红沿河核电站核岛环廊控制爆破技术.pdf

第2 8 卷第3 期 2 0 1 1 年9 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．3 S e p ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 1 ．0 3 ．0 1 1 红沿河核电站核岛环廊控制爆破技术 李付安，程浮，谭庆军 江苏中核华兴机械化工程有限公司，仪征2 1 1 4 0 0 摘要通过红沿河核电站核岛负挖工程爆破实例，介绍了C P R l 0 0 0 型核电站核岛环廊预裂爆破、掏槽爆 破的设计思路和施工要点。采用了中孔径浅孔分层掏槽爆破方案，加快了施工速度，保证了环廊壁面和基底 建基面质量。该工程爆破施工后，核岛环廊成型较好。 关键词核岛负挖；环廊；预裂爆破；掏槽爆破 中图分类号T I Y 2 3 5 ．1文献标识码B 文章编号1 1 2 0 1 - 4 8 7 X { 2 0 1 1 0 3 0 0 3 9 0 4 C o n t r o l l e dB l a s t i n gT e c h n i q u eo fN u c l e a rI s l a n dC o n t o u r a tH o n g y a n h eN u c l e a rP o w e rS t a t i o n ／2F u a n ，C H E N GF u ，T A N Q i n g - j u n J i a n g s uC h i n aN u c l e a rI n d u s t r yH u a x i n gM a c h i n e r yC o m p a n yL i m i t e d ，Y i z h e n g2 11 4 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t ‰o u g ht h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n go fd o w n w a r de x c a v a t i o no fn u c l e a ri s l a n db yb l a s t i n ga tH o n g y a n h e n u c l e a rp o w e rs t a t i o n ，t h ek e yp o i n t so fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fc o n t o u rb l a s t i n ga n dc u tb l a s t i n go fC P R l 0 0 0n u c l e a rp o w e rs t a t i o nW a gd i s c u s s e d ．T h el a y e r - b y l a y e rc u tb l a s t i n gw i t hm i da n ds h a l l o wh o l eW a su s e dt oe n h a n c et h e c o n s t r u c t i o ns p e e da n de n s u r et h eq u a l i t yo fc i c l ew a l la n df o u n d a t i o np l a n e ．A saI ．e s u l t ．t h ed o w n w a r de x c a v a t i o no f t h ec i c l eo fn u c l e a ri s l a n dW a sw e l lm o u l l e d ． K e yw o r d s n u c l e a ri s l a n dd o w n w a r de x c a v a t i o n ；c i c l e ；p r e s p l i tb l a s t i n g ；c u tb l a s t i n g 核电是清洁、高效的能源。一亿k W 的核电就 可替代3 ．5 亿吨煤，且可大大节省运输成本，减少环 境污染，发展核电是当前中国重要的能源战略选择。 