復(fù)雜環(huán)境下核電站基坑爆破開(kāi)挖技術(shù)

賴(lài)遠(yuǎn)標(biāo) 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(fù)雜環(huán)境下核電站基坑爆破開(kāi)挖技術(shù)。其間通過(guò)優(yōu)化爆破參數(shù)，合理選擇自由面，結(jié)合預(yù)裂爆破、覆蓋防護(hù)等措施控制爆破振動(dòng)和爆破飛散物對(duì)周邊重要設(shè)施的影響。同時(shí)，炮孔底部加設(shè)緩沖墊層，以保護(hù)基巖。實(shí)踐結(jié)果表明，爆破振動(dòng)、爆破飛散物被控制在安全范圍內(nèi)，基巖受到有效保護(hù)，爆破效果良好。

關(guān)鍵詞：基坑爆破;爆破振動(dòng);爆破飛散物;緩沖墊層

中圖分類(lèi)號(hào)：TU60文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(kāi)挖廣泛地運(yùn)用在各項(xiàng)建設(shè)工程中[1]，復(fù)雜環(huán)境下的基坑爆破開(kāi)挖是其中的難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外眾多工程技術(shù)人員和學(xué)者對(duì)此都有研究。朱劍鋒、周鳳儀[2]采取逆向設(shè)計(jì)方法，從爆破振動(dòng)安全閾值開(kāi)始設(shè)計(jì)，進(jìn)而計(jì)算爆破最大單段藥量，設(shè)計(jì)爆破參數(shù)和爆破網(wǎng)路，最后進(jìn)行爆破危害控制設(shè)計(jì)，確保復(fù)雜環(huán)境下城市基坑開(kāi)挖安全。此外，有研究分析了城市復(fù)雜環(huán)境下的基坑爆破開(kāi)挖對(duì)周邊構(gòu)造建筑物的安全影響，采取振動(dòng)監(jiān)測(cè)、參數(shù)優(yōu)化和安全防護(hù)等方法，有效控制爆破危害，保障基坑開(kāi)挖施工安全[3-5];有研究針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下深基坑爆破開(kāi)挖特點(diǎn)，采用預(yù)裂爆破等措施控制爆破振動(dòng)對(duì)周邊構(gòu)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(duì)象，通過(guò)聲波測(cè)試和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，確定30 m處爆破振動(dòng)速度閾值，為基坑爆破開(kāi)挖提供安全依據(jù)[8]。

核電站基坑的開(kāi)挖環(huán)境往往更為復(fù)雜，且對(duì)后續(xù)工程影響較大[8]。采取爆破開(kāi)挖方法時(shí)，人們既要保護(hù)周邊構(gòu)建筑物的安全，又要保證基巖有足夠的強(qiáng)度，確保達(dá)到核電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。本文以某核電站基坑爆破為工程背景，針對(duì)工程特點(diǎn)，提出了適合本工程的基坑爆破開(kāi)挖技術(shù)，可為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

某核電站負(fù)挖工程包括核島負(fù)挖和常規(guī)島負(fù)挖兩部分，存在大量基坑待爆破開(kāi)挖。負(fù)挖區(qū)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(qū)361 m，距離機(jī)修廠534 m，距離220 kV變電站55 m，距離場(chǎng)平A-2區(qū)132 m，距離場(chǎng)平A-3區(qū)205 m，距離C區(qū)123 m。由于工期緊任務(wù)重，負(fù)挖區(qū)域內(nèi)部基坑爆破時(shí)，基坑相鄰部位的構(gòu)筑物往往開(kāi)始施工，已經(jīng)布設(shè)管線(xiàn)并噴射混凝土等，此外，必須確保爆破對(duì)周?chē)鷰r體和基巖的擾動(dòng)在安全范圍內(nèi)，爆破環(huán)境十分復(fù)雜。

