李玉景，張寶亮，趙 文，王付景，倪吉倫，沈國權(quán)

(貴州開源爆破工程有限公司，貴陽 551400)

大型火力發(fā)電系統(tǒng)由組裝的機組設(shè)備及鋼筋混凝土澆筑的附屬結(jié)構(gòu)等共同構(gòu)成，拆除、改造中常用機械拆除方式拆除機組等組裝設(shè)備，而對于高聳鋼混附屬設(shè)施，機械拆除則顯得高危、低效。

環(huán)境條件允許時常采用爆破方式拆除高聳建(構(gòu))筑物及大型廠房[1-3]，爆破方式雖然高效，但要求設(shè)計、施工中必須根據(jù)工程實際情況，采取嚴格的控制手段，選擇安全的施工方法。首先，控制建筑物的倒塌方向與塌落范圍，避免損毀鄰近建筑和設(shè)施；其次，控制危害效應，重點控制對象為爆破振動與爆破飛散物。充分利用倒塌過程中建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)間的拉、壓、剪作用，盡量使其在倒塌過程中解體，避免大結(jié)構(gòu)剛性著地造成過大沖擊和振動。

目前國內(nèi)外有許多的建筑群控制爆破實例，在理論與實踐上均提供了大量的經(jīng)驗。張英才[4]在應用大解體式拆除爆破電廠大型廠房過程中，采用雙向多回路的起爆網(wǎng)路，爆后爆堆小且爆破振動??；陳順祿等[5]在復雜環(huán)境下大型鋼筋混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的拆除爆破過程中，采用大孔徑鉆爆法并對爆破振動信號進行小波分析，避免了共振效應的危害；雷振等[6]在電廠綜合樓的拆除爆破過程中，針對無縱梁連接結(jié)構(gòu)的橫跨，使用施加預應力的鋼絲繩進行跨間牽引，確保后排立柱的傾覆力矩。

相對一般控制爆破而言，對較大規(guī)模的框架結(jié)構(gòu)實施解體式爆破，則是根據(jù)建(構(gòu))筑物特征，通過較小的工作量破壞其穩(wěn)定狀態(tài)，充分利用結(jié)構(gòu)跨間拉、壓作用實現(xiàn)建(構(gòu))筑物大規(guī)模解體，解體形式通常為逐跨解體。本文結(jié)合國內(nèi)外建筑群控制爆破的經(jīng)驗，對大型電廠改建工程在機械拆除機組設(shè)備后，余留的承重框架、電梯井、煤倉過道以及汽機房單排墻柱等高聳建(構(gòu))筑物，進行大解體式拆除爆破的過程進行了詳細介紹，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

待拆除的建筑物位于貴州省六盤水市，是由鍋爐房及其附屬電梯井、煤倉過道和單面墻體組成的框架結(jié)構(gòu)建(構(gòu))筑物，其中2座鍋爐房高55 m，電梯井高60 m，煤倉過道高45 m。待拆除建筑物附近環(huán)境復雜，鍋爐房北側(cè)35 m處有待保護的煤氣管道，100 m處有電廠煤炭鐵路運輸線路；鍋爐房A東側(cè)3 m處有保留的廠房墻面，6 m處有正在運行的機械設(shè)備；煤倉過道東側(cè)3.8 m處有正在運行的機械設(shè)備；單面墻體南側(cè)3.2 m處有變壓器管道，61 m處為在用高壓線網(wǎng)，周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1 周邊環(huán)境Fig.1 Surrounding environment

2 爆破方案

2.1 工程難點分析

1)待拆煤倉過道和鍋爐房周邊分布多個保留建筑物、管道、變電站、升壓站以及其他正在運行的設(shè)備(見圖2)，爆破后倒塌區(qū)域極為有限，因此需要精確控制待拆建筑物的爆破順序及倒塌方向。

圖2 待拆建筑物現(xiàn)場Fig.2 Site of the buildings to be demolished

2)爆破區(qū)域北側(cè)35 m處為重點保護的煤氣管道；南側(cè)地下有循環(huán)水管，地面緊鄰輸煤棧道和升壓站，爆破時必須確保這些建(構(gòu))筑物設(shè)施和電力設(shè)備的安全。

2.2 起爆順序及切口參數(shù)設(shè)計

1)起爆順序設(shè)計。根據(jù)待拆建(構(gòu))筑物群的分布特點及周圍的環(huán)境條件，應用建(構(gòu))筑物傾覆失穩(wěn)原理，采用定向控制爆破的拆除方式，使建(構(gòu))筑物朝著指定方向坍塌在安全允許的范圍內(nèi)。設(shè)計遵循先倒建(構(gòu))筑物為后倒建(構(gòu))筑物坍塌提供更大傾倒空間的原則，待拆除建(構(gòu))筑物倒塌先后順序(見圖3)分3步實現(xiàn):

