復雜環境下核電站基坑爆破開挖技術

賴遠標 黃景東 楊子平 王永健 羅日奎

摘 要：本文以某沿海城市在建核電站基坑爆破為例，介紹了復雜環境下核電站基坑爆破開挖技術。其間通過優化爆破參數，合理選擇自由面，結合預裂爆破、覆蓋防護等措施控制爆破振動和爆破飛散物對周邊重要設施的影響。同時，炮孔底部加設緩沖墊層，以保護基巖。實踐結果表明，爆破振動、爆破飛散物被控制在安全范圍內，基巖受到有效保護，爆破效果良好。

關鍵詞：基坑爆破;爆破振動;爆破飛散物;緩沖墊層

中圖分類號：TU60文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）35-0122-04

Abstract： Taking the blasting of a nuclear power plant's foundation pit under construction in a coastal city as an example， the blasting and excavation technology of a nuclear power plant's foundation pit in a complex environment was introduced in this paper. In the meantime， blasting parameters were optimized， free surfaces were reasonably selected， and pre-splitting blasting， covering protection and other measures were combined to control the impact of blasting vibration and blasting debris on surrounding important facilities. At the same time， a cushion layer was added to the bottom of the blast hole to protect the bedrock. Practical results show that the blasting vibration and blasting flying materials are controlled within a safe range， the bedrock is effectively protected， and the blasting effect is good.

Keywords： pit blasting;blasting vibration;explosive fallout;cushion

目前，基坑爆破開挖廣泛地運用在各項建設工程中[1]，復雜環境下的基坑爆破開挖是其中的難點，國內外眾多工程技術人員和學者對此都有研究。朱劍鋒、周鳳儀[2]采取逆向設計方法，從爆破振動安全閾值開始設計，進而計算爆破最大單段藥量，設計爆破參數和爆破網路，最后進行爆破危害控制設計，確保復雜環境下城市基坑開挖安全。此外，有研究分析了城市復雜環境下的基坑爆破開挖對周邊構造建筑物的安全影響，采取振動監測、參數優化和安全防護等方法，有效控制爆破危害，保障基坑開挖施工安全[3-5];有研究針對復雜環境下深基坑爆破開挖特點，采用預裂爆破等措施控制爆破振動對周邊構建筑物的影響，確保安全[6-7];還有研究以寧德核電站核島基坑爆破為研究對象，通過聲波測試和爆破振動監測，確定30 m處爆破振動速度閾值，為基坑爆破開挖提供安全依據[8]。

核電站基坑的開挖環境往往更為復雜，且對后續工程影響較大[8]。采取爆破開挖方法時，人們既要保護周邊構建筑物的安全，又要保證基巖有足夠的強度，確保達到核電站建設標準。本文以某核電站基坑爆破為工程背景，針對工程特點，提出了適合本工程的基坑爆破開挖技術，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

某核電站負挖工程包括核島負挖和常規島負挖兩部分，存在大量基坑待爆破開挖。負挖區域邊緣距離新漁老村民房957 m，距離沙浦村民房1 076 m，距離臨建區361 m，距離機修廠534 m，距離220 kV變電站55 m，距離場平A-2區132 m，距離場平A-3區205 m，距離C區123 m。由于工期緊任務重，負挖區域內部基坑爆破時，基坑相鄰部位的構筑物往往開始施工，已經布設管線并噴射混凝土等，此外，必須確保爆破對周圍巖體和基巖的擾動在安全范圍內，爆破環境十分復雜。

場地內基巖主要是流紋質熔結凝灰巖，局部為沉凝灰巖。邊坡各巖土層按從上到下順序分層為粉質黏土、流紋質熔結凝灰巖、沉凝灰巖、輝綠巖和閃長玢巖，整體以強風化和中等風化流紋質熔結凝灰巖為主。

2 爆破方案設計

2.1 爆破總體方案

鑒于負挖區域需要開挖大量深淺不一的基坑，采用分層爆破，設計深度3 m以上的采用分層爆破，預留1.5 m底板保護層，保護層以上巖體按照設計分2～3層進行爆破，為避免破壞保護層，不做超深;為保護基巖，保護層爆破在炮孔底部加設柔性墊層。基坑邊坡處采用預裂爆破，以減少爆破振動并形成平整邊坡坡面。

保護層以上巖體具體爆破分層：核島保護層以上一次爆破到位;常規島分三層爆破開挖，臺階高度主要為7.6、7.0、6.2 m;聯合泵房分三層爆破開挖，臺階高度主要為12.0、10.0、8.5 m;環水廊道分三層爆破開挖，臺階高度主要為7.5 m、10.0 m、9.5m。

2.2 爆破參數設計

2.2.1 基坑主體臺階爆破。基坑主體爆破采用76mm和89mm兩種炮孔，炸藥選用60 mm乳化炸藥，垂直鉆孔，臺階高度依分層高度而定。其爆破參數如表1所示。

2.2.2 預裂爆破。基坑邊坡的預裂爆破采用76 mm炮孔、32 mm乳化炸藥，不耦合系數為2.375。孔距[a]=（7～12）[d]（[d]為孔徑）計算，巖石完整取1.0 m，不完整取0.8 m，廊道取0.6 m。底部線裝藥量因孔底夾制作用，應加強裝藥。據經驗，一般正常裝藥段1～3倍，取[Q底]=2[Q線];頂部接近填塞部位，采用減弱裝藥段，此處[Q弱]=0.5[Q線]。加強裝藥段長度取0.4～0.6 m，減弱裝藥段長度取0.5～1.0 m。預裂爆破預裂孔首先起爆，形成預裂面，主炮孔和預裂孔底部的合理距離取決于主爆孔的破壞半徑，為1.3～1.5倍。根據應力波理論，對于石灰巖（堅固性系數[f]大于8），采用乳2#巖石化炸藥進行爆破，可計算主爆孔破壞半徑[r]=0.98 m≈1 m。主爆孔與預裂孔距離[B]為1.0～1.5 m。

