淺談周邊基坑負挖爆破對3#核島混凝土的影響及控制措施

張俊

【摘 要】根據某核電廠工程整體安排，后續將開始4#核島、常規島及泵房基坑爆破負挖工作；鑒于周邊基坑距離3#核島較近，且混凝土已澆筑完成，一旦爆破效應控制不好，將會產生嚴重的后果。論文詳細介紹了后續周邊基坑負挖爆破施工過程中所采取的爆破效應控制措施。

【Abstract】According to the overall arrangement of a nuclear power plant， the negative excavation work of foundation pit blasting of 4# nuclear island， conventional island and pump house will be started. As the surrounding foundation pit is closer to the 3# nuclear island， and the concrete has been completed， once the blasting effect is not controlled well， serious consequences will be caused. The paper introduces the blasting effect control measures adopted in the construction process of negative excavation blasting in the following peripheral foundation pit.

【關鍵詞】爆破；有害效應；振動監測；減震措施

【Keywords】 blasting； harmful effects； vibration monitoring； vibration reduction measures

【中圖分類號】P231 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）09-0120-03

1 引言

炸藥在介質中爆炸，在達到工程目的的同時，將產生一些有害效應，如爆破振動、水中沖擊波及動水壓力、空氣沖擊波及噪聲、有害氣體、粉塵及爆破飛石等。只有將這些有害影響控制在允許范圍內，才能確保已澆筑混凝土的安全。針對此工程，我們將研究重點放在爆破振動及爆破飛石的產生原因及控制措施方面。

2 爆破工程概述

在3#核島爆破期間，該工程委托相關單位對每次爆破數據進行收集，通過對監測數據統計分析后指出：距離爆破區域50m以外，振動速度已衰減至1.5cm/s以下；考慮到3#核島筏基已澆筑混凝土施工的重要性，我們在分析時選取150m作為爆破效應影響分析范圍。

周邊其他待爆破開挖基坑與3#核島之間相對距離如下表：

各廠房相對關系圖如下：

3 技術要求

依據設計文件，負挖階段爆破施工對3#核島混凝土施工的控制標準為：

①爆破施工階段不得產生爆破飛石；

②距離爆區邊緣最近的混凝土質點振動速度滿足以下要求：

4 影響對象和影響因素

4.1 影響對象

鑒于3#核島已完成墊層施工，即將開始主體結構施工，在周邊基坑爆破施工期間主要施工范圍為堆芯及環廊周邊區域，故爆破施工對3#核島的影響對象為：

①堆芯及環廊周邊區域的主體結構混凝土；

②已完成的墊層混凝土。

4.2 影響因素

爆破飛石：由于炮孔堵塞長度、最小抵抗線選取或巖石中含軟夾層等原因容易產生爆破飛石，如果落入3#核島基坑內，易損壞已施工完成的混凝土或對基坑內的施工材料造成破壞，從而影響混凝土施工質量。特別是3#常規島南側爆破開挖區域緊鄰3#核島北側邊坡，開挖過程中的碎石有隨坡面滑移落入3#核島基坑內的風險。

爆破振動：爆破振動較大會對混凝土結構的質量和完整性造成影響，特別是對距離較近的新澆筑混凝土或短齡期混凝土影響最大；故3#核島堆芯及環廊區域的混凝土施工期間將是爆破振動控制的重點監控時間段。

5 影響因素分析和控制措施

5.1 爆破飛石影響因素分析和控制措施

5.1.1 影響因素

①地表巖石結構復雜，存在風化程度各異的巖石，還有夾土巖層，由于巖石結構的不均勻性，會導致最小抵抗線的大小、方向發生變化，出現爆破飛石；在斷層、裂縫、層理面、軟弱夾層等薄弱面，受爆轟產生的氣體集中沖擊作用也會產生飛石。

②防護措施：在基坑開挖土石方爆破或重要建筑物附近爆破時，因防護力度不夠或措施不當，就難以避免產生飛石。

③炸藥量：單位炸藥消耗量偏大，當巖石破碎后剩余的爆炸能量就會使破碎的介質獲得動能產生拋擲，出現飛石。

5.1.2 控制措施

①嚴格控制裝藥量。裝藥量是影響爆破飛石的主要因素之一，故本工程采用松動控制爆破方法，每個炮孔的裝藥量根據巖性嚴格控制，從而使爆破后的巖體松動而不飛散。

②確定合理的最小抵抗線和填塞長度。最小抵抗線與堵塞長度是影響爆破的重要參數，其值應當認真選取。本工程按每孔的裝藥條件計算，則有：

W=d

式中：W—最小抵抗線，m；

d—鉆孔直徑，dm；

Δ—裝藥密度，kg/dm3；

m—鉆孔鄰近系數；

q—炸藥單耗；

τ —裝藥系數。

經計算，合理的最小抵抗線為 25～40倍孔徑；合理的堵塞長度應大于等于最小抵抗線（并不小于 0.75倍底盤抵抗線），為 30～50倍孔徑。

③調整局部裝藥結構。由于地形限制，或者鉆孔施工中的誤差而造成局部抵抗線過小，或者是遇到斷層，夾層等弱面時，適當減少相應部位的裝藥量。

④合理確定起爆順序和間隔時間。該工程采用微差爆破，如起爆間隔時間設計不合理也會產生飛石，故所有炮孔的延遲時間應足以使爆下的巖石移動一定距離而不至于堆積在爆區前面；否則，會造成巖石堆積，后排爆下的巖石和堆積的巖石碰撞也會產生飛石。本工程在爆破振動安全允許的條件下，每個藥包或每組藥包，以隔段或跳段來安排起爆順序。

