一种减少爆破振动对核岛底板基岩的影响的方法

摘要

本发明涉及一种减少爆破振动对核岛底板基岩的影响的方法，其特点在于，通过预留保护层爆破增加侧向临空面，底部采用不耦合装药结构，并在孔底设置柔性垫层，采用宽孔距、小抵抗线、毫秒微差顺序起爆，该方法的步骤为：根据设计要求对核岛进行爆破开挖，并预留保护层；根据测量放线结果进行钻孔；采用小抵抗线、宽孔距设计炮孔间排距；在孔底装入柔性材料作为缓冲垫层；分三段装药，连续装药结构，底部为加强装药段；上部采用空气层装药结构，构成孔中正常装药段；孔口堵塞用常规材料填塞；起爆网络采用毫秒微差顺序起爆；爆破振动监测及振动数据分析。本发明简便易行，已在大型核电工程核岛负挖工作中得以实践，取得良好效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制核岛负挖爆破振动对底板基岩影响的施工方法，为解决 减少爆破振动对核岛底板基岩的影响，从而满足核岛负挖设计的要求，属于土石 方施工方法技术领域。

背景技术

核电是一种清洁、高效的新能源，对于日益枯竭的旧能源如石油、煤，木材 等起到了很好的保护和补充作用；核电对所需的材料如某些放射性元素利用率 高，发电量大而且持久，因而成本低，效益高；核电所产生的污染少，使用时间 长，对于缓解日益增长的用电需求是非常必要的。核电作为一种清洁能源，技术 已经成熟，安全可靠性得到了实践验证，供应能力较强，已成为国家能源电力战 略的重要组成部分。加快核电发展，发挥核电在电力供应中的更大作用，是我国 电力发展的必然选择，是满足经济和社会发展的重要保障。

在核电站的建设过程中，核岛底板基岩的开挖质量直接关系到核岛运行的安 全情况，核岛底板岩石基础开挖，要求在爆破施工中使核岛底板基岩以下深层部 位不产生爆破裂缝及原有构造裂隙发展，尽量避免拉裂破坏引起的超挖。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：减弱爆破施工中爆破冲击波对核岛基底的破 坏作用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种减少爆破振动对核 岛底板基岩的影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、根据设计要求对核岛进行爆破开挖，一直挖至距最终核岛底板设计 标高X米的深度，从而形成厚度为X米的保护层；

第二步、设计对边线、炮孔位置及开挖深度，炮孔成排排列，采用小的最小 抵抗线及宽的炮孔间距来设计炮孔间排距，当炮孔逐排起爆时，使得当前一排炮 孔爆破变为单孔爆破，且为后排炮孔创造弧形的爆破临空面，使得后排炮孔爆破 时为多面临空爆破；

第三步、根据设计对边线、炮孔位置及开挖深度进行精确测量放线后，再根 据测量放线结果进行钻设成排垂直炮孔，每个炮孔的深度为L米；

第四步、在炮孔的孔底装入柔性材料作为缓冲垫层；

第五步、在各个装入缓冲垫层的炮孔中分三段装药，先在缓冲垫层上以线状 药密度Akg/m装入炸药，形成加强装药段，加强装药段的厚度为H1，再以线状 药密度Bkg/m装入炸药，B＜A，形成孔中正常装药段，孔中正常装药段的厚度 为H2，加强装药段与正常装药段共同构成药卷，每个炮孔开口处有填塞段，填 塞段与药卷之间形成厚度为L-H1-H2的空气柱；

第六步、在每个炮孔中放入起爆雷管后，将炮孔口的填塞段用常规材料填塞；

第七步、起爆网络采用毫秒微差顺序起爆。

优选地，在所述第七步后还包括：

第八步、建立爆破振动监测系统。

优选地，在所述第二步中，采用小的最小抵抗线及宽的炮孔间距来设计炮孔 间排距，炮孔密集系数m＝2～2.5，炮孔间距a＝1.4～1.8m，最小抵抗线W＝排距 b＝a/m。

