陳作彬

(核工業(yè)南京建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇南京 210003)

田灣核電站 5號(hào)、6號(hào)機(jī)組負(fù)挖爆破設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制

陳作彬

(核工業(yè)南京建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇南京 210003)

綜述了在商業(yè)運(yùn)行的核電站周邊進(jìn)行核島負(fù)挖爆破的設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制,尤其對(duì)負(fù)挖預(yù)裂爆破和核島廊道爆破技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了較詳細(xì)的表述,為類似核電負(fù)挖工程提供借鑒。

核島負(fù)挖;預(yù)裂爆破;廊道爆破;質(zhì)量安全控制

1 工程概況

我公司承接的江蘇田灣核電 5號(hào)、6號(hào)機(jī)組負(fù)挖爆破,核島開挖區(qū)最大長(zhǎng)度 152170 m,最寬約100145 m,底板高程主要為 -10115 m。兩個(gè)半徑15135 m、寬 5140 m的核島廊道底標(biāo)高為 -13138 m;兩個(gè)反應(yīng)堆廠房中間布置有核輔助廠房,底板標(biāo)高為 -7165 m;兩個(gè)反應(yīng)堆廠房北邊各有一條 2018 m×315 m×1170 m的溝,溝底標(biāo)高 -11185 m。負(fù)挖開挖區(qū)域東邊和北邊正在進(jìn)行場(chǎng)平爆破施工,施工人員和設(shè)備較多,東邊距正在運(yùn)營(yíng)的 2號(hào)核島主控室約 500 m,一條過(guò)境道路從南側(cè)經(jīng)過(guò),周邊環(huán)境較為復(fù)雜。

核島負(fù)挖爆破質(zhì)量要求等級(jí)高,設(shè)計(jì)要求最終開挖不得欠挖,邊坡預(yù)裂爆破超出設(shè)計(jì)線不大于 15 cm;底板超挖不大于 20 cm;超出開挖線部分用置換混凝土填充。

針對(duì)開挖區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜、需要保護(hù)的目標(biāo)多、爆破質(zhì)量要求等級(jí)高的特點(diǎn),項(xiàng)目部對(duì)爆破工作進(jìn)行了認(rèn)真的分析布置。尤其針對(duì)擬建的 3、4號(hào)機(jī)組建 (構(gòu))筑物和正在商業(yè)運(yùn)行的 1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的爆破振動(dòng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,爆破保護(hù)對(duì)象與爆破區(qū)域之間的距離和保護(hù)對(duì)象控制要求見表 1。

2 爆破技術(shù)方案

根據(jù)招標(biāo)技術(shù)文件要求,以及我公司在其他核電負(fù)挖工程的經(jīng)驗(yàn),根據(jù)不同的部位采取不同的爆破方法。坡道采用掏槽的方法進(jìn)行;基坑主體開挖采用臺(tái)階爆破的方法;邊坡采用預(yù)裂爆破的方法成形;主體爆破的炮孔孔底落在設(shè)計(jì)的標(biāo)高,爆破后形成的根底作為保護(hù)層 (一般為 018～019 m),保護(hù)層采用小口徑淺孔爆破;基底找平采用風(fēng)鉆穿孔爆破或機(jī)械鑿除并輔之以人工的方法進(jìn)行清理;全部爆破采用延時(shí)微差形式,按預(yù)定起爆順序使炮孔按預(yù)定順序起爆;起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng),環(huán)形閉合網(wǎng)絡(luò);裝藥結(jié)構(gòu)為耦合裝藥;孔內(nèi)無(wú)水的情況下使用銨油炸藥,有水的情況下使用乳化炸藥。

表 1 距保護(hù)對(duì)象的最小距離及爆破振動(dòng)控制要求

3 中深孔爆破技術(shù)方案

3.1 爆破振動(dòng)控制

爆破振動(dòng)的控制是確定爆破參數(shù)的前提,所有參數(shù)的選擇必須滿足爆破振動(dòng)控制的要求。

3.1.1 按照加速度計(jì)算單段最大藥量

2號(hào)核島主控室采用加速度控制爆破振動(dòng),按以下公式計(jì)算單段最大藥量:

式中:R——爆破振動(dòng)安全允許距離,m;Q——最大單段藥量,kg;k、α——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

