控制爆破技術(shù)在華龍一號核島負(fù)挖工程中的應(yīng)用

王學(xué)兵， 劉治兵， 王明明， 羅 偉， 李付安， 仝文虎

(1. 中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司， 安徽淮北 235000；3. 深圳市城投爆破工程有限公司， 廣東深圳 518040； 4. 深圳市地健工程有限公司， 廣東深圳 518040)

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控制爆破技術(shù)在華龍一號核島負(fù)挖工程中的應(yīng)用

王學(xué)兵1， 劉治兵2， 王明明3， 羅 偉4， 李付安1， 仝文虎1

(1. 中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司， 安徽淮北 235000；3. 深圳市城投爆破工程有限公司， 廣東深圳 518040； 4. 深圳市地健工程有限公司， 廣東深圳 518040)

摘要：防城港核電項目的核島負(fù)挖爆破工程周圍環(huán)境復(fù)雜，底標(biāo)高周邊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建基面和邊坡的控制要求高。為確保核島建基面的平整度和成型邊坡的完整性、安全性和美觀性，同時控制爆破振動、爆破飛石等有害效應(yīng)，采用預(yù)裂爆破和臺階爆破技術(shù)，采取毫秒延時和預(yù)留保護(hù)層等措施成功實施了華龍一號核島負(fù)挖控制爆破，達(dá)到了預(yù)期的效果，爆破有害效應(yīng)得到了有效控制。

關(guān)鍵詞：核島負(fù)挖； 控制爆破； 毫秒延時； 預(yù)留保護(hù)層

1工程概況

1.1概述

防城港核電廠3、4號機組核島負(fù)挖工程，擬建兩臺“華龍一號”機型壓水堆核電機組，單個核島開挖范圍東西最大跨度約為213m，南北最大跨度為171m，其開挖最大深度為16.85m(島心環(huán)廊區(qū)域)，環(huán)廊周邊局部坑槽底標(biāo)高達(dá)到-17.15m。石方爆破量近22.0萬m3,邊坡預(yù)裂面積近1.8萬m2。

參考類似核電站爆破施工和其他土石方爆破施工的經(jīng)驗，針對“華龍一號”核島的特點及要求，進(jìn)行了爆破參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化，成功實現(xiàn)了對“華龍一號”核島基礎(chǔ)負(fù)挖的控制爆破。

1.2周圍環(huán)境

核島周邊有臨建場、崗?fù)?、停車場、廠區(qū)道路、圍網(wǎng)、海工成品混凝土塊堆場地和已建成的廠房，見圖1。

圖1　核島基坑底標(biāo)高周邊結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Diagram of nuclear pit bottom elevation of surrounding structures

(1)東側(cè)開挖邊界線距離臨建區(qū)域約為85m，距離廠區(qū)圍欄約為136m，距離最近廠房約181m，距離崗?fù)?、停車場約97m。

(2)南側(cè)開挖邊界線靠近海邊，距離臨時運輸?shù)缆芳s為40m。

(3)西側(cè)開挖邊界線周邊為已經(jīng)整平的場地，現(xiàn)為海工成品混凝土塊堆場。

(4)北側(cè)開挖邊界線距離最近的為廠區(qū)道路，距離約為64m。

1.3工程特點及難點

(1)特點：工期緊，爆破量大。需90日內(nèi)完成22萬m3的石方爆破開挖，平均每天約2 500m3。核島基坑的細(xì)部結(jié)構(gòu)較多，底標(biāo)高周邊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要保護(hù)的設(shè)施多。核電廠內(nèi)爆破振動和爆破飛石的控制要求高。

(2)重點：爆破振動控制要求及標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，施工難度大。

①新澆筑混凝土：3天≥齡期>1天的混凝土，允許的質(zhì)點峰值速度為1.5cm/s；對于7天≥齡期>3天的混凝土，允許的質(zhì)點峰值速度為2.5cm/s；對于28天≥齡期>7天的混凝土，允許的質(zhì)點峰值速度為5.0cm/s；

②220kV輔助及施工變電站：質(zhì)點振動速度峰值應(yīng)小于0.2cm/s，質(zhì)點振動加速度不大于0.2g；

③核島廠房：質(zhì)點振動加速度不大于0.01g；

④YA/AC/AL等廠房：質(zhì)點振動速度峰值應(yīng)小于3cm/s。

(3)難點：在滿足核電廠內(nèi)爆破振動和爆破飛石的控制要求及保證周圍設(shè)施安全的前提下，短期內(nèi)完成核島的爆破開挖，避免超挖和欠挖，確保開挖成型的核島建基面的平整度與成型邊坡的完整性和美觀性。

