控制爆破技術在華龍一號核島負挖工程中的應用

王學兵， 劉治兵， 王明明， 羅 偉， 李付安， 仝文虎

(1. 中國核工業華興建設有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司， 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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控制爆破技術在華龍一號核島負挖工程中的應用

王學兵1， 劉治兵2， 王明明3， 羅 偉4， 李付安1， 仝文虎1

(1. 中國核工業華興建設有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司， 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挖爆破工程周圍環境復雜，底標高周邊結構復雜，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，采用預裂爆破和臺階爆破技術，采取毫秒延時和預留保護層等措施成功實施了華龍一號核島負挖控制爆破，達到了預期的效果，爆破有害效應得到了有效控制。

關鍵詞：核島負挖； 控制爆破； 毫秒延時； 預留保護層

1工程概況

1.1概述

防城港核電廠3、4號機組核島負挖工程，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(島心環廊區域)，環廊周邊局部坑槽底標高達到-17.15m。石方爆破量近22.0萬m3,邊坡預裂面積近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驗，針對“華龍一號”核島的特點及要求，進行了爆破參數的設計與優化，成功實現了對“華龍一號”核島基礎負挖的控制爆破。

1.2周圍環境

核島周邊有臨建場、崗亭、停車場、廠區道路、圍網、海工成品混凝土塊堆場地和已建成的廠房，見圖1。

圖1　核島基坑底標高周邊結構示意圖Fig.1　Diagram of nuclear pit bottom elevation of surrounding structures

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

(2)南側開挖邊界線靠近海邊，距離臨時運輸道路約為40m。

(3)西側開挖邊界線周邊為已經整平的場地，現為海工成品混凝土塊堆場。

(4)北側開挖邊界線距離最近的為廠區道路，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。核島基坑的細部結構較多，底標高周邊結構復雜，需要保護的設施多。核電廠內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準嚴格，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，允許的質點峰值速度為5.0cm/s；

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

③核島廠房：質點振動加速度不大于0.01g；

④YA/AC/AL等廠房：質點振動速度峰值應小于3cm/s。

(3)難點：在滿足核電廠內爆破振動和爆破飛石的控制要求及保證周圍設施安全的前提下，短期內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施工設計

核島設計開挖頂標高為-0.3m(相對標高)。根據核島底部的細部結構和施工規劃，將待開挖區域分成主體、邊坡、環廊及基坑溝槽三個部分，并按開挖深度分為四層進行施工，具體分層如下：

第一層：由-0.30m標高開挖至-6.40m標高，開挖深度為6.10m。

第二層：總體-6.40m標高開挖至-11.00m標高，開挖深度為4.6m。

第三層：對所有-12.01，-12.26，-12.96m及以上標高區域采用預留保護層的方案進行爆破開挖和清理。

第四層：開挖和清理核島環廊及各溝槽、基坑。

核島負挖分層爆破開挖典型斷面見圖2、圖3。

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

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

3爆破方案設計

3.1臺階爆破

(1)爆破參數

采用ROCD7液壓鉆機鉆孔，孔徑90mm，炸藥采用φ70mm或φ60mm的乳化炸藥，嚴格按照核電廠內爆破振動控制要求控制單響藥量〔1〕。爆破參數隨爆區地形、地質及巖性等變化情況及時調整，以達到理想的爆破效果，具體參數如表1所示。

表1　臺階爆破參數

(2)起爆網路

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

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

3.2預裂爆破

(1)爆破參數

采用ROCD7液壓鉆機鉆孔，孔徑90mm，孔深因核島底標高的不同而不同，孔距根據預裂孔的孔深進行調整，孔內采用φ32mm的乳化炸藥，如表2所示。

(2)裝藥結構及方法

預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。預裂孔內采用φ32mm的乳化炸藥卷綁扎在導爆索上，采用導爆索串聯相鄰預裂孔〔4〕。裝藥結構示意圖見圖5。