初期爆破采用以往爆破的參數(shù)會(huì)值進(jìn)行,通過(guò)回歸方法確定 k、α值,并取其較為保守的值,然后由南京工程兵工程學(xué)院通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)次爆破所測(cè)得的結(jié)果再進(jìn)行回歸,按 k值 99%置信區(qū)間上限取值,得出不同距離上的單段最大裝藥量 (見表 2)。

表 2 控制振動(dòng)加速度 0103g時(shí)不同距離上的最大單段裝藥量

分析表 2可知,當(dāng)取單段最大藥量≤107 kg時(shí),距離爆破源 495 m處的振動(dòng)加速度≤0103g。由于2號(hào)核島主控室相距爆破源約為 500 m,所以它的振動(dòng)應(yīng)該不大于 0103g。爆破方案設(shè)計(jì)時(shí)只要將單段最大裝藥量控制在 107 kg以下就可以滿足 2號(hào)核島主控室的振動(dòng)不大于 0103g的要求。

3.1.2 按照速度計(jì)算單段最大藥量

在開挖場(chǎng)地澆灌混凝土?xí)r (必要時(shí))需要控制振動(dòng)速度,因此在爆破參數(shù)確定時(shí)還要利用下面的公式計(jì)算單段最大安全裝藥量:

式中:v——保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度,cm/s。

同樣由南京工程兵工程學(xué)院對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸,提出 k、α為:k=150,α=116,當(dāng)控制爆破振動(dòng)速度 1 cm/s時(shí)利用此公式計(jì)算不同距離上的單段最大裝裝藥量見表 3。

表 3 不同齡期、不同距離的最大單段裝藥量Q

同一爆點(diǎn),按以上兩種方法進(jìn)行計(jì)算最大單段裝藥量取其二者中的較小的一個(gè)值,以確保兩個(gè)控制點(diǎn)均處于安全狀態(tài)。并且每一炮次的設(shè)計(jì)均要根據(jù)前一炮次所測(cè)的結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,確保每一炮次的爆破安全。

3.2 空氣沖擊波控制

在保證裝藥量和填塞質(zhì)量的前提下,中深孔爆破一般不考慮空氣沖擊波的危害。

3.3 爆破飛石控制

臺(tái)階爆破飛石飛散距離根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算:

式中:RF——飛石飛散距離,m;d——炮孔直徑,cm。

該工程炮孔直徑最大采用 76 mm,飛石飛散距離為 120 m。但考慮到有淺孔爆破和二次大塊改小的爆破,為確保安全,警戒范圍定為 300 m,飛石控制在安全范圍內(nèi)。為了有效控制飛石飛散距離,根據(jù)爆破條件的變化,合理確定炸藥單耗和爆破參數(shù),采用巖屑堵塞孔口并搗實(shí),保證炮孔的堵塞長(zhǎng)度和質(zhì)量。必要時(shí),在孔口用竹笆加砂袋進(jìn)行覆蓋。

3.4 爆破參數(shù)

鉆孔采用多排孔布置形式,正常臺(tái)階爆破自由面陡峭,采用垂直孔,若自由面有坡度或有巖坎,前排可采用斜孔,預(yù)裂孔、光面孔傾角與邊坡的傾角相同。經(jīng)計(jì)算爆破參數(shù)見表 4。

表 4 深孔爆破參數(shù)表

4 預(yù)裂爆破技術(shù)方案

本工程的下列部位需進(jìn)行預(yù)裂爆破:基坑主體開挖的邊坡部位、預(yù)應(yīng)力張拉廊道基坑表面、廠房基底標(biāo)高存在差異的部位。

4.1 預(yù)裂爆破參數(shù)選擇

4.1.1 孔徑、孔距、藥卷直徑

孔徑根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)及鉆機(jī)性能和效率確定,基坑邊坡開挖取 “76 mm。

孔距依據(jù)公式 a=(7～12)d(d為孔徑)計(jì)算,巖石完整取 110 m,不完整取 018 m,廊道取 015 m。

藥卷直徑按不耦合系數(shù) d/d1>2取值 (d1為藥卷直徑),本處取 d1=32 mm,乳化炸藥。

4.1.2 線裝藥密度

預(yù)裂爆破的線裝藥密度采用以下公式計(jì)算,在實(shí)際施工中,根據(jù)預(yù)裂爆破效果作適當(dāng)調(diào)整。

式中:Q線——線裝藥密度,kg/m;δ壓——巖石極限抗壓強(qiáng)度,MPa,根據(jù)招標(biāo)文件中巖土特征參數(shù)表,本工程中等風(fēng)化巖石取 18MPa、微風(fēng)化巖石取 6319 MPa;a——炮孔間距 ,110 m;d——孔直徑 ,01076 m;k、α、β、γ——均為系數(shù) ,分別取 01127、015、0184、0124。

