阳江核电核岛基础爆破对高边坡稳定性影响

阳江核电核岛基础爆破对高边坡稳定性影响

李程宇

李程宇中广核工程有限公司广东深圳518124

摘要：岩质高边坡在核岛基础爆破开挖过程中的稳定性问题，是一个亟待解决的工程技术课题。目前我国在评价爆震对边坡稳定性影响中，多是以振动速度来评价。借鉴国内的以往研究成果，并参考国外的先进研究成果，以广东阳江核电1&2号机组核岛基础爆破开挖为例，通过爆破振动监控体系的建立及振动速度、加速度双阈值控制的确定，得出具有普遍规律的阳江厂址高边坡爆破振动速度/加速度的经验公式，供后续机组爆破施工借鉴和参考。

关键词：岩质高边坡；爆破震动；双阈值控制；经验公式中图分类号：TD235文献标识码：B

1引言阳江核电经过第一阶段（一、二、三期）场平爆破的开挖、剥离，形成了西侧高边坡以及主厂区场平，该高边坡属于与核安全物项有关的边坡。按照《核电厂抗震设计规范》要求，核电站均选择相对完整岩体作为核岛等关键建筑基础，以满足核电站主体建筑物在自重及地震荷载作用下的变形要求，岩体爆破通常是核电工程基础开挖必不可少的施工手段。因此对核电工程基础爆破振动进行控制，限制或减弱爆破振动的破坏，建立高边坡爆破振动监控体系及确定振动控制阈值，是提高边坡稳定性的必要手段。

本文主要有两个方面的研究重点：一是如何建立高边坡爆破振动效应的监控体系，分析、确定爆破振动控制阈值，据此进行爆破作业的工艺、参数调整，并与实测资料对比和深化理论认识；二是收集、整理1&2号核岛基础爆破监测数值，并进行回归分析，得出阳江厂址爆破振动速度/加速度拟合经验公式，据此进行爆心距坡脚不同距离的最大段药量值的计算，供后续爆破施工控制借鉴和参考。

2爆破地震效应以及对边坡稳定性的影响爆破振动与自然地震相似，都是迅速的释放能量并以破的形式向四周传播，引起介质质点振动，产生地震效用。但是，爆破地震与自然地震有明显区别：（1）爆破地震的振动频率较高，一般为10~30Hz（岩石的频率高于土壤的，小药量的频率高于大药量的），大大超过普通建筑物的自振频率；而自然地震的频率一般为2~5Hz，与一般建筑物的自振频率接近。（2）爆破地震的振幅大，但随着爆心距增加而迅速衰减，所以对周围介质的影响范围小；自然地震的振幅小，但衰减慢，波及范围大。（3）爆破地震持续时间短，约为0.1~0.2s(炸药量小和爆心距近时，一般不大于0.5s)；而自然地震的持续时间长，一般为10~40s。（4）爆破地震的震源能量大小、影响范围和危害程度，可以通过一定的技术措施予以控制。因此，在地震参数相同的条件下，爆破地震的影响范围和对构筑物的危害程度要轻得多。

一般来说，对一个已经存在的人工岩石边坡而言，对其稳定有很大影响的参数有坡脚和坡高、岩石性质构造、爆破开挖、地下水（包括地表水及覆盖层含水量）的作用等四个方面。爆破振动对岩质高边坡稳定性的影响，应当考虑相关联的两方面：一、当爆破强度达到一定量值后，在爆破地震效应作用下，会引起边坡的动力失稳；二、由于爆破振动荷载的反复作用，对岩体形成累积损伤效应，会导致结构面抗剪强度等指标的劣化，裂隙扩展。概括起来，爆破对边坡稳定影响，是爆破地震效应下岩石原有的节理及破碎带运动和完整岩石中隐节理运动的结果。

3工程概况及爆破振动监控体系的建立阳江核电站地形以滨海丘陵山地为主，场区基岩未发现断裂，主要由花岗岩组成。根据设计要求，需对核岛主体结构的岩石基础采用分层爆破方式进行开挖。在1&2号核岛对面，有场平工程形成的岩质高边坡，该边坡坡脚距离基坑最近距离约60m，总高度为60~80m，根据《核电厂抗震设计规范》，该边坡属于核安全物项相关的边坡，为了保证高边坡永久的整体稳定安全，将其列为爆破振动监控物项。

强度指标是衡量爆破地震效应的三个（强度、主频率、持续时间）指标之一，爆破振动强度可以用质点的运动参数来表征，目前我国在评价爆破振动对边坡稳定性影响中，多是以振动速度来评价。当前，国外评判标准的趋势已发展到不只以单一参数作为依据。本工程借鉴国内外爆破实践经验，以质点振动速度为主，加速度为辅，进行爆破振动对高边坡稳定性影响分析。

阳江边坡设计地震加速度取值根据《核电厂抗震设计规范》，边坡稳定性计算水平地震系数取0.3（竖直地震系统取0.2）。结合《爆破安全规程》及《水利水电工程施工组织设计手册》相关规定，通过召开专家讨论会，确定了20m边坡爆破振动加速度峰值不大于0.2g，振动速度峰值不大于10cm/s；40m边坡爆破振动加速度峰值不大于0.1g，振动速度峰值不大于5cm/s。高边坡爆破振动监测系统如图1：

4.6降震措施及建议1)限制一次爆破的最大装药量，并采用微差爆破。微差爆破是将总药量分组以毫秒级的时间间隔进行顺序爆破，尽可能避免多段爆破振动作用叠加，以减弱爆破地震效应的影响。

2)炸药选择。采用低威力、低爆速炸药或采用不耦合装药以降低高威力炸药的爆破振动。

3)合理优化起爆网络设计。起爆网络设计可根据地质情况和爆破要求合理进行，较破碎的岩石可适当减小孔距，当部分岩石过硬时可稍微增大孔距。

4)充分利用地形地质条件，比如核岛周边综合管沟、排水管网的存在，能起到沟槽减震作用，也可以开挖临时沟槽减震。

5结论阳江核电1&2号核岛基础爆破振动监控中，对高边坡振速与加速度双阈值：20m边坡取10cm/s和0.2g,40m边坡取5cm/s和0.1g，取值合理，并偏于安全，经受了实测数据的验证，并有效发挥监控作用。

上述爆破振动控制参数无法直接描述爆破振动对边坡的累积损伤效应，但由于安全阈值以及安全系数方面的冗余，间接地控制了边坡的疲劳损伤。在爆破过程中，要做好高边坡震动监测工作，根据大量震动测试结果和爆破方式进行回归分析，以得出适合阳江厂址普遍规律的核电爆破施工的爆破振动速度、加速度衰减规律的经验公式，从而控制施工过程中所允许的最大段起爆药量，减小爆破振动对边坡影响，确保施工与核电站后续建设的安全。

参考文献[1]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社,1999.[2]郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用技术大全[M].北京:光明日报出版社,2002.[3]钱七虎，陈士海.爆破地震效应[J].爆破,2004,21(2);1~5.[4]中华人民共和国建设部，核电厂抗震设计规范GB50267-97[S].1998