周曉光

(1.湖南鐵軍工程建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410003;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京), 北京 100091)

1 聚能裝藥及其特點(diǎn)

聚能效應(yīng)也稱門羅效應(yīng),端部空穴的裝藥在引爆后,爆炸產(chǎn)物沿空穴表面的法線方向飛散并在軸線匯聚,形成高壓、高速、高密度的氣流。如果在空穴中安裝有藥型罩,炸藥爆炸后空穴方向形成高速的金屬射流或爆炸成型彈丸。利用裝藥端部空穴提高局部破壞作用的效應(yīng)稱為聚能效應(yīng),產(chǎn)生聚能效應(yīng)的裝藥稱聚能裝藥。聚能裝藥是能產(chǎn)生爆炸聚能效應(yīng)的成型裝藥,可對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)高效侵徹、切割,在軍事、工程中運(yùn)用廣泛。聚能裝藥與普通裝藥相比有3個(gè)特點(diǎn)。

1.1 結(jié)構(gòu)不同

聚能裝藥設(shè)有聚能空穴或在空穴中安裝有藥型罩,分無(wú)藥型罩聚能裝藥和有藥型罩聚能裝藥,有藥型罩聚能裝藥侵徹、切割效果更好。藥型罩通常選擇密度大、塑性好的材料,目前藥型罩材料多采用紫銅、鉛銻合金或鋼等。罩體頂角在80°～100°之間,為便于加工,罩體頂角通常選取90°。炸藥一般選擇爆速高的銻黑、聚黑等。

1.2 設(shè)置方式不同

外部裝藥爆破目標(biāo)時(shí),普通裝藥爆破需與目標(biāo)充分接觸效果最好,而聚能裝藥與目標(biāo)保持適當(dāng)距離(炸高)時(shí)效果最好,使侵徹深度最大時(shí)的炸高為最佳炸高,最佳炸高需通過(guò)計(jì)算、試驗(yàn)確定。

1.3 藥量不同

同一目標(biāo)采用聚能裝藥相比普通裝藥爆破可大大減少裝藥量,一般可減少十分之一甚至更多。以炸斷厚度3 c m、寬度30 c m鋼板為例,普通裝藥(梯恩梯)爆破藥量為Q=10×3×3×30=2700 g,而采用SGPQ-19型(280 g/m)聚能裝藥炸斷鋼板時(shí),藥量為280 g/m×0.3 m=84 g,是普通炸藥量1/32。

2 聚能裝藥在軍事上的應(yīng)用

2.1 破甲彈

聚能裝藥結(jié)構(gòu)能用作制作反坦克破甲彈,地雷、反坦克火箭彈、導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部。某些便攜式反坦克導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部就是聚能裝藥結(jié)構(gòu)的破甲彈,能垂直破鋼甲厚750 mm。

2.2 爆破器材

各國(guó)軍隊(duì)一直在積極研制體積小、重量輕、效能高的爆破器材,其主要方法就是采用聚能裝藥結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)穿孔、切割的目的。穿孔裝藥可用于在硬土、凍土、巖石、混凝土中快速開設(shè)炮孔。切割裝藥可用于對(duì)鋼結(jié)構(gòu)軍事目標(biāo)的快速爆破,反恐時(shí)可用于爆破防盜門、墻壁等。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑物拆除爆破

1990年國(guó)外采用聚能裝藥完成了大量的鋼結(jié)構(gòu)橋梁、樓房等建筑物的拆除爆破。自2002年上鋼一廠第二煉鋼車間38 700 m2廠房采用聚能裝藥成功拆除后,我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑物采用聚能裝藥成功爆破拆除的案例逐漸增多。

3.1 沈陽(yáng)市綠島全鋼結(jié)構(gòu)體育館爆破拆除

2012年,沈陽(yáng)市綠島全鋼結(jié)構(gòu)體育館被成功爆破拆除。體育館長(zhǎng)228 m,寬180 m,高53.6 m,共8層,建筑面積38萬(wàn)m2,是亞洲最大室內(nèi)體育館。爆破的難點(diǎn):環(huán)境復(fù)雜,聚能裝藥是外部裝藥,本次爆破使用炸藥3000 kg,需嚴(yán)格控制沖擊波、飛散物,其防護(hù)是難題;結(jié)構(gòu)復(fù)雜、面積大,屬大型鋼結(jié)構(gòu)建筑建筑物,高寬比小,需確保建筑物可靠?jī)A倒坍塌。將建筑物劃分為13個(gè)爆區(qū),利用線性聚能切割器對(duì)支撐立柱進(jìn)行爆破切割。通過(guò)靶場(chǎng)試驗(yàn),選擇RDX∶TNT=50∶50(3.8 kg/m)、炸高30 mm、紫銅罩、罩頂角90°大號(hào)切割器爆破切割50 mm鋼板;RDX∶TNT=50∶50(2.25 kg/m)、炸高20 mm、紫銅罩、罩頂角90°小號(hào)切割器爆破切割20 mm鋼板。

