复杂环境下核电站基坑爆破开挖技术

赖远标 黄景东 杨子平 王永健 罗日奎

摘 要：本文以某沿海城市在建核电站基坑爆破为例，介绍了复杂环境下核电站基坑爆破开挖技术。其间通过优化爆破参数，合理选择自由面，结合预裂爆破、覆盖防护等措施控制爆破振动和爆破飞散物对周边重要设施的影响。同时，炮孔底部加设缓冲垫层，以保护基岩。实践结果表明，爆破振动、爆破飞散物被控制在安全范围内，基岩受到有效保护，爆破效果良好。

关键词：基坑爆破;爆破振动;爆破飞散物;缓冲垫层

中图分类号：TU60文献标识码：A文章编号：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，基坑爆破開挖广泛地运用在各项建设工程中[1]，复杂环境下的基坑爆破开挖是其中的难点，国内外众多工程技术人员和学者对此都有研究。朱剑锋、周凤仪[2]采取逆向设计方法，从爆破振动安全阈值开始设计，进而计算爆破最大单段药量，设计爆破参数和爆破网路，最后进行爆破危害控制设计，确保复杂环境下城市基坑开挖安全。此外，有研究分析了城市复杂环境下的基坑爆破开挖对周边构造建筑物的安全影响，采取振动监测、参数优化和安全防护等方法，有效控制爆破危害，保障基坑开挖施工安全[3-5];有研究针对复杂环境下深基坑爆破开挖特点，采用预裂爆破等措施控制爆破振动对周边构建筑物的影响，确保安全[6-7];还有研究以宁德核电站核岛基坑爆破为研究对象，通过声波测试和爆破振动监测，确定30 m处爆破振动速度阈值，为基坑爆破开挖提供安全依据[8]。

核电站基坑的开挖环境往往更为复杂，且对后续工程影响较大[8]。采取爆破开挖方法时，人们既要保护周边构建筑物的安全，又要保证基岩有足够的强度，确保达到核电站建设标准。本文以某核电站基坑爆破为工程背景，针对工程特点，提出了适合本工程的基坑爆破开挖技术，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

某核电站负挖工程包括核岛负挖和常规岛负挖两部分，存在大量基坑待爆破开挖。负挖区域边缘距离新渔老村民房957 m，距离沙浦村民房1 076 m，距离临建区361 m，距离机修厂534 m，距离220 kV变电站55 m，距离场平A-2区132 m，距离场平A-3区205 m，距离C区123 m。由于工期紧任务重，负挖区域内部基坑爆破时，基坑相邻部位的构筑物往往开始施工，已经布设管线并喷射混凝土等，此外，必须确保爆破对周围岩体和基岩的扰动在安全范围内，爆破环境十分复杂。

场地内基岩主要是流纹质熔结凝灰岩，局部为沉凝灰岩。边坡各岩土层按从上到下顺序分层为粉质黏土、流纹质熔结凝灰岩、沉凝灰岩、辉绿岩和闪长玢岩，整体以强风化和中等风化流纹质熔结凝灰岩为主。

2 爆破方案设计

2.1 爆破总体方案

鉴于负挖区域需要开挖大量深浅不一的基坑，采用分层爆破，设计深度3 m以上的采用分层爆破，预留1.5 m底板保护层，保护层以上岩体按照设计分2～3层进行爆破，为避免破坏保护层，不做超深;为保护基岩，保护层爆破在炮孔底部加设柔性垫层。基坑边坡处采用预裂爆破，以减少爆破振动并形成平整边坡坡面。

保护层以上岩体具体爆破分层：核岛保护层以上一次爆破到位;常规岛分三层爆破开挖，台阶高度主要为7.6、7.0、6.2 m;联合泵房分三层爆破开挖，台阶高度主要为12.0、10.0、8.5 m;环水廊道分三层爆破开挖，台阶高度主要为7.5 m、10.0 m、9.5m。

2.2 爆破参数设计

2.2.1 基坑主体台阶爆破。基坑主体爆破采用76mm和89mm两种炮孔，炸药选用60 mm乳化炸药，垂直钻孔，台阶高度依分层高度而定。其爆破参数如表1所示。

2.2.2 预裂爆破。基坑边坡的预裂爆破采用76 mm炮孔、32 mm乳化炸药，不耦合系数为2.375。孔距[a]=（7～12）[d]（[d]为孔径）计算，岩石完整取1.0 m，不完整取0.8 m，廊道取0.6 m。底部线装药量因孔底夹制作用，应加强装药。据经验，一般正常装药段1～3倍，取[Q底]=2[Q线];顶部接近填塞部位，采用减弱装药段，此处[Q弱]=0.5[Q线]。加强装药段长度取0.4～0.6 m，减弱装药段长度取0.5～1.0 m。预裂爆破预裂孔首先起爆，形成预裂面，主炮孔和预裂孔底部的合理距离取决于主爆孔的破坏半径，为1.3～1.5倍。根据应力波理论，对于石灰岩（坚固性系数[f]大于8），采用乳2#岩石化炸药进行爆破，可计算主爆孔破坏半径[r]=0.98 m≈1 m。主爆孔与预裂孔距离[B]为1.0～1.5 m。

