在役核電站鄰近區(qū)域爆破控制探討

郭堯通（上海斯耐迪工程咨詢有限公司， 上海 200233）

1 工程概況

1.1 概 述

田灣核電站熱檢修廠房基坑爆破區(qū)域位于核電站一期工程雙圍墻內 2 號機組西北側，距離2號機組應急柴油機發(fā)電機房廠房西側 3.0 m，距離新燃料和固體放射性廢物貯存庫北側 18.0 m，開挖區(qū)域西側和北側距離一期雙圍墻均較近, 廠房東西長約 68.2 m，南北寬約 37.5 m。

1.2 難點分析

欲爆破區(qū)域緊臨正在運行 2 號機組，振動容易觸發(fā)停堆，對爆破振動的控制要求高。同時基坑西側和北側也緊臨鐵絲網(wǎng)雙圍墻，不允許產(chǎn)生的飛石對其造成破壞。主要存在如下重難點。

(1) 施工區(qū)域周邊保護對象較多，需要保護2#核島主控室(21 UCB)地面、2 號機組常規(guī)島(21 UMA 門口)地面、網(wǎng)控樓地面等位置，振動加速度不大于 0.03 g[1]。

(2) 在《田灣核電站熱維修車間基礎負挖工程爆破施工安全的可行性分析》中，要求對周邊管道爆破振動速度不大于 1 cm/s。

(3) 根據(jù)田灣核電站 3、4 號機組負挖時對周邊新澆混凝土的振動要求：初凝(0～3 d)不大于 1.5 cm/s，4 d～7 d不大于 2.5 cm/s，7 d～28 d 不大于 7 cm/s。

在役核電站近距離爆破工作在國內尚無先例，存在較大的未知性和挑戰(zhàn)性，若該工作順利實施，則具有重大的現(xiàn)實意義，并對后續(xù)類似工作具有重要的指導意義。

2 爆破控制

2.1 確定爆破方案

為了保證爆破安全及工期要求，需要充分策劃，本次爆破區(qū)域與一期工程的巖性相似，充分利用解放軍理工大學爆破工程設計研究所一期工程爆破監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，并通過爆破試驗對其進行驗證，做好爆破方案設計。

為規(guī)范現(xiàn)場爆破工作，做到有據(jù)可依，編制了《現(xiàn)場爆破安全管理程序》及《現(xiàn)場爆破安全操作規(guī)程》，并對爆破單位編制的《熱檢修廠房基坑爆破施工方案》及《熱檢修廠房基坑爆破安全防護方案》進行審核，同時要求解放軍理工大學工程兵工程學院編制《爆破振動監(jiān)測方案》，對爆破過程進行實時監(jiān)測。

為了確保技術方案萬無一失，現(xiàn)場組織各方專家召開《爆破方案》與《爆破防護方案》專家評審會。根據(jù)專家意見，在場地南側與 UKT 廠房相鄰區(qū)域增設減震孔。由爆破實施單位編制《減振孔施工方案》。有關資料表明[2]，減振孔可有效減少爆破實施中被保護對象 25%～50% 的振動。

經(jīng)過各方深入交流，根據(jù)以往爆破經(jīng)驗和施工現(xiàn)場環(huán)境工況，主要爆破方案主要從以下兩方面進行優(yōu)化。

(1)由于一期工程的巖性爆破數(shù)據(jù)對本工程有較強的參考性，在進行爆破設計時，需嚴格控制炸藥的單耗量、單孔藥量、最大單段裝藥量及一次用藥量。允許的最大單段裝藥量較小時，堅持單孔分段起爆，確保振動閾值不超出規(guī)定范圍。同時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對每次爆破前后的振動預報和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，及時調整參數(shù)，確保設計質量和安全。

(2) 在廠房的周邊打不裝藥的減振孔，用以消弱、阻礙振動波的傳播。另外，嚴格按照爆破設計方案進行填塞施工，確保堵塞質量及長度。

最終確定如下爆破方案：采用松動爆破的形式進行施工，起爆網(wǎng)路采用延時微差形式，按預定起爆順序使炮孔按順序起爆，通過非電導爆系統(tǒng)，構成環(huán)形閉合網(wǎng)絡，減小爆破對周圍的影響。

2.2 爆破參數(shù)

2.2.1 爆破振動控制

根據(jù) 2 號核島主控室(21UCB)地面、2 號機組常規(guī)島(21UMA 門口)地面、網(wǎng)控樓地面等位置表的爆破振動控制要求，分別計算爆破單段最大藥量[3]。

(1) 按照加速度計算單段最大藥量。由于本次爆破區(qū)域與前期工程類似、巖性相似，通過對解放軍理工大學工程兵工程學院在田灣核電一期工程中監(jiān)測的爆破震動數(shù)據(jù)進行擬合，當控制爆破振動加速度a 取 0.03 g 時，可以計算出不同距離上的單段最大裝藥量(如表1 所示)。