經(jīng)計(jì)算對(duì)中等風(fēng)化巖石裝藥密度取 012 kg/m;對(duì)微風(fēng)化巖石取 0138 kg/m。

根據(jù)計(jì)算和我公司在同類巖石的邊坡預(yù)裂爆破的經(jīng)驗(yàn),基坑主體邊坡部位取 0135 kg/m;廊道基坑部位取 012 kg/m。

底部線裝藥量因孔底夾制作用,應(yīng)加強(qiáng)裝藥。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般為正常裝藥段的 1～3倍,取 Q底=2Q線;頂部接近填塞部位,采用減弱裝藥段,此處 Q弱=015Q線。加強(qiáng)裝藥段長(zhǎng)度取 014～016 m,減弱裝藥段長(zhǎng)度取 015～110 m。

4.1.3 超深

為了避免下一臺(tái)階的地面產(chǎn)生裂縫,此處的超深不宜過(guò)大,根據(jù)我公司施工的經(jīng)驗(yàn),超深 016 m可避免下一層地面產(chǎn)生裂隙,因此此處預(yù)裂爆破的超深取 016 m。

4.1.4 填塞長(zhǎng)度

該工程預(yù)裂爆破填塞長(zhǎng)度:基坑主體邊坡部位取 115 m;廊道基坑部位取 017 m。

4.1.5 預(yù)裂孔與主爆孔孔底的距離

主爆孔孔底距預(yù)裂孔口的距離,基坑主體邊坡部位取 110 m;廊道基坑部位取 018 m。

預(yù)裂爆破參數(shù)見表 5。

為了使廊道頂部邊口不受破壞,爆破時(shí),可根據(jù)爆破效果決定是否在每?jī)蓚€(gè)預(yù)裂孔之間加 1個(gè) 2 m深的導(dǎo)向孔,利用空孔效應(yīng)原理使預(yù)裂縫充分成形,達(dá)到保護(hù)頂部邊口的目的。

表 5 預(yù)裂爆破參數(shù)表

以上各參數(shù)將根據(jù)巖性情況、爆破試驗(yàn)結(jié)果和爆破效果作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4.2 預(yù)裂爆破拐角的處理

本負(fù)挖工程拐角多,故常出現(xiàn)圖 1(a)所示的陽(yáng)角,在四邊形坑中往往又常遇到如圖 1(b)所示的陰角,統(tǒng)稱為拐角。這種拐角成形很困難,爆破后往往按圖中虛線成形,出現(xiàn)超、欠挖,甚至使保留巖體不穩(wěn)定。為此,采取以下方法防止超欠挖和保留巖體失穩(wěn)。

圖 1 拐角的龜裂處理法

為防止爆破 A0面對(duì) B0面 0點(diǎn)附近產(chǎn)生破壞,使得B0面在 0點(diǎn)附近無(wú)法成孔而影響預(yù)裂質(zhì)量,在施工 A0面時(shí),必須在 B0面上少量鉆幾個(gè)孔與 A0面同時(shí)點(diǎn)火,分段起爆。為使預(yù)裂爆破能沿設(shè)計(jì)的輪廓線充分成縫,利用相鄰兩孔越接近,應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯的空孔效應(yīng)原理,在正常預(yù)裂孔距不變的情況下,間隔鉆 5個(gè)如圖 1所示的比裝藥孔淺一半的空孔作導(dǎo)向,用龜裂的方法使之成形。

4.3 預(yù)裂縫的超長(zhǎng)

為了保證保留巖體的輪廓面的完整,應(yīng)避免主爆孔爆破對(duì)保留巖面的強(qiáng)力沖擊,故此,預(yù)裂面必須超出主爆孔布孔范圍,此超出部分即預(yù)裂縫的超長(zhǎng)。

預(yù)裂縫的超長(zhǎng)亦即預(yù)裂孔的水平布置超出最后一排主爆孔的水平布置長(zhǎng)度,一般取 b=(50～100)d。在臺(tái)階寬度較小或狹窄的巷道施工時(shí),預(yù)裂縫超長(zhǎng)可減少前一炮次給后一炮次穿孔施工帶來(lái)的難度。較寬的臺(tái)階施工時(shí)可根據(jù)情況適當(dāng)取大值。一般情況下預(yù)裂孔每端要比爆破孔超長(zhǎng) 5～7個(gè)孔。