优选地，所述最小抵抗线W＝0.62～0.9m。

优选地，在所述第五步中，缓冲垫层的厚度为200～300mm。

优选地，在所述第五中，加强装药段的厚度H1＝L/7，填塞段与药卷之间的 厚度为L/5；

优选地，在所述第六步中，起爆雷管放在距孔底2L/7处。

优选地，在所述第七步中，起爆网络的微差间隔时间不少于25ms。

本发明结合以往多个核岛负挖爆破实践及试验成果，通过增加侧向临空面， 底部采用不耦合装药结构，并在孔底设置柔性垫层，采用宽孔距、小抵抗线、毫 秒微差顺序起爆，来减弱爆破冲击波对核岛基底的破坏作用，以满足工程质量要 求和工期要求，有效的控制爆破成本，取得良好的经济的效益。

附图说明

图1为核岛保护层爆破开挖平面示意图；

图2为宽孔距、小最小抵抗线爆破圆弧临空面炮孔布置平面图；

图3为炮孔布置平面示意图；

图4为炮孔结构示意图；

图5为炮孔剖面图；

图6为保护层起爆网络示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实施的核岛保护层开挖平面示意图如图1所示，上口长111.1m(底口长 93.4m)，上口宽84.38m(底口宽59.06m)，核岛中心半径为24.985m，核岛底板 标高-16.36，核岛保护层厚度为1.5m。爆破开挖的步骤为：

第一步：根据设计要求对核岛进行爆破开挖，并预留保护层，预留保护层以 不少于1.5～2m为宜(即挖至比最终核岛岛心标高1.5～2m的深度)。在本实施例 中，在核岛开挖至-14.86m的岩石基础，预留1.5m保护层。

第二步：设计对边线、炮孔位置及开挖深度，炮孔成排排列。采用小的最小 抵抗线、宽的炮孔间距设计炮孔间排距。炮孔密集系数m＝a/b大于3时，式中， a为炮孔间距，b为孔排距，排孔爆破近似变为单孔爆破，结合图2，前排孔为 后排孔创造了近似弧形的临空面，以充分利用先爆孔已形成的良好临空面，使得 后排爆破时接近于多面临空爆破，便于充分利用先爆孔已形成的良好临空面，使 爆破能最主要沿临空面方向破碎岩体，抛掷岩块，以相应减少底部爆破荷载。考 虑到前排爆堆的影响，宜取m＝2～2.5。炮孔间距a取1.4～1.8m；则最小抵抗线 W＝排距b＝a/m，取值0.62～0.9m为宜，孔径控制在76mm为宜。台阶高度为保 护层厚度H，因为是保护层爆破不考虑超深，炮孔深度L＝H。

结合图3，对本实例采用宽孔距小抵抗线梅花形布孔，逐排分段起爆方式， 考虑到前排爆堆的影响，取m＝2。炮孔间距a取1.4m；最小抵抗线W＝孔排距 b＝a/m＝0.7m，孔径控制在76mm。台阶高度为保护层厚度H＝1.5m，因为是保护 层爆破不考虑超深，炮孔深度L＝H＝1.5m。

第三步：根据设计对边线、炮孔及开挖深度进行精确测量放线，测量放线精 度符合有关技术条款和核电工程施工测量技术规范的规定。随后，根据测量放线 结果进行钻设共线的成排垂直炮孔；

本实例孔网参数如下表所示：

第四步：在每个炮孔的孔底装入柔性材料作为缓冲垫层，缓冲垫层厚度以 200～300mm为宜。当采用炮孔底柔性材料装药结构时，炮孔内炸药爆炸后所产生 的冲击波和爆炸气体作用于孔壁产生径向、环状裂隙的同时，通过柔性垫层的可 压缩性及对冲击波的阻滞作用，大大减小了对炮孔底部的冲击压力，减小了对炮孔 底部岩石的破坏。

