控制爆破技术在华龙一号核岛负挖工程中的应用

王学兵， 刘治兵， 王明明， 罗 伟， 李付安， 仝文虎

(1. 中国核工业华兴建设有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司， 安徽淮北 235000；3. 深圳市城投爆破工程有限公司， 广东深圳 518040； 4. 深圳市地健工程有限公司， 广东深圳 518040)



控制爆破技术在华龙一号核岛负挖工程中的应用

王学兵1， 刘治兵2， 王明明3， 罗 伟4， 李付安1， 仝文虎1

(1. 中国核工业华兴建设有限公司， 南京 210019；2. 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司， 安徽淮北 235000；3. 深圳市城投爆破工程有限公司， 广东深圳 518040； 4. 深圳市地健工程有限公司， 广东深圳 518040)

摘要：防城港核电项目的核岛负挖爆破工程周围环境复杂，底标高周边结构复杂，建基面和边坡的控制要求高。为确保核岛建基面的平整度和成型边坡的完整性、安全性和美观性，同时控制爆破振动、爆破飞石等有害效应，采用预裂爆破和台阶爆破技术，采取毫秒延时和预留保护层等措施成功实施了华龙一号核岛负挖控制爆破，达到了预期的效果，爆破有害效应得到了有效控制。

关键词：核岛负挖； 控制爆破； 毫秒延时； 预留保护层

1工程概况

1.1概述

防城港核电厂3、4号机组核岛负挖工程，拟建两台“华龙一号”机型压水堆核电机组，单个核岛开挖范围东西最大跨度约为213m，南北最大跨度为171m，其开挖最大深度为16.85m(岛心环廊区域)，环廊周边局部坑槽底标高达到-17.15m。石方爆破量近22.0万m3,边坡预裂面积近1.8万m2。

参考类似核电站爆破施工和其他土石方爆破施工的经验，针对“华龙一号”核岛的特点及要求，进行了爆破参数的设计与优化，成功实现了对“华龙一号”核岛基础负挖的控制爆破。

1.2周围环境

核岛周边有临建场、岗亭、停车场、厂区道路、围网、海工成品混凝土块堆场地和已建成的厂房，见图1。

图1　核岛基坑底标高周边结构示意图Fig.1　Diagram of nuclear pit bottom elevation of surrounding structures

(1)东侧开挖边界线距离临建区域约为85m，距离厂区围栏约为136m，距离最近厂房约181m，距离岗亭、停车场约97m。

(2)南侧开挖边界线靠近海边，距离临时运输道路约为40m。

(3)西侧开挖边界线周边为已经整平的场地，现为海工成品混凝土块堆场。

(4)北侧开挖边界线距离最近的为厂区道路，距离约为64m。

1.3工程特点及难点

(1)特点：工期紧，爆破量大。需90日内完成22万m3的石方爆破开挖，平均每天约2 500m3。核岛基坑的细部结构较多，底标高周边结构复杂，需要保护的设施多。核电厂内爆破振动和爆破飞石的控制要求高。

(2)重点：爆破振动控制要求及标准严格，施工难度大。

①新浇筑混凝土：3天≥龄期>1天的混凝土，允许的质点峰值速度为1.5cm/s；对于7天≥龄期>3天的混凝土，允许的质点峰值速度为2.5cm/s；对于28天≥龄期>7天的混凝土，允许的质点峰值速度为5.0cm/s；

②220kV辅助及施工变电站：质点振动速度峰值应小于0.2cm/s，质点振动加速度不大于0.2g；

③核岛厂房：质点振动加速度不大于0.01g；

④YA/AC/AL等厂房：质点振动速度峰值应小于3cm/s。

(3)难点：在满足核电厂内爆破振动和爆破飞石的控制要求及保证周围设施安全的前提下，短期内完成核岛的爆破开挖，避免超挖和欠挖，确保开挖成型的核岛建基面的平整度与成型边坡的完整性和美观性。