預裂爆破參數如表2所示。

2.3 爆破網路設計

基坑主體臺階爆破采用梅花形布孔，逐孔起爆，使用工業電子雷管，采用自主開發的“大規模土石方爆破微差間隔時間的智能優化系統V1.0”軟件（軟件著作權編號：2018SR434352）進行微差時間設計，孔間微差時間依現場情況而定，取3～22 ms;排間微差時間逐排增加，一般第一排不小于20 ms。基坑主炮孔裝藥結構采用連續裝藥;預裂爆破采用不耦合間隔裝藥，分三段，即頂部藥段、正常藥段、減弱藥段。將[Φ]32 mm的乳化炸藥藥卷捆綁在導爆索上，順著鉆孔方向下至孔底。基坑主體邊坡部位的正常裝藥段按一定間距將整節藥卷直接捆綁在導爆索上，減弱段將藥卷分成兩半按等間距分布;廊道基坑部位的正常段將藥卷分成兩半，減弱段將整節藥卷分為4小節，各自均勻地分布在導爆索上。預裂爆破裝藥結構如圖1所示，爆破網路如圖2所示。

3 爆破安全措施及分析

3.1 爆破振動控制措施

核電基坑的開挖過程由于任務緊，炮區周邊近距離通常有正在施工的基礎結構，常存在新澆筑的混凝土構筑物，因此，控制爆破振動對新澆筑混凝土的影響是本工程重點。根據爆破安全規程和合同要求，距爆源30 m處基巖面質點振動速度峰值不大于5 cm/s，且混凝土不同齡期須控制的爆破振動質點峰值速度必須符合表3要求。

經計算，30 m基巖振速不大于5 cm/s時，允許的最大單響裝藥量為40.2 kg。鑒于以上結果，爆破設計和施工時，一定要根據被保護對象的齡期和距離安排單段最大裝藥量。

施工時，采取以下措施控制爆破振動：在需要預裂爆破的邊坡，應先起爆預裂孔，充分形成預裂縫進行減振;采用微差爆破技術，合理選取微差間隔時間及微差段數，現場實踐表明，孔間微差時間為7～19 ms，減振效果較好;若與保護物距離太近，開挖減震溝以減振;在同樣的規模下，可在不同的區域分片同時起爆，既起到減振效果，又不影響整體工期;控制傳爆方向，靈活調整拋擲方向，先起爆距被保護對象近的裝藥，后起爆距被保護對象遠的裝藥，這樣后爆裝藥產生的地震波將在已被破碎的巖石介質中傳播，一定程度上阻礙了應力波的傳播，使保護對象所受的破壞得到減輕。

采取以上幾項措施并控制最大單段藥量，施工現場的爆破振動得到有效控制，達到安全要求。

3.2 爆破飛散物控制措施

爆破飛散物的控制是本工程爆破安全的重點。除合理地設計微差時間、控制最大單響藥量和單次爆破的規模外，本工程爆破飛散物控制核心方法是采用覆蓋防護措施。具體的覆蓋防護措施如下：在爆破區域裝填完藥后，先在爆區覆蓋一層竹笆片，覆蓋超出爆區邊緣50 cm，以防爆區邊緣飛石飛出;在竹笆片上再覆蓋一層密目式安全網;在密目式安全網上再壓一層覆蓋專用橡膠墊，橡膠墊置于炮孔正上方，每個炮孔壓一個橡膠墊。具體覆蓋防護如圖3所示。

3.3 基巖保護措施

為保護基巖，采用柔性緩沖墊層置于炮孔底部，減弱爆破爆轟波對底部巖石的沖擊。施工時，將爆破的炮孔底部落在建基面上，不加超深，孔底墊20 cm的柔性緩沖墊層，再裝藥起爆，可避免對底板的破壞。爆破后形成的小根坎，采用液壓錘進行破碎。柔性緩沖墊層采用實用新型專利“一種基巖保護層開挖爆破柔性墊層結構”（專利號：201821614430.2）技術。采用柔性墊層結構，基巖得到了有效的保護，其超挖量控制在設計范圍內。柔性墊層結構如圖4所示。

4 結論

采用工業電子雷管對爆破微差時間進行優化，孔間微差時間取3～22 ms;排間微差時間逐排增加，一般第一排不小于20 ms，提高了復雜環境下基坑爆破開挖的爆破效果。采用預裂爆破技術與臺階爆破技術相結合，控制最大單響藥量，靈活選擇自由面控制拋擲方向等措施，有效控制了爆破振動對基坑周邊構建筑物的影響。采用底部竹笆，中間密目式覆蓋網，頂部覆蓋專用橡膠墊措施，有效控制了爆破飛散物，確保爆破安全。在炮孔底部設置采用新型柔性墊層結構，能夠減緩炸藥對基巖沖擊，確保基巖損傷在設計要求范圍內。

參考文獻：

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