①首先對電梯井和鍋爐房A、B實施控制爆破，使其向西側(cè)倒塌；

②然后對煤倉過道進行控制爆破，使煤倉過道也向西倒塌；

③最后對單面墻實施爆破，使其向北倒塌。

注：①～③表示倒塌順序圖3 建筑物拆除爆破順序Fig.3 Demolition blasting sequence of buildings

根據(jù)倒塌順序分3次起爆，首先對電梯井、鍋爐房A、B進行起爆，因鍋爐房B同電梯之間有橫梁連接，所以三者一起起爆，鍋爐房A、B間利用延時雷管控制起爆時差；其后對煤倉過道進行爆破，同樣采用延時爆破原理，自西向東依次向西定向坍塌；隨后單面墻體向北定向倒塌。

2)切口高度。在通常情況下，爆破切口斷面越大，其傾覆力矩越大，待拆除建筑物越容易坍塌。對于待拆鍋爐房，根據(jù)現(xiàn)場爆破施工條件及工程實踐經(jīng)驗，鍋爐房A、B第1排立柱1層炸高均取4.5 m，2層炸高均取2.0 m；為使2座鍋爐房按設(shè)計倒塌，第2排立柱實施弱松動爆破，爆破后形成塑性鉸支撐。鍋爐房A第2排立柱炸高取1.2 m，鍋爐房B第2排立柱炸高僅取0.5 m(見圖4)。

注：1～2表示排數(shù)圖4 鍋爐房爆破切口Fig.4 Blasting notch in the boiler room

注：1～2表示排數(shù)圖5 煤倉過道爆破切口(側(cè)視)Fig.5 Coal bunker aisle blasting notch(side view)

電梯井及剪力墻均為承重結(jié)構(gòu)，配筋率高，有較強的抗拉、抗壓性能，為確保其順利傾倒，電梯井的前排立柱和剪力墻炸高都取4.5 m，后排立柱炸高取0.5 m，以形成塑性鉸；煤倉過道爆破切口如圖5所示，第1排立柱爆破2層，第1層炸高取5.0 m，第2層炸高取4.0 m；第2排立柱僅對第1層進行爆破，炸高取2.0 m。

2.3 預處理

為減少鉆孔作業(yè)量，確保待拆建(構(gòu))筑物順利倒塌，需對電梯井和煤倉過道進行爆前預處理。采用風鎬或搗機對電梯井每個端面中間部分的剪力墻進行預處理破壞，化墻為柱，端面預處理高、寬均為2 m，電梯井剪力墻預處理情況如圖6所示。

圖6 電梯井預處理結(jié)果Fig.6 Elevator shaft pretreatment result

2.4 爆破參數(shù)及起爆網(wǎng)路設(shè)計

1)爆破參數(shù)設(shè)計。待拆除鍋爐房包括電梯井剪力墻和立柱，其中電梯井長4 m，寬3.3 m，剪力墻厚30 cm，立柱截面尺寸為0.5 m×0.5 m；待拆煤倉過道長200 m，寬15 m，高53 m，由2排共56根截面尺寸為1.8 m×0.6 m的鋼筋混凝土立柱支撐組成；單排墻柱立柱截面積均為1.2 m×0.6 m，立柱間距為6 m；煤倉過道整體結(jié)構(gòu)較為完整，由裝配和澆筑兩個部分組成，單排墻柱立柱截面積均為1.2 m×0.6 m，立柱間距為6 m，共7根。由于緊靠變壓管網(wǎng)和廠房，需要確保倒塌方向，爆破前使用鋼筋朝倒塌方向固定、拉緊，并施加一定預應力。各部分詳細爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)Table 1 Parameter for blasting

2)起爆網(wǎng)路設(shè)計。對于鍋爐部分，拆除爆破所采用的導爆管雷管段別有MS1、MS3、MS7、MS10、MS15，其中孔外采用MS1段雷管綁扎；電梯井前排孔內(nèi)使用MS10段雷管，后排裝填MS15段雷管。

對于煤倉過道，采用的電雷管有MS1、MS3、HS2、HS3，第1排立柱孔內(nèi)統(tǒng)一使用HS2段雷管，孔外采用MS1段雷管綁扎；第2排立柱孔內(nèi)統(tǒng)一裝填HS3段雷管，孔外采用MS1段雷管綁扎，每跨立柱之間采用MS3段雷管延時，前后排間立柱延時半秒，第1排對第2排立柱傳遞拉應力形成一定力矩后，第2排立柱起爆，避免延時過短造成第2排立柱傾倒轉(zhuǎn)向(見圖7)。