在本实施例中，在炮孔底部装入一节直径70m高20cm的锯末纸卷(为防潮， 表面蘸腊)作为缓冲垫层1。缓冲垫层1可以有效减少爆破对底板岩石的破坏， 同时减少爆破振动。

第五步：炮孔装药结构采用如图4所示的下部连续装药，上部预留空气柱结 构。孔口填塞段6根据孔深W不同，长为(1.1～1.2)W，本实例取0.70m。在 缓冲垫层上方以线装药密度3.0±0.1kg/m将乳化炸药装入L/7孔深长度，构成加 强装药段3；在堵塞段下部预留L/5孔深长度采用空气层装药结构5，即填塞段 与药卷之间预留空气柱5；其余部分以线装药密度为2.1±0.1kg/m装入，构成孔 中正常装药段4。起爆雷管2放在距孔底2L/7处，采用反向起爆。选择适宜的 炸药品种和合理的装药结构，延长爆炸压力作用到孔壁及孔底时间，从而缓和爆 轰波峰值压力对介质的冲击作用，使爆破能量得到合理的分配与利用，减少爆破 振动的不利影响。

上部预留空气柱，可以降低爆轰波应力波峰值压力，减少过度粉碎岩石消耗 炸药能量，可延长爆生气体作用时间，也可使爆炸气体形成的压力波和来自炮孔 底部反射波相互作用，使裂隙得到进一步扩展，有利于防止装药部位的介质被炸 得粉碎，而形成飞石；其他部位又可能不被炸碎；也有利于减少爆破对孔底以下 岩体影响。

第六步：炸药装填好之后，孔口堵塞用沙土等常规材料填塞；在孔口填塞之 前，将塑料袋等软质材料用炮棍推到预留空气柱上部位置，避免堵塞材料落入装 药段，确保装药段及空气柱间隔有效性。

第七步：起爆网络采用多孔多段毫秒微差顺序起爆，微差间隔时间不少于 25ms为宜，采用孔内高段孔外低段延期的微差爆破技术。微差起爆顺序有利于 创造临空面，在临空面上剪力为零、垂直于表面的正应力也为零。岩体在这种应 力条件下的强度接近于单轴杭拉或抗压强度，比在无限介质条件下承受爆破作用 时的强度减小几倍乃至十几倍，使本来衰减了的应力波，在接近自由面时，又会使 临空面附近的岩体产生裂隙，减少向底部传递的爆破能量，加大一次爆破效果。

结合图6，在本实例中，爆破网路设计为非电爆破，如网路图所示，该网路 中孔1内使用MS-15段雷管，孔外排间使用MS-5段雷管，同一排使用MS-3段 雷管延期。该网路采用孔内孔外延时。

第八步：爆破振动监测测点布设：在距核岛爆破中心37m处分别布设3个 监测点，每个测点均布置垂直向、水平径向、水平切向3个方向速度传感器。本 工程爆破监测：主要采用智能自动记录测试系统进行监测，并根据现场情况辅以 海量数据数字记录系统进监测。待爆破结束后对爆破振动数据进行处理与使用， 将得到的振速与允许振动速度值相比较，对所测得的数据进行回归分析，得到与 介质、地形有关的系数，从而得到质点振速的衰减规律，测出允许最大振动速度、 爆心距，计算下一次允许起爆药量。

实践证明，这种方法简便易行，可以清面后经测量统计，平均不平整度基本 在15cm内，局部最大不平整度接近25cm。炮根处残孔清晰可见，未见辐射状 爆破裂隙，个别岩脉经过处的裂隙稍有扩张，通过凿除完全可以满足核岛底板基 岩开挖的要求。

实践证明，这种方法简便易行，而且可减少爆岩块度，降低爆震，取得了良 好的效果，同时缩短工程工期、降低工程造价。