浅谈周边基坑负挖爆破对3#核岛混凝土的影响及控制措施

张俊

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

炸药在介质中爆炸，在达到工程目的的同时，将产生一些有害效应，如爆破振动、水中冲击波及动水压力、空气冲击波及噪声、有害气体、粉尘及爆破飞石等。只有将这些有害影响控制在允许范围内，才能确保已浇筑混凝土的安全。针对此工程，我们将研究重点放在爆破振动及爆破飞石的产生原因及控制措施方面。

2 爆破工程概述

在3#核岛爆破期间，该工程委托相关单位对每次爆破数据进行收集，通过对监测数据统计分析后指出：距离爆破区域50m以外，振动速度已衰减至1.5cm/s以下；考虑到3#核岛筏基已浇筑混凝土施工的重要性，我们在分析时选取150m作为爆破效应影响分析范围。

周边其他待爆破开挖基坑与3#核岛之间相对距离如下表：

厂房影响对象 4#核岛 3#常规岛 3#泵房 4#常规岛 4#泵房3#核岛垫层混凝土3#核岛主体混凝土110m 145m 5m 35m 220m 140m 265m

各厂房相对关系图如下：

3 技术要求

依据设计文件，负挖阶段爆破施工对3#核岛混凝土施工的控制标准为：

①爆破施工阶段不得产生爆破飞石；

②距离爆区边缘最近的混凝土质点振动速度满足以下要求：

1～3 天3～7 天7～2 8 天≤1.5 c m/s≤2.5 c m/s≤5 c m/s

4 影响对象和影响因素

4.1 影响对象

鉴于3#核岛已完成垫层施工，即将开始主体结构施工，在周边基坑爆破施工期间主要施工范围为堆芯及环廊周边区域，故爆破施工对3#核岛的影响对象为：

①堆芯及环廊周边区域的主体结构混凝土；

②已完成的垫层混凝土。

4.2 影响因素

爆破飞石：由于炮孔堵塞长度、最小抵抗线选取或岩石中含软夹层等原因容易产生爆破飞石，如果落入3#核岛基坑内，易损坏已施工完成的混凝土或对基坑内的施工材料造成破坏，从而影响混凝土施工质量。特别是3#常规岛南侧爆破开挖区域紧邻3#核岛北侧边坡，开挖过程中的碎石有随坡面滑移落入3#核岛基坑内的风险。

爆破振动：爆破振动较大会对混凝土结构的质量和完整性造成影响，特别是对距离较近的新浇筑混凝土或短龄期混凝土影响最大；故3#核岛堆芯及环廊区域的混凝土施工期间将是爆破振动控制的重点监控时间段。

5 影响因素分析和控制措施

5.1 爆破飞石影响因素分析和控制措施

5.1.1 影响因素

①地表岩石结构复杂，存在风化程度各异的岩石，还有夹土岩层，由于岩石结构的不均匀性，会导致最小抵抗线的大小、方向发生变化，出现爆破飞石；在断层、裂缝、层理面、软弱夹层等薄弱面，受爆轰产生的气体集中冲击作用也会产生飞石。

②防护措施：在基坑开挖土石方爆破或重要建筑物附近爆破时，因防护力度不够或措施不当，就难以避免产生飞石。

③炸药量：单位炸药消耗量偏大，当岩石破碎后剩余的爆炸能量就会使破碎的介质获得动能产生抛掷，出现飞石。

5.1.2 控制措施

①严格控制装药量。装药量是影响爆破飞石的主要因素之一，故本工程采用松动控制爆破方法，每个炮孔的装药量根据岩性严格控制，从而使爆破后的岩体松动而不飞散。

②确定合理的最小抵抗线和填塞长度。最小抵抗线与堵塞长度是影响爆破的重要参数，其值应当认真选取。本工程按每孔的装药条件计算，则有：

式中：W—最小抵抗线，m；

d—钻孔直径，dm；

Δ—装药密度，kg/dm3；

m—钻孔邻近系数；

q—炸药单耗；

τ—装药系数。

经计算，合理的最小抵抗线为25～40倍孔径；合理的堵塞长度应大于等于最小抵抗线（并不小于0.75倍底盘抵抗线），为 30～50倍孔径。

③调整局部装药结构。由于地形限制，或者钻孔施工中的误差而造成局部抵抗线过小，或者是遇到断层，夹层等弱面时，适当减少相应部位的装药量。

④合理确定起爆顺序和间隔时间。该工程采用微差爆破，如起爆间隔时间设计不合理也会产生飞石，故所有炮孔的延迟时间应足以使爆下的岩石移动一定距离而不至于堆积在爆区前面；否则，会造成岩石堆积，后排爆下的岩石和堆积的岩石碰撞也会产生飞石。本工程在爆破振动安全允许的条件下，每个药包或每组药包，以隔段或跳段来安排起爆顺序。

⑤“三层覆盖”防护措施。按照该工程爆破安全控制要求，现场所有爆破覆盖标准不得低于以下要求：第一层为胶皮或竹排覆盖；第二层为钢丝网覆盖，钢丝网必须严密覆盖爆区；第三层为钢丝网上满铺沙袋，每袋不小于25公斤。

