淺談周邊基坑負(fù)挖爆破對3#核島混凝土的影響及控制措施

張俊

【摘 要】根據(jù)某核電廠工程整體安排，后續(xù)將開始4#核島、常規(guī)島及泵房基坑爆破負(fù)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(yīng)控制不好，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。論文詳細(xì)介紹了后續(xù)周邊基坑負(fù)挖爆破施工過程中所采取的爆破效應(yīng)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(guān)鍵詞】爆破；有害效應(yīng)；振動(dòng)監(jiān)測；減震措施

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

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

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)單位對每次爆破數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過對監(jiān)測數(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，我們在分析時(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#核島之間相對距離如下表：

各廠房相對關(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：

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(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3#核島的影響對象為：

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)對混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(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：

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(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)場地形對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（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：

A=K（/R）a

式中：A—質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)的峰值；

R—測點(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3#核島墊層和主體結(jié)構(gòu)混凝土的影響，依托監(jiān)測單位的專業(yè)技術(shù)力量和設(shè)備對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)測對象，獲取爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)。通過對爆破試驗(yàn)振動(dòng)監(jiān)測數(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。4#核島及常規(guī)島負(fù)挖爆破每次均安排振動(dòng)監(jiān)測，監(jiān)測點(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。具體的監(jiān)測點(diǎn)位置在每次爆破施工前由監(jiān)測單位根據(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，具體等待時(shí)間應(yīng)結(jié)合爆破振動(dòng)監(jiān)測數(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)測工作和爆破飛石防護(hù)工作，由實(shí)測數(shù)據(jù)總結(jié)適合現(xiàn)場爆破經(jīng)驗(yàn)公式，作為優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)。

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