5 核島廊道爆破方案

5.1 施工方法

(1)小口徑鉆機(jī)開口時(shí),分兩層開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高,為正常爆破提供良好的自由面,開口尺寸 3 m×6 m(見圖 2)。

圖 2 廊道開口方法

(2)廊道缺口部位預(yù)裂爆破時(shí),各拐點(diǎn)處一定要布孔,防止拐角處不成形。缺口對(duì)稱部分的外環(huán)廊要同時(shí)布孔,同時(shí)預(yù)裂,防止缺口處外環(huán)廊不成形造成連接不暢。

(3)廊道預(yù)裂爆破施工應(yīng)在周邊底板保護(hù)層處理之前進(jìn)行。因?yàn)轭A(yù)裂爆破同樣存在爆破漏斗,因此廊道上口易被爆破漏斗破壞成倒八字形。如果先預(yù)裂后進(jìn)行保護(hù)層處理,這種倒八字形不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的上口產(chǎn)生影響。

(4)同一部位的內(nèi)外廊道的預(yù)裂爆破不應(yīng)在同一炮次中起爆,以便預(yù)裂縫的充分成形,單邊預(yù)裂可同廊道主體爆破同時(shí)進(jìn)行也可單獨(dú)分開進(jìn)行。

5.2 布孔方式和爆破參數(shù)

5.2.1 布孔方式

呈放射狀形成布孔,預(yù)裂布孔數(shù)量要超前主爆孔 5～6個(gè)孔 (見圖 3)。

圖 3 廊道布孔方式

5.2.2 爆破參數(shù)

預(yù)裂孔爆破參數(shù)見表 5。

主爆孔爆破參數(shù)見表 6,其中排距為廊道中間孔的距離,臺(tái)階高度含 018 m的保護(hù)層厚度。

表 6 廊道爆破參數(shù)表

5.3 爆破規(guī)模

由于廊道為狹窄溝槽,又為圓弧形,夾制作用大,過(guò)大的爆破規(guī)模既可能出現(xiàn)爆破效果差,也可能出現(xiàn)爆破預(yù)裂面遭破壞的情況。因此每次爆破以 3～4排為宜。

6 負(fù)挖爆破質(zhì)量安全控制措施

根據(jù)負(fù)挖爆破技術(shù)要求,爆破質(zhì)量控制的重點(diǎn)是:邊坡和底板超挖量,爆破不能對(duì)保留巖石破壞而產(chǎn)生新的裂縫。爆破安全控制的重點(diǎn)是:爆破振動(dòng)和爆破飛石控制。我們主要從人、機(jī)、料、法、環(huán)(4M1E)等環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制。

(1)加強(qiáng)人員資格的控制,加強(qiáng)爆破從業(yè)人員資格管理,從業(yè)人員除應(yīng)有豐富的經(jīng)驗(yàn)外,必須持有效證件上崗。重點(diǎn)檢查爆破工程技術(shù)人員、爆破員、安全員的持證情況,杜絕無(wú)證上崗,現(xiàn)場(chǎng)安排 3名高級(jí)爆破工程師現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)。

(2)加強(qiáng)穿孔設(shè)備的管理,鑿巖鉆機(jī)等設(shè)備應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要?，F(xiàn)場(chǎng)配備爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器(MinisizeⅡ型測(cè)振儀),依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),組織爆破專業(yè)技術(shù)人員分析實(shí)測(cè)結(jié)果,研究新的爆破振動(dòng)控制方法,實(shí)時(shí)修改調(diào)整爆破參數(shù)。

(3)加強(qiáng)爆炸物品的選用,采用質(zhì)量穩(wěn)定的非電毫秒雷管,導(dǎo)爆索、炸藥等都到當(dāng)?shù)毓膊块T指定的民爆服務(wù)站定購(gòu),確保爆破器材的供應(yīng)和質(zhì)量。