2施工设计

核岛设计开挖顶标高为-0.3m(相对标高)。根据核岛底部的细部结构和施工规划，将待开挖区域分成主体、边坡、环廊及基坑沟槽三个部分，并按开挖深度分为四层进行施工，具体分层如下：

第一层：由-0.30m标高开挖至-6.40m标高，开挖深度为6.10m。

第二层：总体-6.40m标高开挖至-11.00m标高，开挖深度为4.6m。

第三层：对所有-12.01，-12.26，-12.96m及以上标高区域采用预留保护层的方案进行爆破开挖和清理。

第四层：开挖和清理核岛环廊及各沟槽、基坑。

核岛负挖分层爆破开挖典型断面见图2、图3。

图2　3BSX/3BRX区域分层开挖典型断面Fig.2　 Typical profile of 3BSX/3BRX area stratified excavation

图3　3BEJ/3BRX区域分层开挖典型断面Fig.3　Typical profile of 3BEJ/3BRX area stratified excavation

3爆破方案设计

3.1台阶爆破

(1)爆破参数

采用ROCD7液压钻机钻孔，孔径90mm，炸药采用φ70mm或φ60mm的乳化炸药，严格按照核电厂内爆破振动控制要求控制单响药量〔1〕。爆破参数随爆区地形、地质及岩性等变化情况及时调整，以达到理想的爆破效果，具体参数如表1所示。

表1　台阶爆破参数

(2)起爆网路

采用多孔多段毫秒延时起爆，孔内外延时爆破技术，且最大一段药量不大于被保护对象的最大单段药量〔2〕，见图4。

图4　台阶爆破起爆网路示意图 Fig.4　Bench blasting detonating network diagram

3.2预裂爆破

(1)爆破参数

采用ROCD7液压钻机钻孔，孔径90mm，孔深因核岛底标高的不同而不同，孔距根据预裂孔的孔深进行调整，孔内采用φ32mm的乳化炸药，如表2所示。

(2)装药结构及方法

预裂孔分三段采用不耦合间隔装药〔3〕，即顶部减弱装药段，中间正常装药段，底部加强装药段。预裂孔内采用φ32mm的乳化炸药卷绑扎在导爆索上，采用导爆索串联相邻预裂孔〔4〕。装药结构示意图见图5。

表2　预裂爆破参数

图5　预裂孔装药结构示意图Fig.5 　Charge structure of pre-splitting borehole

(3)起爆方式及顺序

导爆管采用预裂孔、主爆孔及缓冲孔依次爆破，预裂孔起爆时间较主爆孔提前至少100ms。

3.3保护层爆破

预留保护层孔底设柔性垫层〔5〕，浅孔小台阶一次爆除。

保护层厚度为1.2 ～1.7m，具体厚度根据基坑底部细部结构的标高和施工分层规划确定。

柔性垫层采用塑料泡沫或空气柱，厚度0～0.2m，具体根据岩性情况和保护层的厚度确定。

(1)爆破参数

采用孔径为90mm的液压钻钻孔，φ32mm乳化炸药、毫秒延时非电雷管起爆，连续装药结构，如表3所示。

表3　保护层爆破参数

(2)装药结构及方法

预留保护层爆破，根据岩性情况，孔底设0 ～0.2m厚的柔性垫层，孔内用φ32mm乳化炸药，采用连续不耦合装药结构，装药结构见图6。

图6　预留保护层爆破装药结构及布孔立面示意图Fig.6　Reserved protective layer blasting charge structure and hole elevation

(3)起爆网路

采用毫秒延时起爆，孔内外延时爆破技术，且最大一段药量不大于被保护对象的最大单段药量，见图7。

图7　预留保护层爆破起爆网路示意图Fig.7　Diagram of reserved protective layer blasting detonation network

3.4核岛环廊爆破

核岛环形廊道深4.85m、宽6.1m，由于该部位施工精度要求高，对核岛环形廊道边坡及底板的超欠挖控制非常严格，因此必须对该部位进行预裂爆破，以保护核岛环廊边坡的完整性。

