淺談周邊基坑負(fù)挖爆破對(duì)3#核島混凝土的影響及控制措施

張俊

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

炸藥在介質(zhì)中爆炸，在達(dá)到工程目的的同時(shí)，將產(chǎn)生一些有害效應(yīng)，如爆破振動(dòng)、水中沖擊波及動(dòng)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(nèi)，才能確保已澆筑混凝土的安全。針對(duì)此工程，我們將研究重點(diǎn)放在爆破振動(dòng)及爆破飛石的產(chǎn)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(guān)單位對(duì)每次爆破數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后指出：距離爆破區(qū)域50m以外，振動(dòng)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?cè)诜治鰰r(shí)選取150m作為爆破效應(yīng)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(duì)距離如下表：

廠房影響對(duì)象 4#核島 3#常規(guī)島 3#泵房 4#常規(guī)島 4#泵房3#核島墊層混凝土3#核島主體混凝土110m 145m 5m 35m 220m 140m 265m

各廠房相對(duì)關(guān)系圖如下：

3 技術(shù)要求

依據(jù)設(shè)計(jì)文件，負(fù)挖階段爆破施工對(duì)3#核島混凝土施工的控制標(biāo)準(zhǔn)為：

①爆破施工階段不得產(chǎn)生爆破飛石；

②距離爆區(qū)邊緣最近的混凝土質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度滿足以下要求：

1～3 天3～7 天7～2 8 天≤1.5 c m/s≤2.5 c m/s≤5 c m/s

4 影響對(duì)象和影響因素

4.1 影響對(duì)象

鑒于3#核島已完成墊層施工，即將開始主體結(jié)構(gòu)施工，在周邊基坑爆破施工期間主要施工范圍為堆芯及環(huán)廊周邊區(qū)域，故爆破施工對(duì)3#核島的影響對(duì)象為：

①堆芯及環(huán)廊周邊區(qū)域的主體結(jié)構(gòu)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(chǎn)生爆破飛石，如果落入3#核島基坑內(nèi)，易損壞已施工完成的混凝土或?qū)觾?nèi)的施工材料造成破壞，從而影響混凝土施工質(zhì)量。特別是3#常規(guī)島南側(cè)爆破開挖區(qū)域緊鄰3#核島北側(cè)邊坡，開挖過程中的碎石有隨坡面滑移落入3#核島基坑內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

爆破振動(dòng)：爆破振動(dòng)較大會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和完整性造成影響，特別是對(duì)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(huán)廊區(qū)域的混凝土施工期間將是爆破振動(dòng)控制的重點(diǎn)監(jiān)控時(shí)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在風(fēng)化程度各異的巖石，還有夾土巖層，由于巖石結(jié)構(gòu)的不均勻性，會(huì)導(dǎo)致最小抵抗線的大小、方向發(fā)生變化，出現(xiàn)爆破飛石；在斷層、裂縫、層理面、軟弱夾層等薄弱面，受爆轟產(chǎn)生的氣體集中沖擊作用也會(huì)產(chǎn)生飛石。

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

③炸藥量：單位炸藥消耗量偏大，當(dāng)巖石破碎后剩余的爆炸能量就會(huì)使破碎的介質(zhì)獲得動(dòng)能產(chǎn)生拋擲，出現(xiàn)飛石。

5.1.2 控制措施

①嚴(yán)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(dòng)控制爆破方法，每個(gè)炮孔的裝藥量根據(jù)巖性嚴(yán)格控制，從而使爆破后的巖體松動(dòng)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(shù)，其值應(yīng)當(dāng)認(rèn)真選取。本工程按每孔的裝藥條件計(jì)算，則有：

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(shù)；

q—炸藥單耗；

τ—裝藥系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，合理的最小抵抗線為25～40倍孔徑；合理的堵塞長度應(yīng)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(diào)整局部裝藥結(jié)構(gòu)。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(shí)，適當(dāng)減少相應(yīng)部位的裝藥量。

④合理確定起爆順序和間隔時(shí)間。該工程采用微差爆破，如起爆間隔時(shí)間設(shè)計(jì)不合理也會(huì)產(chǎn)生飛石，故所有炮孔的延遲時(shí)間應(yīng)足以使爆下的巖石移動(dòng)一定距離而不至于堆積在爆區(qū)前面；否則，會(huì)造成巖石堆積，后排爆下的巖石和堆積的巖石碰撞也會(huì)產(chǎn)生飛石。本工程在爆破振動(dòng)安全允許的條件下，每個(gè)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(hù)措施。按照該工程爆破安全控制要求，現(xiàn)場(chǎng)所有爆破覆蓋標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)覆蓋，鋼絲網(wǎng)必須嚴(yán)密覆蓋爆區(qū)；第三層為鋼絲網(wǎng)上滿鋪沙袋，每袋不小于25公斤。

⑥3#核島北側(cè)邊坡防松石滑落控制措施。根據(jù)負(fù)挖圖，3#核島北側(cè)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(nèi)混凝土是該區(qū)域的控制重點(diǎn)。

故在常規(guī)島負(fù)挖過程中，3#核島北側(cè)邊坡一定距離范圍內(nèi)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(dòng)監(jiān)測(cè)按照保守決策的原則計(jì)算確定，以保證3#核島混凝土質(zhì)量作為選擇施工方式的先決條件。

同時(shí)在3#核島基坑北側(cè)靠近坡腳位置處搭設(shè)固定圍欄，并拉設(shè)立網(wǎng)，防止碎石順坡面滾落至基坑內(nèi)側(cè)，造成墊層破壞；常規(guī)島負(fù)挖爆破靠近北側(cè)邊坡時(shí)，臨近爆區(qū)的北側(cè)邊坡采用鋼絲網(wǎng)予以覆蓋，避免出現(xiàn)爆破松石滑落基坑現(xiàn)象。