预裂爆破参数如表2所示。

2.3 爆破网路设计

基坑主体台阶爆破采用梅花形布孔，逐孔起爆，使用工业电子雷管，采用自主开发的“大规模土石方爆破微差间隔时间的智能优化系统V1.0”软件（软件著作权编号：2018SR434352）进行微差时间设计，孔间微差时间依现场情况而定，取3～22 ms;排间微差时间逐排增加，一般第一排不小于20 ms。基坑主炮孔装药结构采用连续装药;预裂爆破采用不耦合间隔装药，分三段，即顶部药段、正常药段、减弱药段。将[Φ]32 mm的乳化炸药药卷捆绑在导爆索上，顺着钻孔方向下至孔底。基坑主体边坡部位的正常装药段按一定间距将整节药卷直接捆绑在导爆索上，减弱段将药卷分成两半按等间距分布;廊道基坑部位的正常段将药卷分成两半，减弱段将整节药卷分为4小节，各自均匀地分布在导爆索上。预裂爆破装药结构如图1所示，爆破网路如图2所示。

3 爆破安全措施及分析

3.1 爆破振动控制措施

核电基坑的开挖过程由于任务紧，炮区周边近距离通常有正在施工的基础结构，常存在新浇筑的混凝土构筑物，因此，控制爆破振动对新浇筑混凝土的影响是本工程重点。根据爆破安全规程和合同要求，距爆源30 m处基岩面质点振动速度峰值不大于5 cm/s，且混凝土不同龄期须控制的爆破振动质点峰值速度必须符合表3要求。

经计算，30 m基岩振速不大于5 cm/s时，允许的最大单响装药量为40.2 kg。鉴于以上结果，爆破设计和施工时，一定要根据被保护对象的龄期和距离安排单段最大装药量。

施工时，采取以下措施控制爆破振动：在需要预裂爆破的边坡，应先起爆预裂孔，充分形成预裂缝进行减振;采用微差爆破技术，合理选取微差间隔时间及微差段数，现场实践表明，孔间微差时间为7～19 ms，减振效果较好;若与保护物距离太近，开挖减震沟以减振;在同样的规模下，可在不同的区域分片同时起爆，既起到减振效果，又不影响整体工期;控制传爆方向，灵活调整抛掷方向，先起爆距被保护对象近的装药，后起爆距被保护对象远的装药，这样后爆装药产生的地震波将在已被破碎的岩石介质中传播，一定程度上阻碍了应力波的传播，使保护对象所受的破坏得到减轻。

采取以上几项措施并控制最大单段药量，施工现场的爆破振动得到有效控制，达到安全要求。

3.2 爆破飞散物控制措施

爆破飞散物的控制是本工程爆破安全的重点。除合理地设计微差时间、控制最大单响药量和单次爆破的规模外，本工程爆破飞散物控制核心方法是采用覆盖防护措施。具体的覆盖防护措施如下：在爆破区域装填完药后，先在爆区覆盖一层竹笆片，覆盖超出爆区边缘50 cm，以防爆区边缘飞石飞出;在竹笆片上再覆盖一层密目式安全网;在密目式安全网上再压一层覆盖专用橡胶垫，橡胶垫置于炮孔正上方，每个炮孔压一个橡胶垫。具体覆盖防护如图3所示。

3.3 基岩保护措施

为保护基岩，采用柔性缓冲垫层置于炮孔底部，减弱爆破爆轰波对底部岩石的冲击。施工时，将爆破的炮孔底部落在建基面上，不加超深，孔底垫20 cm的柔性缓冲垫层，再装药起爆，可避免对底板的破坏。爆破后形成的小根坎，采用液压锤进行破碎。柔性缓冲垫层采用实用新型专利“一种基岩保护层开挖爆破柔性垫层结构”（专利号：201821614430.2）技术。采用柔性垫层结构，基岩得到了有效的保护，其超挖量控制在设计范围内。柔性垫层结构如图4所示。

4 结论

采用工业电子雷管对爆破微差时间进行优化，孔间微差时间取3～22 ms;排间微差时间逐排增加，一般第一排不小于20 ms，提高了复杂环境下基坑爆破开挖的爆破效果。采用预裂爆破技术与台阶爆破技术相结合，控制最大单响药量，灵活选择自由面控制抛掷方向等措施，有效控制了爆破振动对基坑周边构建筑物的影响。采用底部竹笆，中间密目式覆盖网，顶部覆盖专用橡胶垫措施，有效控制了爆破飞散物，确保爆破安全。在炮孔底部设置采用新型柔性垫层结构，能够减缓炸药对基岩冲击，确保基岩损伤在设计要求范围内。

参考文献：

[1]刘明.紧邻建（构）筑物地铁车站深基坑爆破开挖技术及开挖变形特性研究[D].南宁：广西大学，2019：22-23.

[2]朱剑锋，周凤仪.城市基坑爆破法开挖的技术控制[J].采矿技术，2016（6）：88-90.

[3]史鹏，段景川.基坑爆破施工對邻近建筑物动力影响研究[J].天津建设科技，2019（3）：20-24.

[4]孙东瑞.复杂条件下城市地铁车站基坑爆破开挖技术[J].铁道建筑技术，2014（1）：214-217.

[5]王德宝，马宏昊，沈兆武，等.城市复杂环境下基坑爆破降振及振动监测[J].工程爆破，2015（1）：47-51.

[6]王延波，申祖武，蒋尚志，等.狭小空间超深基坑爆破安全控制研究[J].施工技术，2019（22）：63-66.

[7]潘从贵.拱座深基坑爆破开挖施工技术[J].交通科技，2016（5）：31-34.

[8]谢冰，李海波，刘亚群，等.宁德核电站核岛基坑爆破开挖安全控制研究[J].岩石力学与工程学报，2009（8）：1571-1578.