一种邻近核岛水平建基面岩层的施工方法与流程

本发明涉及核电站核岛爆破技术施工领域，特别涉及一种邻近核岛水平建基面岩层的施工方法。

背景技术：

1、基于核电站安全考虑，要求保护核岛基础底板岩层的完整性和稳定性，且满足核岛底板不允许欠挖，超挖不超过20～40cm质量技术要求，通常采取的方法是紧邻核岛设计建基面预留一定厚度的保护层，在保护层内采取特定措施，以降低炸药对建基面岩层作用峰值进行实施爆破。保护层的一次爆破法有四种：一是水平预爆破与水平孔台阶爆破相结合，二是水平预爆破与竖直浅孔台阶爆破相结合，三是水平光面爆破与水平浅孔台阶爆破相结合，四是孔底柔性或复合垫层或空气柱的台阶爆破。前三种的一次爆破方法受核岛作业空间、钻孔设备等因素条件限制极少采用，核岛保护层爆破施工多采用垂直孔底柔性或复合垫层或空气柱、装药径向大耦合、小孔排距、小台阶爆破法，对于爆后的余留底部再进行拟采用液压破碎锤进行机械找平。

2、实践表明，保护层爆破法主要存在以下缺点：第一，因保护层爆破孔密集、台阶小较普通的台阶爆破成本高；第二，因孔底采取柔性垫层或空气柱措施，施工繁琐，同时也增加爆破成本；第三，尽管孔底柔性垫层或空气柱能减弱炸药对建基面岩层的爆破作用，但仍存在对建基面岩层一定程度不可逆的损伤；第四，保护层爆破法施工工艺钻孔、爆破、出料存在不连续性，起爆时间窗口固定，作业时间的灵活性受限制，并且每次爆破应严格控制单孔爆破药量、一次爆破总装药量，爆破规模较小，这些都会造成施工效率低；第五，从爆破安全考虑，夜间不允许实施爆破，夜间赶工时间受限；第六，因相邻核岛依次建造，造成土建与土石方同时施工，爆破点周边施工单位多、作业人员众，环境复杂，爆破警戒很困难，小台阶爆破飞石风险大，安全隐患大。

3、核岛爆破施工采用孔底柔性或复合垫层或空气柱的台阶爆破法的施工经验大多集中在柔性垫层或空气柱，减弱炸药对底板的破坏作用，但却很少关注保护层台阶爆破的孔排距与爆破漏斗的关系、爆破漏斗遗留形状、漏斗遗留工程计量、以及后续施工工序的关系等问题。

4、在核岛土石方爆破施工保护层造价上，还需要对爆后地面形状及其体积计算做出预先评估。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种邻近核岛水平建基面岩层的施工方法，采用标准爆破漏斗组合，分析爆破漏斗圆排布组合规律，找出爆破孔排距与爆破后遗留地形的关系，分析爆破保护层与非施爆保护层优劣，能适应于不利爆破施工的极端环境条件，避免爆破飞石风险，同时能保护核岛建基面。

2、本发明的目的是这样实现的：一种邻近核岛水平建基面岩层的施工方法，包括以下步骤：

3、(1)试验爆破，确定标准爆破漏斗半径；

4、(2)标准爆破漏斗优化组合；

5、(3)计算台阶爆破孔排距；

6、(4)分析台阶爆破后地面形状；

7、(5)台阶爆破后地形体积计算；

8、(6)台阶爆破漏斗组合同构群；

9、(7)台阶爆破孔排距选择；

10、(8)保护层非爆破施工厚度选择；

11、(9)非爆破层工程量计算。

12、进一步地，所述步骤(1)具体包括：根据地质、岩性等条件，选择炸药种类、密度等参数，据设备资源选取钻孔直径，通过爆破漏斗试验，确定标准爆破漏斗圆半径。

13、进一步地，所述步骤(2)具体包括：设定爆破岩质为均质同相体，假设爆破漏斗为标准爆破漏斗，根据利文斯顿爆破漏斗原理，一定量的炸药为了能爆破出最大的爆破量，能量应均布，爆破漏斗圆应不重叠或相交重叠最少，又因爆破漏斗圆之间不能留有岩质生料，爆破漏斗圆必须相交，确定符合爆破漏斗圆相交、重叠最少的爆破布控形式包括梅花形布孔和矩形布孔，所述梅花形布孔的相邻的三个漏斗圆相交于一点，每个中心爆破漏斗圆周边均布六个爆破漏斗圆，每相邻的三个漏斗圆圆心组成等边三角形；所述矩形布孔为相邻的四个个漏斗圆相交一点，中间的爆破漏斗圆周边均布八个爆破漏斗圆，每相邻的四个漏斗圆圆心组成正方形。

