吳 慶 夏云鵬 張耀良 張文斌

①江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院(江蘇鎮(zhèn)江，212000)

②江蘇長江爆破工程有限公司(江蘇鎮(zhèn)江，212000)

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，越來越多的重污染企業(yè)需被拆除。其中，因面積廣、空間大、排架結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，企業(yè)主廠房在爆破拆除時(shí)容易出現(xiàn)解體方向分散、倒塌不徹底或者傷及周邊保護(hù)目標(biāo)等現(xiàn)象。

國內(nèi)學(xué)者針對廠房爆破拆除進(jìn)行了大量實(shí)踐研究[1-3]。丁凱等[4]采用了幾種減振技術(shù)對主廠房爆破效果進(jìn)行了分析。陳密元等[5]對主廠房大板梁的支撐立柱在不同高度處布置爆破區(qū)，并逐次延期起爆，成功爆破拆除了主廠房。鄒宗山等[6]在倒塌空間有限的情況下對廠房采用雙向折疊的爆破方式。張曉龍等[7]通過設(shè)計(jì)合理的倒塌方案和爆破參數(shù)，對城市中復(fù)雜環(huán)境下的大面積廠房進(jìn)行了爆破拆除。

以江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁電廠主廠房爆破拆除為工程實(shí)例，研究復(fù)雜環(huán)境下大面積廠房爆破拆除的方法和防護(hù)措施，以期為今后類似的工程提供參考。

1 工程概況

1.1 環(huán)境特點(diǎn)

待爆廠房位于江蘇省鎮(zhèn)江市諫壁電廠廠區(qū)內(nèi)。西側(cè)70 m處為待拆除的兩座210 m高煙囪、195 m處為313＃庫房和物資超市、205 m處為液氨站；東側(cè)40 m處為升壓區(qū)的開關(guān)室、42 m處為內(nèi)有精密儀器的網(wǎng)控樓、52 m處為升壓區(qū)(區(qū)域內(nèi)有大量的絕緣瓷瓶)；南側(cè)30 m處是廠區(qū)的生產(chǎn)辦公樓；北側(cè)33 m處為正在運(yùn)行使用的七期廠區(qū)。待爆廠房周邊環(huán)境見圖1。

待爆廠房周邊地上、地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，集中在待爆廠房四周，共有供熱、回水、除鹽、循環(huán)、消防、架空、通訊電纜、路燈供電、電纜隧道等9種不同類型的管線及重要設(shè)備。其中，通訊電纜距離廠房最近，為22 m。

1.2 樓房結(jié)構(gòu)

圖2為待爆廠房的結(jié)構(gòu)圖。廠房屬于鋼筋混凝土框架-排架組合結(jié)構(gòu)。建筑最高點(diǎn)達(dá)到60.0 m。廠房的南北長353.0 m、東西寬48.6 m，總建筑面積為17 155.8 m2。

圖2 待爆廠房結(jié)構(gòu)(單位:m)Fig.2 Structure of the factory buildings to be blasted(Unit:m)

廠房平面內(nèi)，立柱排號(hào)自西向東劃分為C軸、B軸、A軸。總共有108根承重柱:截面尺寸為1 800 mm×700 mm的有96根；1 000 mm×500 mm的有8根，為B軸與A軸之間的山墻柱；700 mm×700 mm的有4根。立柱鋼筋最大直徑為25 mm。

待爆廠房有3個(gè)人行樓梯，分別在B軸與C軸之間的南、北、中3個(gè)部位。

廠房自西向東分為汽機(jī)房(東半部)與除氧煤倉間(西半部)。汽機(jī)房為排架結(jié)構(gòu)，高度為35.0 m，內(nèi)有兩座大型行吊，屋面為鋼混結(jié)構(gòu)；除氧煤倉間為框架結(jié)構(gòu)，高度為60.0 m。

2 施工難點(diǎn)分析

1)安全要求嚴(yán)。待爆廠房周邊毗鄰重要設(shè)備及管線，北側(cè)距離正在運(yùn)行的七期廠區(qū)僅有33 m，東側(cè)距離四、五期網(wǎng)控室42 m，西側(cè)距離液氨站205 m，南側(cè)距離生產(chǎn)辦公樓30 m。廠房南北縱向跨度長，爆破影響范圍廣，若爆破危害控制不當(dāng)，將造成華東電力網(wǎng)整體斷電事故。