对于此区域施工，拟在整体施工至-11.00m标高时，为保证核岛环廊边壁基岩的完整性，首先单独进行环廊轮廓线的预裂爆破，然后对核岛进行分层爆破开挖，上层自-11.00m标高向下进行爆破开挖，底部设置1.5m厚的预留保护层。

4爆破安全控制

4.1爆破振动安全控制

(1) 控制最大一段装药量〔6〕。根据萨道夫斯基控制爆破振动速度公式计算爆破振动速度。

Q=R3(v/K)3/α

(1)

式中：v为最大振动速度，cm/s；K、α为与地质地形有关的系数；Q为最大一段装药量，kg；R爆破振动安全允许距离，m。

按核电厂内保护要求最高的保护对象校核最大一段装药量：质点振动速度峰值应为0.2cm/s。根据武汉岩土监测数据回归分析得K=331.70，α=1.82。R=181m带入式(1)计算得Q=29kg。爆破设计方案中的最大单孔装药量为13.7kg，远小于最大一段装药量29kg，故采用逐孔逐响的爆破网路技术，可以满足爆破振动安全控制要求。

(2)采用延时爆破技术，合理选取延时时间及延时段数。根据施工进度和爆破振动安全控制要求，确定延时时间〔7〕，采用多排多段延时起爆，先爆孔爆破后形成炮孔周围岩体的破碎和松裂，可为后爆孔开创内部自由面，以达到降振。

(3)降低台阶高度，减少装药量，负挖台阶分层控制在6.10m以内。

(4)爆破施工过程中，合理设置或人为开创自由面减少岩体过大的夹制作用造成的地面振动和飞石〔8〕。

(5)临近边坡10m时，进行控制爆破，以减小爆破对边坡的振动破坏。

(6)严格控制钻孔超深，过大超深增加爆破振动。

4.2爆破飞石安全控制

(1)飞石距离计算：由于填塞长度过小或最小抵抗线过大形成爆破漏斗效应，或岩石中含有软夹层时，个别飞石可能飞散较远。根据瑞典德汤尼克研究基金会的飞石经验公式估算飞石距离：

RF≤40d/2.54

(2)

式中：RF为飞石飞散距离，m；d为深孔直径9cm；计算得RF≤141m。

根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)的规定，爆破时个别飞石对人员的安全允许距离为R，露天深孔台阶爆破R≥200m，露天浅孔台阶爆破R≥200m(未形成台阶工作面时R≥300m)。因而确定安全警戒范围为爆破中心300m以内的范围。

(2)合理选择爆破临空面的方向。爆破临空面的正前方为飞石主要方向，石渣飞散最远，侧向次之，背向较少。实施爆破作业时利用此特点通过安排自由面方向、梯段起爆顺序、起爆网路结构等，对爆破飞石进行了有效控制。

(3)装药前对孔距、孔深、排距、前排抵抗线和单孔装药量标示进行复核，确保现场实际的孔网参数与设计相符，对不符合设计的爆破参数要采取修正装药量或加强防护等措施以控制飞石现象的发生。

(4)采取覆盖的防护措施来控制爆破飞石风险。具体的覆盖防护措施如下：在爆破区域装填完药后，先在爆区覆盖一层柔性缓冲层(如竹笆片、草席片、纸盒、旧胶质传送带等)，柔性缓冲层覆盖超出爆区边缘50cm，以防爆区边缘飞石飞出；在柔性缓冲层上再覆盖一层细孔钢丝网(直径φ8mm，网格尺寸为200mm×200mm)，钢丝网之间相互牢固连接起来形成整体；在钢丝网之上再压一层砂袋，砂袋呈梅花型错落有致地布置，砂袋间隔距离为1m，爆区紧紧包围在覆盖物下面，使下面碎石无法飞出,见图8。