采用電子雷管起爆網(wǎng)路。爆破部位設(shè)置托架,采用沙袋、鋼網(wǎng)進(jìn)行近體防護(hù),如圖1所示。

圖1 防護(hù)示意

體育場(chǎng)館按照爆破設(shè)計(jì)的倒塌順序和方向傾倒解體,炮聲低沉,周圍建筑物無(wú)任何損壞,爆破效果良好。此次爆破是采用聚能裝藥爆破拆除規(guī)模較大鋼結(jié)構(gòu)工程的成功實(shí)踐,創(chuàng)新地解決了爆破危害效應(yīng)的難題。

3.2 中鹽株化紅四方造粒塔爆破拆除

2020年鹽株化紅四方造粒塔被成功爆破拆除。塔高99.4 m,底部外直徑為17.1 m。塔身由24根工字鋼豎向支撐作為立柱,立柱間距2.15 m,支撐立柱每隔1.8 m設(shè)置一道鋼圈梁,圈梁與圈梁之間和圈梁與支撐之間設(shè)有U型槽鋼斜撐。立柱為600 mm×170 mm工字鋼,其側(cè)板厚度為30 mm,腹板厚度為12 mm。造粒塔及其附屬結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 造粒塔及其附屬結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有類似鋼結(jié)構(gòu)塔爆破拆除的經(jīng)驗(yàn),待拆除鋼結(jié)構(gòu)由造粒塔主體和其南側(cè)附屬運(yùn)輸電梯井、人行步梯構(gòu)成,是一個(gè)組合體。如何確定合理的爆破缺口、預(yù)先處理確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、選擇合適的切割器、確?？煽?jī)A倒、危害防護(hù)等一系列難題需解決。

通過(guò)靶場(chǎng)試驗(yàn),選擇切割器:以SGPQ-19型高能切割器單向切割,在預(yù)切割丁字部位情況下,能夠切割厚度為30 mm的45號(hào)工字鋼側(cè)板;以SGPQ-15型高能切割器單向切割,能夠切割厚度為12 mm的45號(hào)工字鋼腹板。切割器藥型罩材料為鉛銻合金板,厚度為2 mm,藥型罩頂角為90°;口徑為26 mm(15型)、30 mm(19型),聚黑-16炸藥,爆速為8390 m/s,密度為1.71 g/mm3,線裝藥密度為210 g/m(15型)、280 g/m(19型)。選擇右3#立柱作為試驗(yàn)炮,切除連接的橫梁與斜撐,在距離地面高度1.4 m、6.8 m、9.3 m 3處設(shè)置了切割器,爆破取得預(yù)期效果。

采取梯形切口,切口最大高度9.3 m,切口圓心角225°,包含14根切割立柱。爆破北側(cè)立柱,形成向北傾倒的爆破切口。在裝藥點(diǎn)下方采用鋼筋和鋼管焊接防護(hù)托架,切割器安裝到位后,在防護(hù)托架上繞切口一周放置沙袋,沙袋外部再以橡膠墊包裹一周。中鹽株化紅四方造粒塔爆破拆除的具體爆破參數(shù)見表1。

表1 聚能裝置統(tǒng)計(jì)

起爆后,造粒塔緩慢傾倒向預(yù)設(shè)方向,倒向準(zhǔn)確,無(wú)明顯前沖后座現(xiàn)象,如圖3、圖4所示。周邊建筑物無(wú)損,人員安全。本次爆破采用工廠加工的切割器,大大減少了裝藥量,不需要起爆體導(dǎo)爆索端部可靠起爆。爆破方案確定合理,預(yù)先處理適度,確保了塔和組合體的可靠?jī)A倒。在安全防護(hù)、裝藥設(shè)置等方面有一些創(chuàng)新,取得1項(xiàng)專利,為此類建筑物拆除爆破積累了經(jīng)驗(yàn)。

圖3 造粒塔倒塌過(guò)程

圖4 塔體倒塌效果

4 結(jié)語(yǔ)

(1)鋼結(jié)構(gòu)建筑物的拆除工程會(huì)逐漸增多,采用聚能裝藥爆破拆除方法安全快捷。

(2)聚能裝藥在工程中還可用于快速破碎孤石、大塊二次破碎等,搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)可用于障礙物的快速爆破破碎。由水電八局研制的雙聚能裝藥,在水電、道路光面預(yù)裂爆破施工中成功運(yùn)用,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于一些磚、石、混凝土、鋼筋混凝土墻體、梁、柱及其組成的結(jié)構(gòu)物爆破拆除,采用聚能裝藥爆破可不鉆孔,節(jié)約作業(yè)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)快速爆破,適合在無(wú)法鉆孔爆破或特殊情況下使用,如搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)建筑物拆除爆破等場(chǎng)合。

(3)聚能效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)已有一百三十多年,在軍事中的運(yùn)用已經(jīng)較成熟,但在工程中的運(yùn)用還有很多局限性,技術(shù)上存在不足。如爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)目前沒(méi)有完善的方法,主要依賴試驗(yàn)。聚能效應(yīng)在工程中的應(yīng)用前景很廣,針對(duì)不同目標(biāo)的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、裝藥設(shè)置、起爆、危害控制等一系列技術(shù)問(wèn)題需深入研究。