电子雷管在密集建筑物拆除爆破中的应用

丁林敏,曾国飞,吴著明

(1.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410012;2.深圳市浩丰达爆破工程有限公司,广东 深圳市 518000;3.广东省中山市公安局治安支队, 广东 中山市 528400)

电子雷管又称数码雷管、数码电子雷管,是采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。电子雷管实现了高精度的起爆时序控制,为精确爆破设计、爆破效果控制、爆破机理与过程研究提供了技术支持。在实际应用和研究过程中,王明星系统阐述了国内外数码电子雷管的发展现状及技术优势,对未来电子雷管的工程应用进行了展望[1];胡浩川等人通过设置不同的孔、排间延期时间与国产普通导爆管雷管的对比试验,得出台阶爆破中当电子雷管采用孔间30 ms微差、排间70 ms微差时,减震作用与爆破效果最佳[2];王占强、薛焕娣等人将电子雷管应用到公路浅埋隧道掘进爆破和水工隧道爆破工程中,对降低爆破震动和大块率取得了很好的效果[3-4];陈兴等人利用电子雷管进行了一次爆破成井32 m,取得了很好的效果[5];莫金汕、罗福友、曾帅等通过对普通毫秒导爆管雷管网路和电子雷管网路实际爆破效果对比试验研究,总结得出复杂环境爆破工程中电子雷管网路在降低爆破震动、提高炸药利用率、减少爆破大块率、增强网路可靠性等方面的优越性[6-8]。本文以实际工程为例,介绍了电子雷管在多栋建筑物一次性拆除爆破中的应用,通过电子雷管网路对网路可靠性的检测及各建筑物倒塌延期时间的控制,实现了爆破楼房顺利倒塌的意图,达到了安全爆破的目的。

1 工程概况

1.1 工程环境

某棚户区属于“斜坡类地质灾害容易发生区”,存在严重安全隐患。为彻底消除棚户区公共安全隐患,有序推进棚户区改造,政府决定对其进行拆除重建。根据现场场地空间情况,决定前期对5栋楼房进行爆破拆除。5栋楼房依次为长排村11＃、15＃、19＃、97＃、99＃,其中11＃、15＃楼房为连体结构。待拆除楼房西向、南向均为山体边坡,东向及东北向被密集民房环绕,楼栋与楼栋之间仅隔一条3 m宽过道,北向有一长度为24.8 m空地。爆区环境见图1。

图1 爆区环境

1.2 爆破体结构

待拆楼房均为砖砌墙和钢筋混凝土框架混合结构,楼中各层均为砖砌墙,梁、柱及层板均为钢筋混凝土结构(见图2,表1)。

2 爆破方案设计

2.1 倒塌顺序及方向

考虑到待爆楼房周边场地空间问题,设计采用定向折叠倒塌方案(见图3),楼房倒塌顺序依次为97＃、99＃、11＃、15＃、19＃。由于11＃、15＃楼倒向空间长度不足,设计11＃、15＃楼采用多重折叠倒塌方案。

表1 木棉岭片区待拆楼房结构

图2 房屋平面结构

为了降低97＃、99＃楼爆破后爆渣堆积高度及控制爆炸范围,97＃、99＃楼爆破1,2,3层。同时考虑到99＃楼爆破后的爆渣堆积,为了使19＃楼倒塌后冲击解体,提高其爆破高度,爆破层从第二层开始,爆破2,3,4层。

图3 设计倒塌方向

2.2 预处理

为使楼房顺利倒塌,除了待爆楼房的门、窗等预先拆除外,同时需要对各爆破层砖砌墙及楼梯进行预处理,以破坏其强度和刚度。

(1)97＃、99＃楼爆破层为1,2,3层,爆破层内除钢筋混凝土框架外,剩余隔墙利用破碎锤或人工方式预先拆除并清空;同时,每爆破层楼梯每幅均打断2个台阶。

(2)11＃、15＃楼采用多层折叠倒塌方式,爆破层为1,2,6,7层,爆破层内砖砌墙预先拆除并清空;同时每爆破层楼梯每幅均打断2个台阶。

(3)提高19＃楼起爆层至第二层,爆破2,3,4层楼。爆破层内除钢筋混凝土框架外,剩余隔墙利用破碎锤或人工方式预先拆除并清空;同时,每爆破层楼梯每幅均打断2个台阶。