在爆破施工時，首先參照表1 中不同距離的允許最大段藥量，并采取一定保守措施，從小到大依次選擇每次爆破的最大段藥量進行試驗，根據(jù)試驗結果，調整到各個區(qū)域最佳的最大段藥量，以滿足2號核島主控室的振動強度不大于 0.03 g 的要求。

(2) 按照速度計算單段最大藥量。根據(jù)田灣核電一期工程中監(jiān)測的爆破震動數(shù)據(jù)，分別計算爆破速度控制為 0.6 cm/s、1 cm/s、1.5 cm/s、2.5 cm/s、3 cm/s和 7 cm/s 時的最大單段裝藥量(如表2 所示)。

表2 不同速度和距離對應的單段最大裝藥量

爆破設計和施工時，一定要根據(jù)被保護對象的距離安排單段最大藥量。同時，根據(jù)爆破試驗的結果和每次爆破所測得的數(shù)據(jù)，及時合理地調整單段藥量。為減小爆破振動，在需要預裂爆破的邊坡，應先起爆預裂孔，使預裂縫充分形成后，再起爆主爆孔。每次的爆破設計均應對每一保護對象所允許的最大單段裝藥量進行計算，取最小值，以確保每個保護對象可能出現(xiàn)的振動被控制在規(guī)定的范圍以內。

根據(jù)本工程爆區(qū)距離各測點的不同距離，結合表1 和表2 中計算的數(shù)據(jù)，計算本工程爆破區(qū)域距離相應保護對象測點的距離及相應位置允許的最大藥量，如表3 所示。

表3 不同測點允許的最大單段藥量控制表

由此可見，最近點控制的允許最大藥量為 0.16 kg，最遠點控制的允許最大藥量為 4.763 kg。因此，本工程整個爆破區(qū)域允許的單段最大藥量僅為 4.76 kg。針對這一允許藥量，施工中只有采用小口徑淺孔分層爆破，根據(jù)不同距離，分層的高度也做相應調整。

2.2.2 爆破實施控制

由于爆破地點特殊，影響部門和單位較多，為提高爆破操作水平，施工前對爆破施工人員專業(yè)能力進行專業(yè)考核，并舉行審查會，對所有參與人員按照質保要求進行資格審查。另外，組織各方召開爆破警戒協(xié)調會，確保各單位人員在爆破前能夠及時撤離現(xiàn)場，保證現(xiàn)場安全防護工作井然有序，為爆破實施創(chuàng)造條件。

本工程采用延時形式做好預裂爆破設計，按照先預裂、后主爆的順序合理起爆。孔內采取不耦合裝藥，減小振動速度、保護好邊坡及降低對周邊建筑物、構建物的影響。在基坑開挖時，先進行掏槽爆破，創(chuàng)造多界面、降低碴石大塊率。爆破采用先基坑中間、后邊坡的順序，減少爆破藥量和炮孔數(shù)目，使爆破網(wǎng)路簡單，避免爆炸地震波疊加，并確保周邊建筑物、構建物的安全及基巖質量。

在爆破過程中，利用先進的監(jiān)測設備同步進行爆破監(jiān)測，由各方專家現(xiàn)場就地分析，進行經(jīng)驗反饋，優(yōu)化爆破參數(shù)，通過優(yōu)化使爆破振動速度控制在要求范圍內，并建立起健全的監(jiān)測結果數(shù)據(jù)驗證分析體系，對保證工程質量及周邊設施的安全起到重要作用。

本爆破工程從 2014 年 11 月開始實施，到 2015 年 1月結束，過程持續(xù) 2 個月。實踐證明，本工程采用的爆破方法具有降低爆破地震效應、改善破碎質量、減少后沖、爆堆集中等優(yōu)點，通過優(yōu)化過程控制，未對周邊建筑物的安全及基巖質量產(chǎn)生影響，未對田灣核電2號機組安全運行產(chǎn)生影響，取得了良好的實踐效果。

3 結 語

本工程為國內首次在役核電站鄰近核島區(qū)域爆破工程，其順利安全實施既依托于全面的方案策劃，在施工過程中不斷優(yōu)化。首先，通過相似巖石的爆破數(shù)據(jù)分析，得出振速衰減規(guī)律，算出最大段藥量，對整個爆破進行優(yōu)化驗證，能有效地控制施工過程安全，保證周邊建筑物的安全及基巖質量。其次，通過實時數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化方案，使爆破振動速度控制在要求范圍內，并由此建立監(jiān)測結果數(shù)據(jù)驗證分析體系，對保證工程質量及周邊設施的安全起到重要作用。

工程的良好實踐為國內在役核電站核電區(qū)域爆破施工積累了經(jīng)驗，對其他類似項目的實施具有寶貴的借鑒和指導意義。

[1]王曉煒.群堆核電站爆破施工監(jiān)測系統(tǒng)及其應用[J].武漢大學學報(工學版)，2007 (s1)：323-326.

[2]謝冰，李海波，劉亞群，等.寧德核電站核島基坑爆破開挖安全控制研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28(8):1571-1578.

[3]周明安,曹前，唐成鳳，周曉光.如何實施爆破安全監(jiān)理[J].采礦技術，2013 (5) :111-112.