2)技術(shù)要求高。廠房的東半部分汽機(jī)房為空間大、跨度長的排架結(jié)構(gòu)，前、后排立柱間的跨度較長，兩排立柱間的聯(lián)系只有屋頂樓板和南、北兩側(cè)橫梁，若措施不合理，易造成后排立柱爆后傾而不倒。

3)工作量較大。由于廠房高寬比較小，爆破切口高，切口范圍內(nèi)二樓部分墻體無法采用機(jī)械拆除，只能利用人工處理多道大面積磚墻。并且，由于廠房面積大，立柱數(shù)量多，鉆孔數(shù)量大。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 倒塌方式

廠房西側(cè)有70 m長的空地可供倒塌，倒塌距離和倒塌場地寬度均能滿足定向爆破場地要求[8]，故待爆廠房選擇向正西方向定向倒塌，見圖1。

3.2 爆破切口

待爆廠房東西寬度為48.6 m，高寬比為1.23，重心偏低。如采用單一切口(梯形或者三角形切口)形式，為保證重心偏移至外墻，其切口開設(shè)高度較高，工作量增大，施工成本增加。為保證廠房失穩(wěn)倒塌，降低工程量，根據(jù)以往工程實(shí)踐，采用雙梯形組成的爆破切口，切口最大高度為15.0 m，切口最終傾角為21°。如圖3所示。

圖3 爆破切口(單位:m)Fig.3 Blasting incision(Unit:m)

3.3 預(yù)處理

1)樓梯處理。3座樓梯正好位于倒塌方向一側(cè)，如處理不利索，在倒塌過程中將會(huì)形成新的支撐。為確保廠房倒塌的可靠性，利用加長臂挖機(jī)對所有樓梯進(jìn)行全部拆除，搭設(shè)腳手架至二樓，便于上樓施工，爆前對腳手架進(jìn)行拆除。

2)隔墻處理。切口范圍內(nèi)的隔墻影響主廠房倒塌解體，尤其是與倒塌方向一致的隔墻。因此，采用機(jī)械對切口范圍內(nèi)所有墻體全部予以拆除，形成獨(dú)立的框架結(jié)構(gòu)。廠房二樓部分隔墻機(jī)械無法拆除，且墻體面積較大，人工全部拆除危險(xiǎn)性較大。因此，將二樓的隔墻處理成50 cm×24 cm的墻柱，對預(yù)留下的墻柱進(jìn)行鉆孔裝藥。

3)管線預(yù)處理。廠房內(nèi)有多道鑄鐵或鋼制的上下水管、消防水管以及煤倉管道，必須切斷切口范圍內(nèi)的所有管線，否則將形成新的支撐，影響廠房的倒塌。煤倉管道內(nèi)有大量煤粉，需提前對管道內(nèi)煤粉進(jìn)行灌水清洗，全程灑水作業(yè)，晚上派人巡視。

4)裙樓處理。為防止廠房南側(cè)裙樓對主廠房南側(cè)山墻倒塌造成影響，提前對其拆除。

3.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

1)精確計(jì)算爆破參數(shù)。本次爆破的參數(shù)是根據(jù)廠房的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場條件，結(jié)合計(jì)算公式[9]和以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而確定的，具體的參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)Tab.1 Blasting parameters

2)爆前試炮調(diào)整參數(shù)。在正式裝藥前，要選取不影響整體結(jié)構(gòu)的立柱進(jìn)行爆前試炮，其目的是摸清其砼強(qiáng)度、內(nèi)部配筋，判別裝藥是否合理、防護(hù)是否有效，根據(jù)試炮效果調(diào)整參數(shù)。

3.5 爆破順序及起爆網(wǎng)路

3.5.1 爆破順序

采用分區(qū)域、逐跨、逐段延時(shí)起爆。由于廠房南北長度達(dá)到353.0 m，為嚴(yán)格降低最大單段起爆藥量，并使廠房分段著地，降低塌落振動(dòng)，將廠房以伸縮縫為基準(zhǔn)分為4個(gè)區(qū)域，由南向北依次為I、II、III、IV區(qū)域。各區(qū)域間延期間隔為0.5 s。單區(qū)域內(nèi)C軸與B軸延期間隔為0.5 s；而由于A軸與B軸之間的汽機(jī)房為排架結(jié)構(gòu)，前、后立柱之間牽拉力不足，為保證A軸立柱向預(yù)定方向傾倒，其延期時(shí)間不宜過長，因此A軸與B軸之間的延期間隔為0.11 s。各區(qū)域雷管段別劃分如表2和圖4所示。