場(chǎng)地內(nèi)基巖主要是流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，局部為沉凝灰?guī)r。邊坡各巖土層按從上到下順序分層為粉質(zhì)黏土、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、輝綠巖和閃長(zhǎng)玢巖，整體以強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為主。

2 爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 爆破總體方案

鑒于負(fù)挖區(qū)域需要開(kāi)挖大量深淺不一的基坑，采用分層爆破，設(shè)計(jì)深度3 m以上的采用分層爆破，預(yù)留1.5 m底板保護(hù)層，保護(hù)層以上巖體按照設(shè)計(jì)分2～3層進(jìn)行爆破，為避免破壞保護(hù)層，不做超深;為保護(hù)基巖，保護(hù)層爆破在炮孔底部加設(shè)柔性墊層。基坑邊坡處采用預(yù)裂爆破，以減少爆破振動(dòng)并形成平整邊坡坡面。

保護(hù)層以上巖體具體爆破分層：核島保護(hù)層以上一次爆破到位;常規(guī)島分三層爆破開(kāi)挖，臺(tái)階高度主要為7.6、7.0、6.2 m;聯(lián)合泵房分三層爆破開(kāi)挖，臺(tái)階高度主要為12.0、10.0、8.5 m;環(huán)水廊道分三層爆破開(kāi)挖，臺(tái)階高度主要為7.5 m、10.0 m、9.5m。

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 基坑主體臺(tái)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(tái)階高度依分層高度而定。其爆破參數(shù)如表1所示。

2.2.2 預(yù)裂爆破?；舆吰碌念A(yù)裂爆破采用76 mm炮孔、32 mm乳化炸藥，不耦合系數(shù)為2.375?？拙郲a]=（7～12）[d]（[d]為孔徑）計(jì)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(xiàn)裝藥量因孔底夾制作用，應(yīng)加強(qiáng)裝藥。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般正常裝藥段1～3倍，取[Q底]=2[Q線(xiàn)];頂部接近填塞部位，采用減弱裝藥段，此處[Q弱]=0.5[Q線(xiàn)]。加強(qiáng)裝藥段長(zhǎng)度取0.4～0.6 m，減弱裝藥段長(zhǎng)度取0.5～1.0 m。預(yù)裂爆破預(yù)裂孔首先起爆，形成預(yù)裂面，主炮孔和預(yù)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(jù)應(yīng)力波理論，對(duì)于石灰?guī)r（堅(jiān)固性系數(shù)[f]大于8），采用乳2#巖石化炸藥進(jìn)行爆破，可計(jì)算主爆孔破壞半徑[r]=0.98 m≈1 m。主爆孔與預(yù)裂孔距離[B]為1.0～1.5 m。

預(yù)裂爆破參數(shù)如表2所示。

2.3 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

基坑主體臺(tái)階爆破采用梅花形布孔，逐孔起爆，使用工業(yè)電子雷管，采用自主開(kāi)發(fā)的“大規(guī)模土石方爆破微差間隔時(shí)間的智能優(yōu)化系統(tǒng)V1.0”軟件（軟件著作權(quán)編號(hào)：2018SR434352）進(jìn)行微差時(shí)間設(shè)計(jì)，孔間微差時(shí)間依現(xiàn)場(chǎng)情況而定，取3～22 ms;排間微差時(shí)間逐排增加，一般第一排不小于20 ms。基坑主炮孔裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)裝藥;預(yù)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(dǎo)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(jié)藥卷直接捆綁在導(dǎo)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(jié)藥卷分為4小節(jié)，各自均勻地分布在導(dǎo)爆索上。預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示，爆破網(wǎng)路如圖2所示。

3 爆破安全措施及分析

3.1 爆破振動(dòng)控制措施

核電基坑的開(kāi)挖過(guò)程由于任務(wù)緊，炮區(qū)周邊近距離通常有正在施工的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，常存在新澆筑的混凝土構(gòu)筑物，因此，控制爆破振動(dòng)對(duì)新澆筑混凝土的影響是本工程重點(diǎn)。根據(jù)爆破安全規(guī)程和合同要求，距爆源30 m處基巖面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(dòng)質(zhì)點(diǎn)峰值速度必須符合表3要求。