圖7 煤倉過道爆破網(wǎng)路Fig.7 Coal bunker aisle blasting network

單排墻柱由于立柱自重較小，采用同段一次爆破網(wǎng)路，所有立柱孔內(nèi)統(tǒng)一裝填MS3段雷管，孔外統(tǒng)一使用MS1段雷管綁扎并聯(lián)網(wǎng)路。

3 振動校核及相關(guān)保護措施

拆除爆破主要涉及到的安全問題有爆破振動、塌落振動、爆破飛散物和觸地飛濺，應對這些爆破危害效應進行安全校核并采取必要的保護措施。

3.1 爆破振動

整個拆除爆破過程中，鍋爐房A第1排立柱采用分散裝藥結(jié)構(gòu)，最大單響藥量達28 kg，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[7]推薦的薩道夫斯基公式，計算爆破振速：

(1)

式中：v為地面質(zhì)點峰值振動速度，cm/s；K、α為與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；Q為最大單響藥量；R為監(jiān)測點到爆源的最近距離。

因為需要保護的建(構(gòu))筑物距離爆破中心水平距離R最近為6 m，最遠為42 m，所以加權(quán)平均距離取25 m，最大單響藥量Q取28 kg；根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，系數(shù)K取40，α取1.8，計算得v=2.47 cm/s，小于文獻[7]規(guī)定的保護建(構(gòu))筑物所在地安全允許質(zhì)點振速2.5 cm/s。

3.2 塌落振動

拆除爆破煤倉過道時，由于煤倉過道距離被保護建筑較近，且因煤倉的存在，使得其質(zhì)量較大，重心較高。本工程塌落振動校核公式使用中科院力學所周家漢等[8]提出的塌落振動計算公式：

(2)

式中：vt為塌落振動引起的地面質(zhì)點振速，cm/s；M為建構(gòu)筑物質(zhì)量，約1 000 t(逐跨倒塌，實際觸地沖擊結(jié)構(gòu)質(zhì)量遠小于1 000 t)；g為重力加速度，9.8 m/s2；H為重心高度，40 m；σ為地面介質(zhì)破壞強度，取10 MPa；R為監(jiān)測點與地面沖擊中心的水平距離，取35 m；Kt、β分別是塌落振動衰減系數(shù)和指數(shù)，分別取3.37、1.64。

經(jīng)校核vt=2.1 cm/s，符合相關(guān)要求。因采用多種防護措施以及在地表設(shè)置堆渣等緩沖墊層，實際爆破時的塌落振動小于計算值。

3.3 飛散物防護措施

拆除爆破時需對爆破切口內(nèi)的混凝土進行粉碎性破壞，爆破時用膠皮、竹耙或竹跳板等韌性材料對立柱炮孔部位進行包覆，并用鋼筋綁扎牢固，并對重點部位用多層膠皮、竹耙進行防護，防護結(jié)構(gòu)如圖8所示。為避免大量塊狀鋼筋混凝土沖擊硬質(zhì)地面，爆破前，在構(gòu)筑物倒塌方向堆積高度約為1.5～2.5 m的柔性松軟層。

圖8 現(xiàn)場防護措施Fig.8 Site protection measures

4 爆破效果

合理的爆破切口和梁柱間的起爆時差設(shè)計是實現(xiàn)大解體式拆除爆破的關(guān)鍵。首先合理的爆破切口控制著倒塌方向和倒塌范圍，可減小對周邊建(構(gòu))筑物及設(shè)施的影響；合理的起爆時差可控制建(構(gòu))筑物的起爆順序，充分利用縱梁、橫梁結(jié)構(gòu)間的拉應力，對后起爆建(構(gòu))筑物倒塌方向的控制具有重要作用，同時可調(diào)整建(構(gòu))筑物倒塌沖能在時間上的分布。通過對爆破缺口、起爆時差的合理設(shè)計，取得了良好的爆破效果，建(構(gòu))筑物解體爆破效果如圖9所示。

圖9 爆破效果Fig.9 Blasting effect

5 結(jié)論

1)針對高配筋率剪力墻、電梯井等承重結(jié)構(gòu)，采用預處理“化墻為柱”方式可大幅減小鉆孔工作量，有助于提高施工效率。

2)框架結(jié)構(gòu)建(構(gòu))筑物拆除爆破時，在確保最后排立柱孔內(nèi)起爆系統(tǒng)不受破壞的前提下，最后排立柱可選擇較長延時，在前排形成拉應力后，后排立柱底部進行弱松動爆破形成塑性鉸，有助于最后排立柱按設(shè)計方向傾倒。

3)塌落區(qū)設(shè)置柔性緩沖層避免了高速度、大體量鋼筋混凝土直接沖擊硬質(zhì)剛性地面，但飛濺物仍然不可避免，應在重點保護設(shè)施外搭設(shè)保護措施。