5.2 爆破振動(dòng)影響因素分析和控制措施

5.2.1 影響因素

①地形地質(zhì)條件。巖石硬度、現(xiàn)場(chǎng)地形對(duì)爆破地震波的傳播影響甚巨。堅(jiān)硬的巖石易于傳播爆破地震波，對(duì)爆破地震波的自然衰弱不利。例如，按照經(jīng)驗(yàn)公式法，堅(jiān)硬巖石如花崗巖、石英巖等，K值取374，α取1.8，而次堅(jiān)硬巖石如節(jié)理比較明顯的片麻巖，K值取120，α取1.43，從經(jīng)驗(yàn)公式的這兩個(gè)參數(shù)的取值上可以看出，堅(jiān)硬的巖石易于傳播地震波。

②相對(duì)位置。爆源是否具有臨空面、臨空面的方向?qū)Φ卣鸬闹饕獋鞑シ较蚓哂袥Q定性的作用。因?yàn)榕R空面的約束和荷載較小，拋擲土石大都在臨空面一側(cè)，同時(shí)造成背對(duì)臨空面的一側(cè)相比另一側(cè)的振動(dòng)要大得多，因此不得不考慮相對(duì)位置。一般而言，在背飛散方向強(qiáng)度最大，可較橫向同距離處大1倍左右。

③爆破參數(shù)。爆破振動(dòng)強(qiáng)度與炸藥量、爆心距、介質(zhì)情況、地形條件和爆破方法等因素有關(guān)，用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的峰值A(chǔ)（速度、加速度、位移）表示爆破振動(dòng)強(qiáng)度。目前，國內(nèi)外廣泛采用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：A—質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)的峰值；

R—測(cè)點(diǎn)到爆心的距離（m）；

Q—齊爆藥量（kg）；

K—與地形地質(zhì)條件和爆破方式有關(guān)的系數(shù)；

a—地震波衰減系數(shù)。

在爆破工程設(shè)計(jì)中可根據(jù)類似工程資料（3#核島的參數(shù)），用類比法定出K、a值，然后進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。

5.2.2 控制措施

①組織試驗(yàn)。為分析周邊廠房爆破負(fù)挖對(duì)3#核島墊層和主體結(jié)構(gòu)混凝土的影響，依托監(jiān)測(cè)單位的專業(yè)技術(shù)力量和設(shè)備對(duì)3#核島周邊廠房負(fù)挖施工進(jìn)行爆破試驗(yàn)；爆破試驗(yàn)選擇在負(fù)挖正式開工前進(jìn)行，鑒于此時(shí)尚未有成形主體結(jié)構(gòu)混凝土，故選擇靠近爆破區(qū)域的墊層混凝土作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，獲取爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)。通過對(duì)爆破試驗(yàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，確定3#核島基坑內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)衰減規(guī)律，獲取周邊廠房爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。

②全程監(jiān)測(cè)。4#核島及常規(guī)島負(fù)挖爆破每次均安排振動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，則墊層混凝土和主體結(jié)構(gòu)混凝土均進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。具體的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置在每次爆破施工前由監(jiān)測(cè)單位根據(jù)3#核島施工情況選定。

③動(dòng)態(tài)反饋，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。緊密跟蹤每次的爆破效應(yīng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。

④合理安排爆破施工順序。為減少爆破振動(dòng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)混凝土的影響，充分利用主體混凝土尚未施工的時(shí)機(jī)，負(fù)挖前期爆破區(qū)域選擇按照“由近及遠(yuǎn)”（與3#核島堆芯及環(huán)廊的距離）的原則選擇；待主體結(jié)構(gòu)混凝土施工完成后，按照“由遠(yuǎn)及近”的原則選擇爆破區(qū)域。

⑤適時(shí)調(diào)整爆破時(shí)間窗口?？紤]到主體結(jié)構(gòu)混凝土的重要性，在主體混凝土澆筑完成一定時(shí)間內(nèi)（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(dá)到一定強(qiáng)度、抗振能力提高后再組織爆破施工并予以振動(dòng)監(jiān)測(cè)，具體等待時(shí)間應(yīng)結(jié)合爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析在第一罐混凝土澆筑之前確定，并指導(dǎo)后續(xù)施工。

⑥利用已有數(shù)據(jù)，控制重點(diǎn)區(qū)域。根據(jù)前期3#核島負(fù)挖爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，距離爆破區(qū)域50m以外，振動(dòng)速度已衰減至1.5cm/s以下；顯然，3#核島北側(cè)邊坡的附近的常規(guī)島爆破施工是我們重點(diǎn)控制區(qū)域，特別是在施工至核島建基面同一標(biāo)高層附近時(shí)對(duì)3#核島混凝土影響最大。為此，我們通過控制3#核島北側(cè)邊坡附近常規(guī)島負(fù)挖區(qū)域的施工方式、施工分層深度、爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參數(shù)等措施降低對(duì)3#核島的影響。

6 結(jié)論

綜上所述，通過采取上述措施，周邊廠房基坑爆破負(fù)挖對(duì)3#核島已澆筑混凝土的有害效應(yīng)均是可控的，不會(huì)產(chǎn)生有害影響。在周邊基坑爆破負(fù)挖過程中，要做好爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作和爆破飛石防護(hù)工作，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)適合現(xiàn)場(chǎng)爆破經(jīng)驗(yàn)公式，作為優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)。