表2　預裂爆破參數

圖5　預裂孔裝藥結構示意圖Fig.5 　Charge structure of pre-splitting borehole

(3)起爆方式及順序

導爆管采用預裂孔、主爆孔及緩沖孔依次爆破，預裂孔起爆時間較主爆孔提前至少100ms。

3.3保護層爆破

預留保護層孔底設柔性墊層〔5〕，淺孔小臺階一次爆除。

保護層厚度為1.2 ～1.7m，具體厚度根據基坑底部細部結構的標高和施工分層規劃確定。

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

(1)爆破參數

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，連續裝藥結構，如表3所示。

表3　保護層爆破參數

(2)裝藥結構及方法

預留保護層爆破，根據巖性情況，孔底設0 ～0.2m厚的柔性墊層，孔內用φ32mm乳化炸藥，采用連續不耦合裝藥結構，裝藥結構見圖6。

圖6　預留保護層爆破裝藥結構及布孔立面示意圖Fig.6　Reserved protective layer blasting charge structure and hole elevation

(3)起爆網路

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

圖7　預留保護層爆破起爆網路示意圖Fig.7　Diagram of reserved protective layer blasting detonation network

3.4核島環廊爆破

核島環形廊道深4.85m、寬6.1m，由于該部位施工精度要求高，對核島環形廊道邊坡及底板的超欠挖控制非常嚴格，因此必須對該部位進行預裂爆破，以保護核島環廊邊坡的完整性。

對于此區域施工，擬在整體施工至-11.00m標高時，為保證核島環廊邊壁基巖的完整性，首先單獨進行環廊輪廓線的預裂爆破，然后對核島進行分層爆破開挖，上層自-11.00m標高向下進行爆破開挖，底部設置1.5m厚的預留保護層。

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為與地質地形有關的系數；Q為最大一段裝藥量，kg；R爆破振動安全允許距離，m。

按核電廠內保護要求最高的保護對象校核最大一段裝藥量：質點振動速度峰值應為0.2cm/s。根據武漢巖土監測數據回歸分析得K=331.70，α=1.82。R=181m帶入式(1)計算得Q=29kg。爆破設計方案中的最大單孔裝藥量為13.7kg，遠小于最大一段裝藥量29kg，故采用逐孔逐響的爆破網路技術，可以滿足爆破振動安全控制要求。

(2)采用延時爆破技術，合理選取延時時間及延時段數。根據施工進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，可為后爆孔開創內部自由面，以達到降振。

(3)降低臺階高度，減少裝藥量，負挖臺階分層控制在6.10m以內。

(4)爆破施工過程中，合理設置或人為開創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，進行控制爆破，以減小爆破對邊坡的振動破壞。

(6)嚴格控制鉆孔超深，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，或巖石中含有軟夾層時，個別飛石可能飛散較遠。根據瑞典德湯尼克研究基金會的飛石經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《爆破安全規程》(GB6722-2014)的規定，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，側向次之，背向較少。實施爆破作業時利用此特點通過安排自由面方向、梯段起爆順序、起爆網路結構等，對爆破飛石進行了有效控制。

(3)裝藥前對孔距、孔深、排距、前排抵抗線和單孔裝藥量標示進行復核，確保現場實際的孔網參數與設計相符，對不符合設計的爆破參數要采取修正裝藥量或加強防護等措施以控制飛石現象的發生。

(4)采取覆蓋的防護措施來控制爆破飛石風險。具體的覆蓋防護措施如下：在爆破區域裝填完藥后，先在爆區覆蓋一層柔性緩沖層(如竹笆片、草席片、紙盒、舊膠質傳送帶等)，柔性緩沖層覆蓋超出爆區邊緣50cm，以防爆區邊緣飛石飛出；在柔性緩沖層上再覆蓋一層細孔鋼絲網(直徑φ8mm，網格尺寸為200mm×200mm)，鋼絲網之間相互牢固連接起來形成整體；在鋼絲網之上再壓一層砂袋，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結語

(1)在華龍一號核島負挖的控制爆破中，通過采用預裂爆破和臺階爆破相結合的爆破技術，采取毫秒延時和預留保護層等技術措施，達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)采用預裂爆破技術進行邊坡控制爆破，邊坡的超欠挖得到了有效的控制，未對預留的邊坡造成損壞，平整度和穩定性較好。

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

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

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

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

(6)通過覆蓋防護措施，減少了爆破飛石的產生，對爆破飛石的控制起到了輔助作用，實現了防城港核電場內負挖爆破零飛石的目標。

(7)此施工方法可為類似負挖工程的爆破開挖提供經驗。采用合理的起爆網路、起爆方法及相應的技術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：王學兵(1980-)，男，工程師，主要從事工程爆破技術研究和爆破設計施工。E-mail： jxhwxb@126.com

中圖分類號：TD235.37

文獻標識碼：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