据国家对核电发展的规划，到2 0 2 0 年，我国核电在 全国发电装机容量中的比例要占到4 ％，核电装机 规模达到40 0 0 万k W ，在建规模18 0 0 多万k W 。 在国家大力发展核电的今天，国家针对核电行业的 法律法规和管理体系更是“高标准，严要求”，在下 一轮C P R l 0 0 0 机型核岛负挖工程施工中，如何通过 提高爆破技术和科学的管理，在保证安全的前提下， 促进核岛负挖的进度和质量，达到既安全、又有效益 的目的，是摆在我们核电施工单位面前的重要课题。 收稿日期2 0 1 0 一∞一0 r 7 作者简介李付安 1 9 7 1 一 ，男，高级工程师，从事工程爆破的设计 及施工。 E m a i l h x l f a 1 2 6 ．啪。 1 工程概况 红沿河核电站一期工程包括4 台百万k W 级核电 机组，总投资约5 0 0 亿人民币，采用国内首个具有自主 品牌的C P R l 0 0 0 核电技术路线，是目前国内百万千瓦 级核电机组自主化、国产化程度最高的核电站。 核岛负挖就是为核反应堆厂房及其辅助厂房开 挖基坑。而核岛环廊及其包围的“蛋糕” 反应堆基 础 为核反应堆厂房地基的重要部位，是核安全局 地基重点检查的部位，必须确保此处岩石的完好性， 否则要进行地基加固处理。核岛环廊设计开挖顶标 高为一l O ．1 5m 、底标高为一1 3 ．3 8I n 、深3 ．2 3m ，宽 5 ．4m 。每个核岛环廊爆破开挖量约21 0 0m j 、环廊 边坡预裂面积约8 0 0m 2 。见图1 。 厂区内节理裂隙较为发育，倾角7 0 8 5o 的节 万方数据 爆破2 0 1 1 年9 月 理裂隙最为发育，节理裂隙以剪节理为主。负挖区 地段主要分布花岗岩，变质岩很少，风化层总体呈层 状分布，强风化层较薄，以中等风化、微．未风化为 主。岩体结构类型为块状结构，岩体基本质量等级 为Ⅱ级一Ⅲ级，岩石质量以较差．较好为主。 ， 平面图 一9 ．0 0 像护层顶标高 卫 ] r 五面丽矿] 母标向 J 剖面图 图1 核岛环廊平面及剖面图 单位m 2 爆破方案的确定 2 ．1 施工技术要求 1 爆破振动要求为了保证建基面爆破施工 质量，避免爆破对岩石的损伤。爆破开挖时，距爆源 3 01 1 1 ．处基岩面质点振动速度峰值不大于1 ．0e m ／s 。 2 爆破飞石要求严禁爆破飞石危及建 构 筑物、设备及人员的安全。 3 开挖质量要求边坡采用预裂爆破，边坡开 挖允许超挖小于或等于1 5e m ；基底开挖清理完毕 后允许超挖小于或等于2 0c m ，不允许欠挖。保证 基坑边坡和基底岩石的完好性，防止因爆破而增加 岩体裂纹、岩石松动，清理干净底板和边坡上所有松 动的岩石和浮渣。 2 ．2 爆破方案比较 1 小孔径浅孔分层掏槽爆破 采用风动凿岩机钻孔，孔径3 8 - 4 2m m ，分层开 挖。这是控制爆破常用的爆破方案，易于控制单孔 装药量，对爆破安全有利，但采用人工钻孔，劳动强 度大、效率低、工期长，不能满足工程进度的要求。 2 中孔径浅孔掏槽爆破 采用液压钻机钻孔，孔径6 4 ～7 6m m ，因开挖深 度较小 小于5m ，采用一层开挖到底。该方案施 工速度快，但基底建基面质量很难保证，施工质量、 安全风险大。 3 中孔径浅孔分层掏槽爆破 采用液压钻机钻孔，孔径6 4 ～7 6m m 。为保证 环廊轮廓的形成和环廊壁面的光滑、完整，减小爆破 开挖时对壁面的影响，在主爆破开挖前首先对环廊 的轮廓进行预裂爆破，以减弱开挖主体爆破时产生 的振动波对环廊壁面的破坏。在爆破作业时可采用 减少最大一段装药量，多次爆破的方法来减少振动 对环廊壁面的影响。对环廊周边边壁采用预裂爆破 一次预裂到底、主爆破采用掏槽爆破方法，分层进行 爆破开挖，即每次掏槽爆破深度1 ．4 1 ．6m 。该方 案施工速度较快，有利于保证环廊壁面和基底建基 面质量，施工质量。 经综合比较分析，采用中孔径浅孔分层掏槽爆 破方案。 3 爆破设计 核岛环廊及其包围的“蛋糕” 反应堆基础 为 核反应堆厂房地基的重要部位，是核安全局地基重 点检查的部位，必须确保此处岩石的完好性，否则要 进行地基加固处理。为保证核岛基坑底板岩体的完 整性，避免出现大面积超挖现象，满足合同要求，在． 此部位设置了厚1 ．1 5n l 的底板垂直保护层 距设 计底标高高1 ．1 5m ，此时标高为约一9 ．