2施工設(shè)計

核島設(shè)計開挖頂標(biāo)高為-0.3m(相對標(biāo)高)。根據(jù)核島底部的細(xì)部結(jié)構(gòu)和施工規(guī)劃，將待開挖區(qū)域分成主體、邊坡、環(huán)廊及基坑溝槽三個部分，并按開挖深度分為四層進(jìn)行施工，具體分層如下：

第一層：由-0.30m標(biāo)高開挖至-6.40m標(biāo)高，開挖深度為6.10m。

第二層：總體-6.40m標(biāo)高開挖至-11.00m標(biāo)高，開挖深度為4.6m。

第三層：對所有-12.01，-12.26，-12.96m及以上標(biāo)高區(qū)域采用預(yù)留保護(hù)層的方案進(jìn)行爆破開挖和清理。

第四層：開挖和清理核島環(huán)廊及各溝槽、基坑。

核島負(fù)挖分層爆破開挖典型斷面見圖2、圖3。

圖2　3BSX/3BRX區(qū)域分層開挖典型斷面Fig.2　 Typical profile of 3BSX/3BRX area stratified excavation

圖3　3BEJ/3BRX區(qū)域分層開挖典型斷面Fig.3　Typical profile of 3BEJ/3BRX area stratified excavation

3爆破方案設(shè)計

3.1臺階爆破

(1)爆破參數(shù)

采用ROCD7液壓鉆機鉆孔，孔徑90mm，炸藥采用φ70mm或φ60mm的乳化炸藥，嚴(yán)格按照核電廠內(nèi)爆破振動控制要求控制單響藥量〔1〕。爆破參數(shù)隨爆區(qū)地形、地質(zhì)及巖性等變化情況及時調(diào)整，以達(dá)到理想的爆破效果，具體參數(shù)如表1所示。

表1　臺階爆破參數(shù)

(2)起爆網(wǎng)路

采用多孔多段毫秒延時起爆，孔內(nèi)外延時爆破技術(shù)，且最大一段藥量不大于被保護(hù)對象的最大單段藥量〔2〕，見圖4。

圖4　臺階爆破起爆網(wǎng)路示意圖 Fig.4　Bench blasting detonating network diagram

3.2預(yù)裂爆破

(1)爆破參數(shù)

采用ROCD7液壓鉆機鉆孔，孔徑90mm，孔深因核島底標(biāo)高的不同而不同，孔距根據(jù)預(yù)裂孔的孔深進(jìn)行調(diào)整，孔內(nèi)采用φ32mm的乳化炸藥，如表2所示。

(2)裝藥結(jié)構(gòu)及方法

預(yù)裂孔分三段采用不耦合間隔裝藥〔3〕，即頂部減弱裝藥段，中間正常裝藥段，底部加強裝藥段。預(yù)裂孔內(nèi)采用φ32mm的乳化炸藥卷綁扎在導(dǎo)爆索上，采用導(dǎo)爆索串聯(lián)相鄰預(yù)裂孔〔4〕。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

表2　預(yù)裂爆破參數(shù)

圖5　預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 　Charge structure of pre-splitting borehole

(3)起爆方式及順序

導(dǎo)爆管采用預(yù)裂孔、主爆孔及緩沖孔依次爆破，預(yù)裂孔起爆時間較主爆孔提前至少100ms。

3.3保護(hù)層爆破

預(yù)留保護(hù)層孔底設(shè)柔性墊層〔5〕，淺孔小臺階一次爆除。

保護(hù)層厚度為1.2 ～1.7m，具體厚度根據(jù)基坑底部細(xì)部結(jié)構(gòu)的標(biāo)高和施工分層規(guī)劃確定。

柔性墊層采用塑料泡沫或空氣柱，厚度0～0.2m，具體根據(jù)巖性情況和保護(hù)層的厚度確定。

(1)爆破參數(shù)

采用孔徑為90mm的液壓鉆鉆孔，φ32mm乳化炸藥、毫秒延時非電雷管起爆，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，如表3所示。

表3　保護(hù)層爆破參數(shù)

(2)裝藥結(jié)構(gòu)及方法

預(yù)留保護(hù)層爆破，根據(jù)巖性情況，孔底設(shè)0 ～0.2m厚的柔性墊層，孔內(nèi)用φ32mm乳化炸藥，采用連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6　預(yù)留保護(hù)層爆破裝藥結(jié)構(gòu)及布孔立面示意圖Fig.6　Reserved protective layer blasting charge structure and hole elevation