图8　爆破覆盖示意图Fig.8　Schematic diagram of blasting cover

5结语

(1)在华龙一号核岛负挖的控制爆破中，通过采用预裂爆破和台阶爆破相结合的爆破技术，采取毫秒延时和预留保护层等技术措施，达到了核岛边坡和底板建基面部位的岩石不被过度扰动和破坏、爆破振动得到有效控制的要求。

(2)采用预裂爆破技术进行边坡控制爆破，边坡的超欠挖得到了有效的控制，未对预留的边坡造成损坏，平整度和稳定性较好。

(3)采用“建基物基底水平预裂爆破技术”和“核岛基底岩层保护性爆破技术”进行底板控制爆破，底板未出现欠挖现象，超挖控制在合理范围，未对底板造成扰动。

(4)核岛基坑负挖开挖完成后，基坑成型规则完整，边坡和建基面超挖控制满足设计要求，达到了核岛负挖控制爆破的要求。

(5)核岛基坑清理完毕后，地质编录结果证实，由于爆破开挖控制取得了较好的效果，建基面未产生爆破裂隙，岩体质量完好，满足反应堆对基础的要求。爆破效果见图9。

图9　基坑爆破开挖效果Fig.9　Excavation blasting effect

(6)通过覆盖防护措施，减少了爆破飞石的产生，对爆破飞石的控制起到了辅助作用，实现了防城港核电场内负挖爆破零飞石的目标。

(7)此施工方法可为类似负挖工程的爆破开挖提供经验。采用合理的起爆网路、起爆方法及相应的技术措施可降低爆破振动的影响。

参考文献(References)：

〔1〕 爆破安全规程GB6722-2014[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014[S].Beijing:ChinaStandardsPress, 2014.

〔2〕 汪旭光． 爆破手册[M]． 北京：冶金工业出版社，2010.

WANGXu-guang.Handbookofblasting[M].Beijing:MetallurgicalIndustryPress,2010.

〔3〕 冯桂云，刘长玲.预裂爆破在边坡开挖中的应用研究[J]． 工程爆破,2013，19(4)：25-29.

FENGGui-yun,LIUChang-ling.Applicationofpresplittingblastinginslopeexcavation[J].EngineeringBlasting,2013,19(4):25-29.

〔4〕 汪旭光． 爆破设计与施工[M]． 北京：冶金工业出版社，2011.

WANGXu-guang.Blastingdesignandinstruction[M]．Beijing:MetallurgicalIndustryPress,2011.

〔5〕 汪金元，谢军兵． 保护层一次爆除方法 [J]．爆破,2000，17(1)：192-197.

WANGJin-yuan,XIEJun-bing.Demolitionmethodandexperimentalstudyofone-throughblastingofrockprotectivelayer[J]．Blasting,2000,17(1):192-197.

〔6〕 于亚伦． 工程爆破理论与技术[M]． 北京：冶金工业出版社，2008.

YUYa-lun.TheoryandtechnologyofengineeringBlasting[M]．Beijing:MetallurgicalIndustryPress,2008.

〔7〕 杨仁树，薛华俊，郭东明，等． 青岛地铁3#试验段爆破施工减振实验研究[J]． 工程爆破,2012，18(3)：33-34.

YANGRen-shu,XUEHua-jun,GUODong-ming,etal.Qingdaosubway3#testsectionblastingvibrationexperimentalstudy[J].EngineeringBlasting, 2012, 18 (3) : 33-34.

〔8〕 张若松，王刚，吕晓亮，等． 复杂环境下电缆隧道控制爆破[J]． 工程爆破,2014，20(1)：30-34.

ZHANGRuo-song,WANGGang,LVXiao-liang,etal.Controlcabletunnelblastingundercomplicatedenvironment[J].EngineeringBlasting,2014,20(1):30-34.

文章编号：1006-7051(2016)03-0065-05

收稿日期：2015-05-04

作者简介：王学兵(1980-)，男，工程师，主要从事工程爆破技术研究和爆破设计施工。E-mail： jxhwxb@126.com

中图分类号：TD235.37

文献标识码：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