(4)重點(diǎn)加強(qiáng)施工方法選擇與應(yīng)用。首先,從源頭嚴(yán)把爆破設(shè)計(jì)關(guān),總體爆破方案提交當(dāng)?shù)毓膊块T,由公安部門邀請(qǐng)爆破專家對(duì)爆破方案進(jìn)行評(píng)審,嚴(yán)格按公安部門和監(jiān)理批準(zhǔn)的爆破方案組織爆破施工。每一炮次必須進(jìn)行爆破設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)源頭合理選擇爆破參數(shù),確保爆破質(zhì)量和爆破安全;其次,由爆破工程技術(shù)人員編制關(guān)鍵部件的作業(yè)指導(dǎo)書,本工程項(xiàng)目部編制了中深孔臺(tái)階爆破作業(yè)指導(dǎo)書、邊坡預(yù)裂爆破作業(yè)指導(dǎo)書、廊道爆破指導(dǎo)書、掏槽爆破作業(yè)指導(dǎo)書等一系列作業(yè)指導(dǎo)書,在工序開工前進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底,讓操作人員理解設(shè)計(jì)意圖,掌握施工方法。

最重要的是加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制,根據(jù)國(guó)家核安全對(duì)核島負(fù)挖的質(zhì)保等級(jí)要求,制定質(zhì)量計(jì)劃,設(shè)置不同的質(zhì)控點(diǎn),停工待檢點(diǎn) H點(diǎn)、見證點(diǎn) W點(diǎn)、記錄點(diǎn) R點(diǎn)。對(duì)關(guān)鍵工序、特殊過(guò)程設(shè)為 H點(diǎn),次之控制要求的工序和過(guò)程設(shè)定為W點(diǎn),一般控制要求的可設(shè)為 R點(diǎn)。只有當(dāng)質(zhì)量計(jì)劃中所列的全部工序執(zhí)行完畢,全部控制點(diǎn) (H、W、R)均已經(jīng)各設(shè)點(diǎn)單位的質(zhì)控人員簽字放行,質(zhì)量計(jì)劃中的可追溯 (跟蹤)的文件、記錄、報(bào)告和資料齊全、規(guī)范,質(zhì)量計(jì)劃對(duì)應(yīng)的施工活動(dòng)成果經(jīng)檢查驗(yàn)收滿足規(guī)定的要求,方可關(guān)閉質(zhì)量計(jì)劃。通過(guò)質(zhì)量計(jì)劃的設(shè)置和控制,加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控,使爆破質(zhì)量得到有效的監(jiān)控。

7 爆破質(zhì)量控制和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)一系列質(zhì)量控制措施,負(fù)挖施工順利開展,邊坡和底板質(zhì)量控制良好。從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的 9個(gè)爆破振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)看,爆破振動(dòng)測(cè)量均在要求的控制閾值內(nèi),爆破飛石均控制在安全距離范圍內(nèi),保證了核島負(fù)挖的質(zhì)量,保證了核電站的平穩(wěn)安全運(yùn)行。

8 結(jié)語(yǔ)

核島負(fù)挖質(zhì)量關(guān)系核電質(zhì)量的百年大計(jì),核電的安全性是核電站運(yùn)行的基本保障。在田灣核電 5號(hào)、6號(hào)機(jī)組負(fù)挖工程中,我們通過(guò)對(duì)爆破方案選擇、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、爆破過(guò)程質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置、爆破過(guò)程監(jiān)控、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)的控制,保證了爆破安全和爆破質(zhì)量。

[1] GB 6722-2003,爆破安全規(guī)程[S].

[2] 于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)(全國(guó)工程爆破作業(yè)人員統(tǒng)一培訓(xùn)教材)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[3] 核工業(yè)南京建設(shè)集團(tuán)有限公司.田灣核電 5#、6#機(jī)組負(fù)挖施工組織設(shè)計(jì)[Z].

Design and Quality Control of Negative Excavation Blasting in 5#and 6#Un its of Tianwan Nuclear Power Station

CHEN Zuo-bin(Nuclear IndustryNanjing Construction Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210003,China)

The paper reviewed the design and quality control of nuclear island negative excavation blasting around a conmmercial operation nuclear power station,especially described presplitting blasting of negative excavation,the nuclear island corridor blasting technology and key points of the quality control.

nuclear island negative excavation;presplitting blasting;presplitting blasting;quality and safety control

TD235

A

1672-7428(2010)02-0074-05

2009-11-17

陳作彬 (1973-),男 (漢族),浙江嵊州人,核工業(yè)南京建設(shè)有限公司副總工程師、工程師,電子信息工程專業(yè),從事工程施工與管理工作,江蘇省南京市察哈爾路 16號(hào),czb73@sina.com。