0 0m 。廊 道边坡为垂直边坡，需首先进行预裂爆破。由于通 常在预裂爆破时，孑L 口部分容易破碎较难形成完整 轮廓，为保证环廊轮廓的完整，故在留有保护层 即 一9 ．0 0I n 高程 时对环廊先进行预裂爆破，待预裂 面形成后对环廊的主体再进行掏槽爆破。由于此时 环廊深约4 ．3 8m ，为了保护底板和环廊轮廓的完整 性，此次掏槽爆破采取小分层 约1 ．5m ，分3 层逐 层直线掏槽下挖的方法。 3 ．1 预裂爆破设计 采用R O C D 7 液压钻机钻孔，孔径7 6m m 。预裂 孔孔距5 0m m ，孔深4 ．5m 。 预裂孔中间线装药量为3 0 0g ／m ，底部8 0c m 范 围内线装药量为5 0 0g ／m ，顶部21 1 1 范围内线装药量 为2 0 0r , ／m ，预裂孔堵塞长度为8 0c m ，单孔装药量 1 ．2k g 。炸药采用2 号岩石乳化炸药，药卷直径 3 2n l l n ，每卷重2 0 0g 、每卷长2 0c m ，不耦合系数 2 ．3 7 5 。用导爆索将药卷按设计的线装药量串联起来 并绑扎在竹片上，这样利于装药和保证药卷置中u 引。 为了减小预裂爆破过程中的振动影响，环廊预 裂爆破采用分段微差起爆。预裂孔最大一段装药量 小于或等于9 ．6k g 。在同一时段内采用导爆索连接 万方数据 第2 8 卷第3 期李付安，程浮，谭庆军红沿河核电站核岛环廊控制爆破技术 4 l 起爆，各段之间分别通过毫秒导爆管雷管引爆，微差 间隔时间不少于2 5m s 。 为保证环廊轮廓的形成和环廊壁面的光滑、完 整，减小爆破开挖时对壁面的影响，在主爆破开挖前 首先对环廊的轮廓进行预裂爆破。考虑到施工的连 续性和均衡性，先内环、后外环，分4 次将整个环廊 在沟槽主爆破前预裂完毕。见图2 。 I ⅡⅢⅣ表示环廊预裂爆破次序 图2 核岛环廊预裂爆破起爆网路示意图 单位m 3 ．2 掏槽爆破设计 核岛环廊，内圆半径1 5 ．3 5m ，外圆半径 2 0 。7 5m ，内圆周长9 6 ．4 5m ，外圆周长1 3 6 ．7 6m ，只 有一个向上的临空面。如果采用先掏槽爆破拉槽， 再利用其作为临空面进行小台阶爆破，爆破次数多， 工期长。为此采用全断面掏槽爆破方法分3 层逐层 直线掏槽下挖，这样可以减少爆破次数，满足工期的 要求。第1 层和第2 层掏槽深度1 ．5m ，孔深 1 ．7m ，超深2 0c m 。最后一层掏槽深度1 ．3 8m ，孔 深1 ．5 8m ，超深2 0e m ，孔底用锯沫堵塞2 0c m 。 因掏槽爆破时，全部炮孔只有一个向上的自由 面，夹制作用大，为控制爆破振动、爆破飞石和环廊 轮廓的质量，减小爆破开挖时对环廊壁面的影响，达 到环廊轮廓的形成和环廊壁面的光滑、完整，对毗邻 预裂缝的炮孔采用缓冲爆破，即减少炸药单耗“ 刮； 对环廊中部炮孔 掏槽孔 ，为克服岩石夹制作用， 适当增大炸药单耗和减少孑L 间距。 掏槽孔孔距1 ．2 1 ．5m ，排距1 ．0m ，孔深 1 ．7m ，堵塞长度9 0e m ，单孔装药量1 ．6k g ；缓冲孔孔 距1 ．2 1 ．5m ，排距1 ．1 m ，孔深1 ．7m ，堵塞长度为 9 0c m ，单孔装药量1 ．4k g ，单耗0 ．4 - 0 ．8k g ／m 3 。 采用R O C D 7 液压钻机钻孔，孔径6 4m m 。炸药 采用2 号岩石乳化炸药，药卷直径3 2 ／／l l n ，每卷重 2 0 0g 、每卷长2 0c m 。 采用非电毫秒雷管、导爆管起爆系统。孑L 内用 装M S 6 、M S 7 、M S 8 、M S 9 段，孔外M S l l 段接力的微 差起爆网路，孑L 间延迟时间至少为2 5m s 。主爆孔 最大一段装药量小于或等于1 1 ．2k g 。 在环廊边壁预裂爆破后进行沟槽掏槽爆破。考 虑到施工的连续性和均衡性，分3 层、每层分4 次将 整个环廊沟槽爆破完成。见图3 、图4 。 I ⅡⅢⅣ一环廊掏槽爆破次序；o 一炮孔；q 一四通 图3 核岛环廊掏槽爆破起爆网路示意图 单位m 1 一预裂孔；2 一缓冲孔；3 一掏槽孔 图4A ．A 剖面图 单位m 4 施工要点 1 测量放样。核岛环廊及其包围的“蛋糕” 反应堆基础 为核反应堆厂房地基的重要部位，该 部位施工精度要求高，超欠挖控制非常严格，因此环 廊预裂缝的位置必须准确。