⑤“三層覆蓋”防護措施。按照該工程爆破安全控制要求，現場所有爆破覆蓋標準不得低于以下要求：第一層為膠皮或竹排覆蓋；第二層為鋼絲網覆蓋，鋼絲網必須嚴密覆蓋爆區；第三層為鋼絲網上滿鋪沙袋，每袋不小于25公斤。

⑥3#核島北側邊坡防松石滑落控制措施。根據負挖圖，3#核島北側邊坡將予以挖除，開挖過程中防止松石滑落直接沖擊而破壞3#核島基坑內混凝土是該區域的控制重點。

故在常規島負挖過程中，3#核島北側邊坡一定距離范圍內不允許采用爆破施工的方式，具體尺寸將由爆破單位和振動監測按照保守決策的原則計算確定，以保證3#核島混凝土質量作為選擇施工方式的先決條件。

同時在3#核島基坑北側靠近坡腳位置處搭設固定圍欄，并拉設立網，防止碎石順坡面滾落至基坑內側，造成墊層破壞；常規島負挖爆破靠近北側邊坡時，臨近爆區的北側邊坡采用鋼絲網予以覆蓋，避免出現爆破松石滑落基坑現象。

5.2 爆破振動影響因素分析和控制措施

5.2.1 影響因素

①地形地質條件。巖石硬度、現場地形對爆破地震波的傳播影響甚巨。堅硬的巖石易于傳播爆破地震波，對爆破地震波的自然衰弱不利。例如，按照經驗公式法，堅硬巖石如花崗巖、石英巖等， K值取374，α取 1.8，而次堅硬巖石如節理比較明顯的片麻巖， K值取 120，α取 1.43，從經驗公式的這兩個參數的取值上可以看出，堅硬的巖石易于傳播地震波。

②相對位置。爆源是否具有臨空面、臨空面的方向對地震的主要傳播方向具有決定性的作用。因為臨空面的約束和荷載較小，拋擲土石大都在臨空面一側，同時造成背對臨空面的一側相比另一側的振動要大得多，因此不得不考慮相對位置。一般而言，在背飛散方向強度最大，可較橫向同距離處大 1倍左右。

③爆破參數。爆破振動強度與炸藥量、爆心距、介質情況、地形條件和爆破方法等因素有關，用質點振動的峰值 A（速度、加速度、位移）表示爆破振動強度。目前，國內外廣泛采用的經驗公式為：

A=K（/R）a

式中：A—質點爆破振動的峰值；

R—測點到爆心的距離（ m）；

Q—齊爆藥量（ kg）；

K—與地形地質條件和爆破方式有關的系數；

a—地震波衰減系數。

在爆破工程設計中可根據類似工程資料（3#核島的參數），用類比法定出K、a值，然后進行爆破設計。

5.2.2 控制措施

①組織試驗。為分析周邊廠房爆破負挖對3#核島墊層和主體結構混凝土的影響，依托監測單位的專業技術力量和設備對3#核島周邊廠房負挖施工進行爆破試驗；爆破試驗選擇在負挖正式開工前進行，鑒于此時尚未有成形主體結構混凝土，故選擇靠近爆破區域的墊層混凝土作為監測對象，獲取爆破振動數據。通過對爆破試驗振動監測數據分析，確定3#核島基坑內質點振動衰減規律，獲取周邊廠房爆破設計參數。

②全程監測。4#核島及常規島負挖爆破每次均安排振動監測，監測點選取為近距離短齡期新澆筑混凝土；爆破后期有施工完成的主體結構混凝土時，則墊層混凝土和主體結構混凝土均進行振動監測。具體的監測點位置在每次爆破施工前由監測單位根據3#核島施工情況選定。

③動態反饋，優化設計參數。緊密跟蹤每次的爆破效應和實時監測數據，進一步分析爆破振動衰減規律，優化爆破設計參數。

④合理安排爆破施工順序。為減少爆破振動對主體結構混凝土的影響，充分利用主體混凝土尚未施工的時機，負挖前期爆破區域選擇按照“由近及遠”（與3#核島堆芯及環廊的距離）的原則選擇；待主體結構混凝土施工完成后，按照“由遠及近”的原則選擇爆破區域。

⑤適時調整爆破時間窗口。考慮到主體結構混凝土的重要性，在主體混凝土澆筑完成一定時間內（特別是第一次伐基澆筑），原則上不安排爆破施工，待混凝土達到一定強度、抗振能力提高后再組織爆破施工并予以振動監測，具體等待時間應結合爆破振動監測數據分析在第一罐混凝土澆筑之前確定，并指導后續施工。

⑥利用已有數據，控制重點區域。根據前期3#核島負挖爆破振動監測數據，距離爆破區域50m以外，振動速度已衰減至1.5cm/s以下；顯然，3#核島北側邊坡的附近的常規島爆破施工是我們重點控制區域，特別是在施工至核島建基面同一標高層附近時對3#核島混凝土影響最大。為此，我們通過控制3#核島北側邊坡附近常規島負挖區域的施工方式、施工分層深度、爆破網絡設計參數等措施降低對3#核島的影響。

6 結論

綜上所述，通過采取上述措施，周邊廠房基坑爆破負挖對3#核島已澆筑混凝土的有害效應均是可控的，不會產生有害影響。在周邊基坑爆破負挖過程中，要做好爆破振動監測工作和爆破飛石防護工作，由實測數據總結適合現場爆破經驗公式，作為優化爆破設計參數的依據。

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