(3)起爆網(wǎng)路

采用毫秒延時起爆，孔內(nèi)外延時爆破技術(shù)，且最大一段藥量不大于被保護(hù)對象的最大單段藥量，見圖7。

圖7　預(yù)留保護(hù)層爆破起爆網(wǎng)路示意圖Fig.7　Diagram of reserved protective layer blasting detonation network

3.4核島環(huán)廊爆破

核島環(huán)形廊道深4.85m、寬6.1m，由于該部位施工精度要求高，對核島環(huán)形廊道邊坡及底板的超欠挖控制非常嚴(yán)格，因此必須對該部位進(jìn)行預(yù)裂爆破，以保護(hù)核島環(huán)廊邊坡的完整性。

對于此區(qū)域施工，擬在整體施工至-11.00m標(biāo)高時，為保證核島環(huán)廊邊壁基巖的完整性，首先單獨進(jìn)行環(huán)廊輪廓線的預(yù)裂爆破，然后對核島進(jìn)行分層爆破開挖，上層自-11.00m標(biāo)高向下進(jìn)行爆破開挖，底部設(shè)置1.5m厚的預(yù)留保護(hù)層。

4爆破安全控制

4.1爆破振動安全控制

(1) 控制最大一段裝藥量〔6〕。根據(jù)薩道夫斯基控制爆破振動速度公式計算爆破振動速度。

Q=R3(v/K)3/α

(1)

式中：v為最大振動速度，cm/s；K、α為與地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)；Q為最大一段裝藥量，kg；R爆破振動安全允許距離，m。

按核電廠內(nèi)保護(hù)要求最高的保護(hù)對象校核最大一段裝藥量：質(zhì)點振動速度峰值應(yīng)為0.2cm/s。根據(jù)武漢巖土監(jiān)測數(shù)據(jù)回歸分析得K=331.70，α=1.82。R=181m帶入式(1)計算得Q=29kg。爆破設(shè)計方案中的最大單孔裝藥量為13.7kg，遠(yuǎn)小于最大一段裝藥量29kg，故采用逐孔逐響的爆破網(wǎng)路技術(shù)，可以滿足爆破振動安全控制要求。

(2)采用延時爆破技術(shù)，合理選取延時時間及延時段數(shù)。根據(jù)施工進(jìn)度和爆破振動安全控制要求，確定延時時間〔7〕，采用多排多段延時起爆，先爆孔爆破后形成炮孔周圍巖體的破碎和松裂，可為后爆孔開創(chuàng)內(nèi)部自由面，以達(dá)到降振。

(3)降低臺階高度，減少裝藥量，負(fù)挖臺階分層控制在6.10m以內(nèi)。

(4)爆破施工過程中，合理設(shè)置或人為開創(chuàng)自由面減少巖體過大的夾制作用造成的地面振動和飛石〔8〕。

(5)臨近邊坡10m時，進(jìn)行控制爆破，以減小爆破對邊坡的振動破壞。

(6)嚴(yán)格控制鉆孔超深，過大超深增加爆破振動。

4.2爆破飛石安全控制

(1)飛石距離計算：由于填塞長度過小或最小抵抗線過大形成爆破漏斗效應(yīng)，或巖石中含有軟夾層時，個別飛石可能飛散較遠(yuǎn)。根據(jù)瑞典德湯尼克研究基金會的飛石經(jīng)驗公式估算飛石距離：

RF≤40d/2.54

(2)

式中：RF為飛石飛散距離，m；d為深孔直徑9cm；計算得RF≤141m。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)的規(guī)定，爆破時個別飛石對人員的安全允許距離為R，露天深孔臺階爆破R≥200m，露天淺孔臺階爆破R≥200m(未形成臺階工作面時R≥300m)。因而確定安全警戒范圍為爆破中心300m以內(nèi)的范圍。

(2)合理選擇爆破臨空面的方向。爆破臨空面的正前方為飛石主要方向，石渣飛散最遠(yuǎn)，側(cè)向次之，背向較少。實施爆破作業(yè)時利用此特點通過安排自由面方向、梯段起爆順序、起爆網(wǎng)路結(jié)構(gòu)等，對爆破飛石進(jìn)行了有效控制。