2.3 爆破参数设计

(1)爆破切口设计。钢筋混凝土结构承重立柱破坏高度计算公式为：

式中,B为立柱截面长边边长,11＃、15＃、19＃、97＃楼B＝600 mm,99＃楼B＝700 mm;Hmin为承重立柱失稳最小破坏高度,Hmin＝12.5d,d为钢筋直径,d＝25 mm;K为经验系数,K＝1.5～2.0。计算得出11＃、15＃、19＃、97＃楼切口高度 H＝1.369～1.825 m。取 H＝1.8 m;99＃楼切口高度 H＝1.519～2.025,取H＝2.0 m。为防止出现后座不利现象,每栋楼均保留最后一排立柱不钻孔不爆破。

(2)爆破参数。选用YT－28型手持式风动凿岩机,钻孔直径d＝40 mm,装填Φ32 mm二号岩石乳化炸药。沿立柱窄面中心线均匀布置单排炮孔。考虑到钻孔施工的可操作性,同时降低支撑柱底部的夹制作用,爆破切口底部位置提高至楼板上部0.5 m处。爆破参数设计见表2。

(3)装药结构。爆破楼栋各承重立柱横截面长宽比大于1,为了充分利用炸药性能及保证爆破效果,设计采取间隔装药方式,利用20 cm长竹签将炸药串在竹签两端,炸药与炸药之间用导爆索传爆(见图4)。

(4)爆破网路。在大型综合爆破网路中,为了防止发生拒爆事故,通常采用可检测的电雷管起爆网路。而普通电子雷管安全性较低,易受外来电影响产生早爆等事故,同时存在延期精确度不高、可同时起爆雷管数量少等缺点,因此不适用雷管使用量大、延期精确度要求高的工程。本工程采用某新型✍号电子雷管并联网路起爆系统,其延期精确度达到±1 ms,最大可同时起爆雷管1600发。每发雷管通过编码器独立设置起爆延期时间,爆破网路系统不启动不触发,网路安全性高。

表2 爆破参数

整体楼群爆破顺序设定为：97＃、99＃楼先爆且同时起爆,11＃、15＃、19＃楼后爆且同时起爆。单栋楼房各爆破层承重立柱起爆顺序均为沿倒塌方向从前往后依次起爆(见图5、图6)。为避免99＃楼倒塌过程中与11＃、15＃楼形成互相支撑结构和对各自预定的倒塌方向产生偏差。当99＃楼倒塌过程中倾斜角度超过11＃、15＃楼时,此时其重心垂直下落高度为h＝4.71 m(见图7),通过式h＝1/2gt2,计算得出,t＝0.980 s。根据计算结果,设置后爆11＃、15＃、19＃楼每发电子雷管的延期时间。

延期时间见表3。

表3 延期时间

(5)爆破安全。待爆楼房西面为山体自然屏障,其余各向均为待拆楼房且均已签约,爆破环境较好。爆破时150 m范围内清空人员并在各出入口设置警戒,严禁人员进场。

起爆前,利用铱钵表对起爆网路进行检测,确认起爆网路链接无误后,下达起爆指令。

图5 19＃、97＃、99＃楼爆破立柱起爆顺序

图6 11＃、15＃楼爆破立柱起爆顺序

图7 99＃楼倒塌过程模拟

3 爆破效果

项目从设计到实施共历时7 d,共计钻孔1320个,使用乳化炸药98.3 kg、电子雷管1320发。爆破过程中,各楼栋按设计顺序依次倒塌且无方向偏差,11＃、15＃楼与99＃楼没有出现互相支撑现象。97＃、99＃、19＃楼解体充分;11＃、15＃楼由于先爆楼房爆渣的堆积,降低了其下降高度,导致其后部框架未完全解体。

施工过程中未出现安全事故,且起爆主机系统显示所有雷管均已起爆,无拒爆现象。距离爆区17.3 m处需保护变电房测得震动速度为0.226 cm/s。符合《爆破安全规程》GB6722－2014规定。

4 结 论

(1)拆除爆破工程大型复合爆破网路中,使用电子雷管,可检测网路的可靠性,避免漏接、错接等现象造成的拒爆现象。同时,可设定每发雷管的延期时间,延期精确度高,误差小,不会出现普通高段位雷管误差大造成的后排先响前排后响而引起的爆破事故。

(2)电子雷管其价格昂贵,在各类爆破工程中应用度不高,爆破工程师对其延期时间设置程序掌握不够熟练。其延期时间的设置较为繁琐,工作量大,操作时间长。在以后的类似工程中,设计方案审批后,可提前预先设置所需雷管的延期时间,避免因爆破当天时间不够引起预定起爆时间的延缓。

(3)拆除爆破中爆破立柱排间延期时间100 ms,形成建筑物梯次塌落,一定程度上有助于降低建筑物塌落震动。