14、进一步地，所述步骤(3)具体包括：设定标准爆破漏斗圆半径为r，确定爆破孔排距参数，三瓣梅花形布孔中，孔排距为四瓣花矩形爆破孔中，孔排距为

15、进一步地，所述步骤(4)具体包括：为了清楚认识爆破后地面形状，先探讨爆破漏斗相交面曲线、爆破漏斗相重合的体积；

16、爆破漏斗与平面相交示意图中坐标系，设h为圆锥的高，r为标准爆破漏斗圆半径，则有

17、圆锥方程为：x2+y2＝(h-z)2r2/h2 (1)，

18、设一平面与爆破漏斗中心轴线相距为c，则有y＝c(常数，且0＜c＜r)，

19、

20、平面与圆锥体截取的曲线方程为

21、(h-z)2r2/(c2h2)-x2/c2＝1      (舍去半边曲线)            (3)，

22、爆破漏斗面相交曲线为双曲线；

23、当爆破为三瓣梅花形布孔时，爆破后的漏斗之间的遗留岩质体为，三条双曲线型棱线和三个圆锥曲面组成的三曲棱三曲面尖状立体；当爆破为四瓣花矩形布孔时，爆破后的漏斗之间的遗留岩质体为，四条双曲线型棱线和四个圆锥曲面组成的四曲棱四曲面尖状立体；三曲棱三曲面组成的尖状立体、四曲棱四曲面组成的尖状立体中，所有曲棱线为双曲线，所有的曲面为圆锥面；爆破后，形成爆破漏斗、尖状立体相互交错，呈对称规律分布；通过爆后地形截面分析，得爆破遗留岩质最高点，位于爆破漏斗圆圆心组成图形的重心上；最高距离为爆破漏斗圆半径r。

24、进一步地，所述步骤(5)具体包括：台阶爆后遗留爆岩体积是指爆破漏斗底平面以上未被炸药破碎的岩质体积，用于核算工程造价；

25、双曲线实轴在z轴上，设双曲线与xoy面围成的面积为s，双曲面面积s为：

26、

27、令c＝y，则有

28、

29、设爆破漏斗圆锥被平面切割的小块体积为v，则有

30、

31、则圆锥体被平面y＝c截去的体积为：则截去的体积为：

32、

33、进一步地，所述步骤(6)具体包括：为了爆后遗留岩质高度快速降低，爆破漏斗圆之间的距离必须缩小，不同的遗留岩质高度对应不同的爆破漏斗组合，这种对应关系成一一对应，许多不同的爆破漏斗组合体组成群体，群体具有相同构造，把这个群体叫爆破漏斗布孔组合同构群；梅花形布孔为正三角形，这种群体叫正三角形爆破漏斗布孔组合同构群，矩形布孔为正方形，这种群体叫正方形爆破漏斗布孔组合同构群；爆破漏斗布孔组合同构群有下面的性质，正三角形爆破漏斗布孔组合群或正方形爆破漏斗布孔组合群中，一种爆破布孔形式到另一种爆破布孔形式的同比例k变化，与爆破遗留岩质相关的一维量度(长、宽、高)也同比例k变化，与爆破遗留岩质相关的二维量度(面积)按k2比例变化，与爆破遗留岩质相关的三维量度(体积)按比例k3变化。

34、进一步地，所述步骤(7)具体包括：利用爆破漏斗组合同构群的性质以及正三角形爆破布孔群或正方形爆破布孔群中一种布孔孔排矩形式，根据此种已知形式，自由选择所需要的爆破孔排矩形式。

35、进一步地，所述步骤(8)具体包括：通过所选机械设备，现场试验凿除岩石，根据实验结果，确定非爆破施工岩石层厚度。

36、进一步地，所述步骤(9)具体包括：所述非爆破工程量，即液压破碎锤凿除工程量，主要包括保护层工程量以及台阶爆破遗留部分，所述保护层工程量为保护层厚度与施工面积之积；孔排距选定后，利用体积公式(7)，通过棱柱体积、圆锥体积等组合运算可以求出台阶爆破漏斗遗留岩质体积。

37、本发明工作时，通过标准爆破漏斗优化组合，分析爆破后，地面介质高度、形状、体积大小等分布规律，找出爆破孔排距与爆后介质地面形状关系。依据找出的关系，根据业主要求及爆破环境等因素，通过确立爆破孔排距等参数，控制爆破后地面介质形状，起到指导施工的作用；通过爆破孔排距与爆后地面形状的体积公式，预测非爆破施工保护层造价，提高了爆破漏斗对爆后地形的影响认知，了解爆后地形的成因，明白爆破后地面形状的计量办法，利于甲乙双方土石方工程造价合同确立，降低了合同造价的扯皮纠纷。对保护层以上台阶爆破，通过本发明的办法优化孔排距，可以降低台阶爆破的施工成本。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：改变保护层爆破施工为非爆破施工后，非施爆保护层为薄薄一层，非施爆薄保护层以上的台阶爆破，为专门优化设计的孔排距，以降低爆破留存介质高度，减少非施爆层的工作量；采用非爆破施工层，利于控制建基面的质量，减少建基面底板超挖风险，省略台阶爆破孔底柔性垫层或空气柱措施，也可以免除保护层爆破飞石风险，可充分发挥保护层的作用。