表2 爆破段別劃分及延期時(shí)間Tab.2 Blasting section divisions and delay times

圖4 爆破分段Fig.4 Blasting sections

3.5.2 起爆網(wǎng)路

采用雙向復(fù)式閉合起爆網(wǎng)路。因廠房南北長度較長，如此大規(guī)模的起爆網(wǎng)路可靠性是保證廠房爆破成功的關(guān)鍵要素，起爆網(wǎng)路見圖5。

3.6 爆破安全計(jì)算

3.6.1 爆破振動(dòng)校核[10]

式中:v為爆破允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；Q為單段最大起爆藥量，kg；R為保護(hù)對象至爆破點(diǎn)的距離，m；k、α分別為與爆區(qū)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；k′為修正系數(shù)，k′＝0.25。

對于最近的辦公樓(30 m)，通過計(jì)算得出炸藥爆炸產(chǎn)生的爆破振速為1.89 cm/s。根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》，爆破振速不會(huì)對爆區(qū)建(構(gòu))筑物及設(shè)施造成影響。

食鹽，很多初學(xué)者對食鹽作為面包配方中的基本原料很是不解。食鹽可以增加面包的風(fēng)味；可以強(qiáng)化面筋，保持面團(tuán)彈力，加強(qiáng)面團(tuán)的保氣能力；控制面團(tuán)發(fā)酵速度，讓面團(tuán)在發(fā)酵過程中能均勻膨脹。食鹽還可以中和糖的甜味，在含糖量高的面包配方中，可以適當(dāng)增加食鹽的用量。但是過量的食鹽不僅能讓面包很咸，也會(huì)抑制酵母的生長繁殖，因此食鹽在面包中的添加量通常為1%～2%（以面粉計(jì)）。

3.6.2 觸地振動(dòng)校核[11]

式中:vt為塌落引起的地面振速，cm/s；R為觀測點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；m為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；H為構(gòu)件的高度，m；σ、g、kt、β分別為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度、重力加速度、觸地振速衰減系數(shù)、觸地振速衰減指數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)取σ＝10 MPa，g＝9.8 m/s2，kt＝3.37~4.09，β＝1.80~1.66，在采取減振溝、逐區(qū)域、逐跨延時(shí)起爆等措施，衰減系數(shù)kt僅為原狀地面的1/4~1/3。

經(jīng)計(jì)算，觸地振速為2.38 cm/s，在允許范圍內(nèi)，塌落振速不會(huì)對爆區(qū)建(構(gòu))筑物及設(shè)施造成影響。

3.6.3 飛石距離校核[12]

式中:Rmax為最大飛石距離，m；Kt為與爆破方式、填塞長度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，結(jié)構(gòu)物爆破一般取Kt＝1.0~1.5；q為炸藥單耗，kg/m3；D為藥孔直徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，Rmax為153 m，該廠房必須采取有效的防飛石措施將飛石控制在安全范圍內(nèi)。

3.7 防護(hù)措施

3.7.1 防飛石措施

1)爆破立柱覆蓋防護(hù)。參照過往工程經(jīng)驗(yàn)，在原來防護(hù)的基礎(chǔ)上[13-14]，在需要裝藥的立柱和預(yù)處理后余留下的隔墻柱外側(cè)，用4層高強(qiáng)度安全網(wǎng)和1層塑料骨骼網(wǎng)[15]的組合覆蓋防護(hù)，形成第一級防護(hù)，防止爆破時(shí)飛石的溢散。

3)升壓區(qū)的遮擋防護(hù)。為防止廠房向西側(cè)倒塌時(shí)內(nèi)部逗留氣體破壞東側(cè)門窗，造成碎片傷及廠房東側(cè)升壓站，在廠房與升壓站之間搭設(shè)遮擋排架，懸掛密目網(wǎng)，形成第三級防護(hù)。

4)對重要目標(biāo)的主動(dòng)防護(hù)(第四級防護(hù))。

管道防護(hù):待爆廠房北側(cè)七期允許廠房外側(cè)有許多面對爆區(qū)的管道，因此，采用鋼制腳手板搭設(shè)防護(hù)架，防止其受到損壞。

門窗防護(hù):待爆廠房東側(cè)網(wǎng)控樓及北側(cè)廠房內(nèi)有精密儀器，并且爆破時(shí)有留守人員在內(nèi)，爆前對門窗使用木板進(jìn)行封閉。