(3)裝藥前對孔距、孔深、排距、前排抵抗線和單孔裝藥量標(biāo)示進(jìn)行復(fù)核，確?，F(xiàn)場實際的孔網(wǎng)參數(shù)與設(shè)計相符，對不符合設(shè)計的爆破參數(shù)要采取修正裝藥量或加強防護(hù)等措施以控制飛石現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)采取覆蓋的防護(hù)措施來控制爆破飛石風(fēng)險。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)覆蓋一層柔性緩沖層(如竹笆片、草席片、紙盒、舊膠質(zhì)傳送帶等)，柔性緩沖層覆蓋超出爆區(qū)邊緣50cm，以防爆區(qū)邊緣飛石飛出；在柔性緩沖層上再覆蓋一層細(xì)孔鋼絲網(wǎng)(直徑φ8mm，網(wǎng)格尺寸為200mm×200mm)，鋼絲網(wǎng)之間相互牢固連接起來形成整體；在鋼絲網(wǎng)之上再壓一層砂袋，砂袋呈梅花型錯落有致地布置，砂袋間隔距離為1m，爆區(qū)緊緊包圍在覆蓋物下面，使下面碎石無法飛出,見圖8。

圖8　爆破覆蓋示意圖Fig.8　Schematic diagram of blasting cover

5結(jié)語

(1)在華龍一號核島負(fù)挖的控制爆破中，通過采用預(yù)裂爆破和臺階爆破相結(jié)合的爆破技術(shù)，采取毫秒延時和預(yù)留保護(hù)層等技術(shù)措施，達(dá)到了核島邊坡和底板建基面部位的巖石不被過度擾動和破壞、爆破振動得到有效控制的要求。

(2)采用預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡控制爆破，邊坡的超欠挖得到了有效的控制，未對預(yù)留的邊坡造成損壞，平整度和穩(wěn)定性較好。

(3)采用“建基物基底水平預(yù)裂爆破技術(shù)”和“核島基底巖層保護(hù)性爆破技術(shù)”進(jìn)行底板控制爆破，底板未出現(xiàn)欠挖現(xiàn)象，超挖控制在合理范圍，未對底板造成擾動。

(4)核島基坑負(fù)挖開挖完成后，基坑成型規(guī)則完整，邊坡和建基面超挖控制滿足設(shè)計要求，達(dá)到了核島負(fù)挖控制爆破的要求。

(5)核島基坑清理完畢后，地質(zhì)編錄結(jié)果證實，由于爆破開挖控制取得了較好的效果，建基面未產(chǎn)生爆破裂隙，巖體質(zhì)量完好，滿足反應(yīng)堆對基礎(chǔ)的要求。爆破效果見圖9。

圖9　基坑爆破開挖效果Fig.9　Excavation blasting effect

(6)通過覆蓋防護(hù)措施，減少了爆破飛石的產(chǎn)生，對爆破飛石的控制起到了輔助作用，實現(xiàn)了防城港核電場內(nèi)負(fù)挖爆破零飛石的目標(biāo)。

(7)此施工方法可為類似負(fù)挖工程的爆破開挖提供經(jīng)驗。采用合理的起爆網(wǎng)路、起爆方法及相應(yīng)的技術(shù)措施可降低爆破振動的影響。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0065-05

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：王學(xué)兵(1980-)，男，工程師，主要從事工程爆破技術(shù)研究和爆破設(shè)計施工。E-mail： jxhwxb@126.com

中圖分類號：TD235.37

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.014

ControlledblastingtechnologyinHualongNo.1nuclearnegativeexcavationengineering

WANGXue-bing1，LIUZhi-bing2，WANGMing-ming3，LUOWei4，LIFu-an1，TONGWen-hu1

(1.ChinaNuclearIndustryHuaxingConstructionCompanyLimited,Nanjing210019,China；2.ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupBlastingTechnologyResearchInstitute,Huaibei235000,Anhui,China；3.ShenzhenChengtouBlastingEngineeringCo.,Ltd.,Shenzhen518040,Guangdong,China；4.ShenzhenDijianEngineeringCo.,Ltd.,Shenzhen518040,Guangdong,China)

ABSTRACT：Surroundings of nuclear island negative excavation blasting of Fangchenggang nuclear power project is of great complexity, including complicated structures around bottom elevation and high-control requirement of foundation plane and slopes. In order to ensure that the roughness of foundation plane and integrity, security and aesthetics of slopes, adverse effect of blasting vibration and fly rocks were controlled and pre-splitting blasting and bench blasting were applied. Measures of millisecond delay and reserved protective layers were also taken, so controlled blasting of nuclear island was conducted successfully. The expected effects with rough foundation and integrated, safe and aesthetic slopes were achieved, and adverse effect was effectively controlled as well.

KEY WORDS:Nuclear island negative excavation; Controlled blasting; Millisecond delay; Reserved protective layer