⑥3#核岛北侧边坡防松石滑落控制措施。根据负挖图，3#核岛北侧边坡将予以挖除，开挖过程中防止松石滑落直接冲击而破坏3#核岛基坑内混凝土是该区域的控制重点。

故在常规岛负挖过程中，3#核岛北侧边坡一定距离范围内不允许采用爆破施工的方式，具体尺寸将由爆破单位和振动监测按照保守决策的原则计算确定，以保证3#核岛混凝土质量作为选择施工方式的先决条件。

同时在3#核岛基坑北侧靠近坡脚位置处搭设固定围栏，并拉设立网，防止碎石顺坡面滚落至基坑内侧，造成垫层破坏；常规岛负挖爆破靠近北侧边坡时，临近爆区的北侧边坡采用钢丝网予以覆盖，避免出现爆破松石滑落基坑现象。

5.2 爆破振动影响因素分析和控制措施

5.2.1 影响因素

①地形地质条件。岩石硬度、现场地形对爆破地震波的传播影响甚巨。坚硬的岩石易于传播爆破地震波，对爆破地震波的自然衰弱不利。例如，按照经验公式法，坚硬岩石如花岗岩、石英岩等，K值取374，α取1.8，而次坚硬岩石如节理比较明显的片麻岩，K值取120，α取1.43，从经验公式的这两个参数的取值上可以看出，坚硬的岩石易于传播地震波。

②相对位置。爆源是否具有临空面、临空面的方向对地震的主要传播方向具有决定性的作用。因为临空面的约束和荷载较小，抛掷土石大都在临空面一侧，同时造成背对临空面的一侧相比另一侧的振动要大得多，因此不得不考虑相对位置。一般而言，在背飞散方向强度最大，可较横向同距离处大1倍左右。

③爆破参数。爆破振动强度与炸药量、爆心距、介质情况、地形条件和爆破方法等因素有关，用质点振动的峰值A（速度、加速度、位移）表示爆破振动强度。目前，国内外广泛采用的经验公式为：

式中：A—质点爆破振动的峰值；

R—测点到爆心的距离（m）；

Q—齐爆药量（kg）；

K—与地形地质条件和爆破方式有关的系数；

a—地震波衰减系数。

在爆破工程设计中可根据类似工程资料（3#核岛的参数），用类比法定出K、a值，然后进行爆破设计。

5.2.2 控制措施

①组织试验。为分析周边厂房爆破负挖对3#核岛垫层和主体结构混凝土的影响，依托监测单位的专业技术力量和设备对3#核岛周边厂房负挖施工进行爆破试验；爆破试验选择在负挖正式开工前进行，鉴于此时尚未有成形主体结构混凝土，故选择靠近爆破区域的垫层混凝土作为监测对象，获取爆破振动数据。通过对爆破试验振动监测数据分析，确定3#核岛基坑内质点振动衰减规律，获取周边厂房爆破设计参数。

②全程监测。4#核岛及常规岛负挖爆破每次均安排振动监测，监测点选取为近距离短龄期新浇筑混凝土；爆破后期有施工完成的主体结构混凝土时，则垫层混凝土和主体结构混凝土均进行振动监测。具体的监测点位置在每次爆破施工前由监测单位根据3#核岛施工情况选定。

③动态反馈，优化设计参数。紧密跟踪每次的爆破效应和实时监测数据，进一步分析爆破振动衰减规律，优化爆破设计参数。

④合理安排爆破施工顺序。为减少爆破振动对主体结构混凝土的影响，充分利用主体混凝土尚未施工的时机，负挖前期爆破区域选择按照“由近及远”（与3#核岛堆芯及环廊的距离）的原则选择；待主体结构混凝土施工完成后，按照“由远及近”的原则选择爆破区域。

⑤适时调整爆破时间窗口。考虑到主体结构混凝土的重要性，在主体混凝土浇筑完成一定时间内（特别是第一次伐基浇筑），原则上不安排爆破施工，待混凝土达到一定强度、抗振能力提高后再组织爆破施工并予以振动监测，具体等待时间应结合爆破振动监测数据分析在第一罐混凝土浇筑之前确定，并指导后续施工。

⑥利用已有数据，控制重点区域。根据前期3#核岛负挖爆破振动监测数据，距离爆破区域50m以外，振动速度已衰减至1.5cm/s以下；显然，3#核岛北侧边坡的附近的常规岛爆破施工是我们重点控制区域，特别是在施工至核岛建基面同一标高层附近时对3#核岛混凝土影响最大。为此，我们通过控制3#核岛北侧边坡附近常规岛负挖区域的施工方式、施工分层深度、爆破网络设计参数等措施降低对3#核岛的影响。

6 结论

综上所述，通过采取上述措施，周边厂房基坑爆破负挖对3#核岛已浇筑混凝土的有害效应均是可控的，不会产生有害影响。在周边基坑爆破负挖过程中，要做好爆破振动监测工作和爆破飞石防护工作，由实测数据总结适合现场爆破经验公式，作为优化爆破设计参数的依据。