經(jīng)計(jì)算，30 m基巖振速不大于5 cm/s時(shí)，允許的最大單響裝藥量為40.2 kg。鑒于以上結(jié)果，爆破設(shè)計(jì)和施工時(shí)，一定要根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的齡期和距離安排單段最大裝藥量。

施工時(shí)，采取以下措施控制爆破振動(dòng)：在需要預(yù)裂爆破的邊坡，應(yīng)先起爆預(yù)裂孔，充分形成預(yù)裂縫進(jìn)行減振;采用微差爆破技術(shù)，合理選取微差間隔時(shí)間及微差段數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，孔間微差時(shí)間為7～19 ms，減振效果較好;若與保護(hù)物距離太近，開(kāi)挖減震溝以減振;在同樣的規(guī)模下，可在不同的區(qū)域分片同時(shí)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(diào)整拋擲方向，先起爆距被保護(hù)對(duì)象近的裝藥，后起爆距被保護(hù)對(duì)象遠(yuǎn)的裝藥，這樣后爆裝藥產(chǎn)生的地震波將在已被破碎的巖石介質(zhì)中傳播，一定程度上阻礙了應(yīng)力波的傳播，使保護(hù)對(duì)象所受的破壞得到減輕。

采取以上幾項(xiàng)措施并控制最大單段藥量，施工現(xiàn)場(chǎng)的爆破振動(dòng)得到有效控制，達(dá)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(diǎn)。除合理地設(shè)計(jì)微差時(shí)間、控制最大單響藥量和單次爆破的規(guī)模外，本工程爆破飛散物控制核心方法是采用覆蓋防護(hù)措施。具體的覆蓋防護(hù)措施如下：在爆破區(qū)域裝填完藥后，先在爆區(qū)覆蓋一層竹笆片，覆蓋超出爆區(qū)邊緣50 cm，以防爆區(qū)邊緣飛石飛出;在竹笆片上再覆蓋一層密目式安全網(wǎng);在密目式安全網(wǎng)上再壓一層覆蓋專(zhuān)用橡膠墊，橡膠墊置于炮孔正上方，每個(gè)炮孔壓一個(gè)橡膠墊。具體覆蓋防護(hù)如圖3所示。

3.3 基巖保護(hù)措施

為保護(hù)基巖，采用柔性緩沖墊層置于炮孔底部，減弱爆破爆轟波對(duì)底部巖石的沖擊。施工時(shí)，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(duì)底板的破壞。爆破后形成的小根坎，采用液壓錘進(jìn)行破碎。柔性緩沖墊層采用實(shí)用新型專(zhuān)利“一種基巖保護(hù)層開(kāi)挖爆破柔性墊層結(jié)構(gòu)”（專(zhuān)利號(hào)：201821614430.2）技術(shù)。采用柔性墊層結(jié)構(gòu)，基巖得到了有效的保護(hù)，其超挖量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。柔性墊層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 結(jié)論

采用工業(yè)電子雷管對(duì)爆破微差時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，孔間微差時(shí)間取3～22 ms;排間微差時(shí)間逐排增加，一般第一排不小于20 ms，提高了復(fù)雜環(huán)境下基坑爆破開(kāi)挖的爆破效果。采用預(yù)裂爆破技術(shù)與臺(tái)階爆破技術(shù)相結(jié)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(dòng)對(duì)基坑周邊構(gòu)建筑物的影響。采用底部竹笆，中間密目式覆蓋網(wǎng)，頂部覆蓋專(zhuān)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(shè)置采用新型柔性墊層結(jié)構(gòu)，能夠減緩炸藥對(duì)基巖沖擊，確?；鶐r損傷在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

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