首先采用全站仪放出核 岛圆心，然后将全站仪架设在核岛圆心处按环廊的 内 外 半径放出第1 个预裂孔孔位，接着按预裂孑L 的孔距打偏角依次放出后面所有的预裂孔。 万方数据 爆破2 0 1 1 年9 月 2 钻孔。对于预裂爆破而言，钻孔精度有着 特别重要的作用。许多工程中。预裂爆破之所以质 量不好，造成保留岩面不平整、超欠挖过多及保留基 岩受到破坏，其主要原因往往是由于没有很好控制 预裂钻孔方向所致。因此，采取有效的措施保证预 裂孔钻孔精度，具有重要的意义。在预裂爆破设计 中，每个预裂孔轴线均为一条空间有向直线段，其几 何要素由孔口位置、孔的方向角、孔的倾角及孔深组 成。对于核岛环廊采用垂直预裂孔，采用控制点垂 线法，控制点垂线法能有效地控制预裂孔的方向角， 而且精度高、简单易行。如图5 所示，点O 为核岛 圆心、点C 为预裂孔孔位、A B 为设计预裂孔点C 的 方向线。在现场用几何法作A B 上C O ，在C O 线上吊 一垂球D 、在A B 线上吊一垂球E ，则过点D 的垂线 与点C 所决定的剖面与过点E 的垂线与点c 所决 定的剖面交线就是点c 处预裂孔应在的立面。观 测者从点0 目视垂球吊线与孔口点c 重合后，指挥 将钻机钻杆调整到由D 点吊线和点c 确定的平面 上。在调整钻杆方向的同时，还应兼顾孔口位置和 钻杆倾角，通过观测者从点B 目视E 点吊线与孔口 点C 在同一立面上，从而确定出钻孔的位置与钻进 方向。其中钻杆倾角有条件的也可用用量角器或角 度仪控制。当钻进5c m 时．应对钻孔的方向和倾角 等进行检查，若有误差，及时纠正。 图5 预裂孔角度控制示意图 3 装药、堵塞。用导爆索将药卷按设计的线 装药量串联起来并绑扎在竹片上。在插入孔中．竹片 应置于靠保留区的一侧。炸药装填好后，在孔口的 不装药段使用岩粉堵塞，堵塞岩粉之前用炸药纺织 袋等松散材料盖在炸药柱上，堵塞要密实。 4 起爆网路”。6 J 。同一时段内采用导爆索连 接起爆，导爆索的搭接长度不少于2 0e m ，导爆索采 用毫秒导爆管雷管引爆时，起爆雷管的聚能穴朝向 起爆方向，且搭接长度不少于2 0 2 1 1 3 。 5 结语 1 爆破开挖施工结束后，核岛负挖基坑成形 规则完整，边坡预裂孔半孔率在9 8 ％以上，边坡超 挖量在1 5c m 以内，底板超挖量均在2 0c m 以内。 核岛基坑底板清理完成后，对建基面的岩石进行了 地质编录，地质编录结果证实，核岛基坑建基面为中 等风化花岗岩，由于爆破开挖控制取得理想效果，未 产生爆破裂隙。建基面岩体质量良好，不存在影响 核安全的不良地质现象，核岛的地基是稳定的、均匀 的，满足反应堆对基础岩石的要求。见图6 。 图6 工程实体图 2 核岛负挖工程工期一般都很紧张，而核岛 环廊及其包围的“蛋糕” 反应堆基础 为核反应堆 厂房地基的重要部位。开挖质量要求高，故环廊的开 挖又往往占用较长的工期。如何在复杂的环境、复 杂的地质条件下，确保周围建 构 筑物的安全和开 挖质量的前提下，加快核岛环廊的开挖进度，这是核 岛负挖工程的一大难题。实践证明对环廊周边边壁 采用预裂爆破一次预裂到底、主爆破采用中孔径浅 孔分层爆破的方法。施工速度较快，有利于保证环廊 壁面和基底建基面质量，施工质量。 3 在掏槽爆破前首先进行环廊预裂爆破．可 以避免爆破应力波叠加的现象，充分起到减振、隔振 作用，达到保护不开挖岩体免遭破坏的目的。 参考文献 R e f e r e B e e s 】 刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社。1 9 9 9 ． 房泽法控制爆破[ M ] ．武汉武汉理工大学出版社， 2 ∞3 ． 美 杜邦公司编．爆破手册[ M ] ．龙维棋，译北京冶 金工业出版社．1 9 9 2 ． D L ／T 5 3 8 9 - - 2 0 0 7 水工建筑物岩石基础开挖工程施工 技术规范[ s ] ．北京中国标准出版社，2 0 0 7 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 屡破安全规程[ S ] ．北京中国标准出 版社．2 0 0 4 ． 于亚伦．工程爆破理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 4 ． 心 口 H 陋 哺 万方数据