動和飛散物破壞力最顯著，也是淺孔控制爆破重點控制的危害。下面重點介紹爆破振動和個別飛散物控制措施。

5.1 爆破振動的控制

1）控制單段起爆藥量

按照常用的薩道夫斯基振動速度經驗公式可得知，振動速度的大小主要與最大段起爆藥量、爆區中心至被保護對象的距離有關，同時還受到爆破點至被保護對象間的地形、地質條件影響。在距離、地形和地質條件相對穩定的情況下，決定爆破振動速度大小的主要因素就是單段起爆藥量，因此必須根據計算公式、監測數據和爆破試驗多方面考慮單段起爆藥量值，確保振動不會超標。

2） 采用微差爆破技術，合理選取微差間隔時間及微差段數，根據爆破區域合理安排起爆方向和起爆網路，利用先爆孔爆破后造成附近巖體破碎和松裂為后爆孔開創內部自由面來達到降振的目的。

5.2 爆破個別飛散物的控制

爆破個別飛散物是指爆破時個別或少量脫離爆堆、飛得較遠的石塊或碎塊。爆破個別飛散物往往是造成人員傷亡、建筑物或設備設施等損壞的主要原因。應采取如下措施控制：

1）合理確定臨空面，合理選定抵抗線方向，使被保護對象避開飛石主方向，從而最大限度地使被保護對象免受飛石危害。

2）合理的裝藥結構、爆破參數和排間起爆時間。多排臺階爆破中，產生爆破飛石的主要部位為前排臨空面處及后面各排的孔口部位。前排鉆孔要根據坡面角度來確定鉆孔角度，要控制鉆孔精度，抵抗線均勻，不要過量裝藥。合理控制排間起爆時間，做好爆破起爆網路設計。

6、結語

寧德核電廠一期BOP子項負挖工程自2008年11月20日開工，至2013年6月24日完工，在近5年的爆破施工中，不僅在工期上滿足業主要求，且沒有發生一起振動超標和爆破飛石事件。淺孔控制爆破具有施工工序簡單、爆破效果好、爆破有害效應控制良好、環境污染小等特點，特別適用于復雜環境下淺孔臺階爆破。

參考文獻

[1]于亞倫，工程爆破理論與技術[M]，北京，冶金工業出版社，2004

[2]黃紹均，工程爆破設計[M]，北京，兵器工業出版，1996

[3]謝建德，大孔徑淺孔爆破設計原則及參數選擇，安徽，金屬礦山，2007。

[4]汪旭光，爆破設計與施工，北京，冶金工業出版社，2011