生產(chǎn)辦公樓防護(hù):由于生產(chǎn)辦公樓位于廠房南側(cè)30 m處，為防止樓內(nèi)辦公設(shè)備受到損壞，在辦公樓面向爆區(qū)的一側(cè)拉設(shè)一道安全網(wǎng)，形成遮擋。

3.7.2 降振措施

1)開挖減振溝[11]。在待爆廠房四周開挖一條寬2.5 m、深2.0 m的減振溝，防止爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)對周邊的影響。

2)振動(dòng)監(jiān)測。在廠房周邊多個(gè)保護(hù)物附近設(shè)置測振傳感器，全程監(jiān)測收集振動(dòng)數(shù)據(jù)。

3.7.3 超壓監(jiān)測

爆前，在待爆廠房與七期廠房之間設(shè)置空壓傳感器，對廠房爆破產(chǎn)生的沖擊氣浪進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3.8 嚴(yán)密組織施工

本次廠房爆破過程中，裝藥量大、雷管段別多。為避免裝藥人員出錯(cuò)，裝藥前要根據(jù)設(shè)計(jì)將每柱、每孔的裝藥情況繪制成總體裝藥圖。同時(shí)，制出單個(gè)立柱裝藥參數(shù)圖，貼在每根立柱上，便于施工人員明白地按圖施工。裝藥前，對所有施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，進(jìn)行分藥、裝藥、填塞、連接網(wǎng)絡(luò)的明確分工，并講清各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)。

4 爆破效果

4.1 爆破效果

2021年4月23日9時(shí)58分，待爆廠房3 s內(nèi)完成起爆，在預(yù)先設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)自南向北依次傾倒，解體比較徹底。爆破效果如圖6所示。

圖6 爆破效果Fig.6 Blasting outcome

經(jīng)爆后現(xiàn)場測量:廠房密集坍塌長度398 m，密集坍塌寬度71 m，爆堆最高15 m。但是，由于汽機(jī)房內(nèi)行吊形成斜撐的原因(因行吊體積過大且離地較高，爆前難以拆除)，有3根立柱未徹底放倒。爆后，挖機(jī)對未傾倒立柱進(jìn)行了拆除。

4.2 防護(hù)效果

四級防飛石措施有效阻擋了爆破產(chǎn)生的飛石，周邊保護(hù)目標(biāo)安然無恙。

減振措施降振效果明顯。從圖7~圖8爆后各點(diǎn)檢測結(jié)果看出，各點(diǎn)測得的最大爆破振速為0.864 cm/s，沖擊氣浪超壓峰值為1.5 kPa，小于GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》[8]建筑物無破壞標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2.0 kPa，爆后廠房設(shè)備正常運(yùn)行，未受到任何影響。

圖7 爆破振速變化曲線Fig.7 Variation curves of blasting vibration velocity

圖8 多點(diǎn)爆破的噪音信號(hào)疊加Fig.8 Noise signal superposition of multipoint blasting

5 結(jié)論

1)在復(fù)雜環(huán)境下對大跨度、高空間的排架結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行拆除爆破，采用多種防護(hù)措施，有效阻擋了個(gè)別飛石、著地飛濺以及壓縮氣體夾帶產(chǎn)物對周邊升壓站、網(wǎng)控樓、運(yùn)行廠房、辦公樓等建(構(gòu))筑物及設(shè)施的損壞，防護(hù)方法有效。

2)如果施工條件允許，爆前需對行吊進(jìn)行拆除，將行吊的軌道切割成數(shù)段。若不能拆除，將行吊移至兩個(gè)立柱之間，這樣，行吊一端下落后就不易形成整體支撐。

3)排架廠房兩側(cè)山墻外翻需格外注意。從爆后爆堆可以看到，南、北兩側(cè)山墻均向外移動(dòng)了一定距離。建議類似工程中山墻需采取鋼絲繩牽引、加大爆高等必要措施。

4)爆前對周邊重要保護(hù)目標(biāo)的取證以及爆中測振、測壓尤為關(guān)鍵，一是避免了爆后糾紛，二是為后續(xù)工程提供參考。