电厂建筑群大解体式控制爆破实践

李玉景，张宝亮，赵 文，王付景，倪吉伦，沈国权

(贵州开源爆破工程有限公司，贵阳 551400)

大型火力发电系统由组装的机组设备及钢筋混凝土浇筑的附属结构等共同构成，拆除、改造中常用机械拆除方式拆除机组等组装设备，而对于高耸钢混附属设施，机械拆除则显得高危、低效。

环境条件允许时常采用爆破方式拆除高耸建(构)筑物及大型厂房[1-3]，爆破方式虽然高效，但要求设计、施工中必须根据工程实际情况，采取严格的控制手段，选择安全的施工方法。首先，控制建筑物的倒塌方向与塌落范围，避免损毁邻近建筑和设施；其次，控制危害效应，重点控制对象为爆破振动与爆破飞散物。充分利用倒塌过程中建(构)筑物结构间的拉、压、剪作用，尽量使其在倒塌过程中解体，避免大结构刚性着地造成过大冲击和振动。

目前国内外有许多的建筑群控制爆破实例，在理论与实践上均提供了大量的经验。张英才[4]在应用大解体式拆除爆破电厂大型厂房过程中，采用双向多回路的起爆网路，爆后爆堆小且爆破振动小；陈顺禄等[5]在复杂环境下大型钢筋混凝土基础结构的拆除爆破过程中，采用大孔径钻爆法并对爆破振动信号进行小波分析，避免了共振效应的危害；雷振等[6]在电厂综合楼的拆除爆破过程中，针对无纵梁连接结构的横跨，使用施加预应力的钢丝绳进行跨间牵引，确保后排立柱的倾覆力矩。

相对一般控制爆破而言，对较大规模的框架结构实施解体式爆破，则是根据建(构)筑物特征，通过较小的工作量破坏其稳定状态，充分利用结构跨间拉、压作用实现建(构)筑物大规模解体，解体形式通常为逐跨解体。本文结合国内外建筑群控制爆破的经验，对大型电厂改建工程在机械拆除机组设备后，余留的承重框架、电梯井、煤仓过道以及汽机房单排墙柱等高耸建(构)筑物，进行大解体式拆除爆破的过程进行了详细介绍，以期为类似工程提供参考。

1 工程概况

待拆除的建筑物位于贵州省六盘水市，是由锅炉房及其附属电梯井、煤仓过道和单面墙体组成的框架结构建(构)筑物，其中2座锅炉房高55 m，电梯井高60 m，煤仓过道高45 m。待拆除建筑物附近环境复杂，锅炉房北侧35 m处有待保护的煤气管道，100 m处有电厂煤炭铁路运输线路；锅炉房A东侧3 m处有保留的厂房墙面，6 m处有正在运行的机械设备；煤仓过道东侧3.8 m处有正在运行的机械设备；单面墙体南侧3.2 m处有变压器管道，61 m处为在用高压线网，周围环境如图1所示。

图1 周边环境Fig.1 Surrounding environment

2 爆破方案

2.1 工程难点分析

1)待拆煤仓过道和锅炉房周边分布多个保留建筑物、管道、变电站、升压站以及其他正在运行的设备(见图2)，爆破后倒塌区域极为有限，因此需要精确控制待拆建筑物的爆破顺序及倒塌方向。

图2 待拆建筑物现场Fig.2 Site of the buildings to be demolished

2)爆破区域北侧35 m处为重点保护的煤气管道；南侧地下有循环水管，地面紧邻输煤栈道和升压站，爆破时必须确保这些建(构)筑物设施和电力设备的安全。

2.2 起爆顺序及切口参数设计

1)起爆顺序设计。根据待拆建(构)筑物群的分布特点及周围的环境条件，应用建(构)筑物倾覆失稳原理，采用定向控制爆破的拆除方式，使建(构)筑物朝着指定方向坍塌在安全允许的范围内。设计遵循先倒建(构)筑物为后倒建(构)筑物坍塌提供更大倾倒空间的原则，待拆除建(构)筑物倒塌先后顺序(见图3)分3步实现:

①首先对电梯井和锅炉房A、B实施控制爆破，使其向西侧倒塌；

②然后对煤仓过道进行控制爆破，使煤仓过道也向西倒塌；

③最后对单面墙实施爆破，使其向北倒塌。

注：①～③表示倒塌顺序图3 建筑物拆除爆破顺序Fig.3 Demolition blasting sequence of buildings

根据倒塌顺序分3次起爆，首先对电梯井、锅炉房A、B进行起爆，因锅炉房B同电梯之间有横梁连接，所以三者一起起爆，锅炉房A、B间利用延时雷管控制起爆时差；其后对煤仓过道进行爆破，同样采用延时爆破原理，自西向东依次向西定向坍塌；随后单面墙体向北定向倒塌。

2)切口高度。在通常情况下，爆破切口断面越大，其倾覆力矩越大，待拆除建筑物越容易坍塌。对于待拆锅炉房，根据现场爆破施工条件及工程实践经验，锅炉房A、B第1排立柱1层炸高均取4.5 m，2层炸高均取2.0 m；为使2座锅炉房按设计倒塌，第2排立柱实施弱松动爆破，爆破后形成塑性铰支撑。锅炉房A第2排立柱炸高取1.2 m，锅炉房B第2排立柱炸高仅取0.5 m(见图4)。

注：1～2表示排数图4 锅炉房爆破切口Fig.4 Blasting notch in the boiler room

注：1～2表示排数图5 煤仓过道爆破切口(侧视)Fig.5 Coal bunker aisle blasting notch(side view)

电梯井及剪力墙均为承重结构，配筋率高，有较强的抗拉、抗压性能，为确保其顺利倾倒，电梯井的前排立柱和剪力墙炸高都取4.5 m，后排立柱炸高取0.5 m，以形成塑性铰；煤仓过道爆破切口如图5所示，第1排立柱爆破2层，第1层炸高取5.0 m，第2层炸高取4.0 m；第2排立柱仅对第1层进行爆破，炸高取2.0 m。

2.3 预处理

为减少钻孔作业量，确保待拆建(构)筑物顺利倒塌，需对电梯井和煤仓过道进行爆前预处理。采用风镐或捣机对电梯井每个端面中间部分的剪力墙进行预处理破坏，化墙为柱，端面预处理高、宽均为2 m，电梯井剪力墙预处理情况如图6所示。

图6 电梯井预处理结果Fig.6 Elevator shaft pretreatment result

2.4 爆破参数及起爆网路设计

1)爆破参数设计。待拆除锅炉房包括电梯井剪力墙和立柱，其中电梯井长4 m，宽3.3 m，剪力墙厚30 cm，立柱截面尺寸为0.5 m×0.5 m；待拆煤仓过道长200 m，宽15 m，高53 m，由2排共56根截面尺寸为1.8 m×0.6 m的钢筋混凝土立柱支撑组成；单排墙柱立柱截面积均为1.2 m×0.6 m，立柱间距为6 m；煤仓过道整体结构较为完整，由装配和浇筑两个部分组成，单排墙柱立柱截面积均为1.2 m×0.6 m，立柱间距为6 m，共7根。由于紧靠变压管网和厂房，需要确保倒塌方向，爆破前使用钢筋朝倒塌方向固定、拉紧，并施加一定预应力。各部分详细爆破参数如表1所示。

表1 爆破参数Table 1 Parameter for blasting

2)起爆网路设计。对于锅炉部分，拆除爆破所采用的导爆管雷管段别有MS1、MS3、MS7、MS10、MS15，其中孔外采用MS1段雷管绑扎；电梯井前排孔内使用MS10段雷管，后排装填MS15段雷管。

对于煤仓过道，采用的电雷管有MS1、MS3、HS2、HS3，第1排立柱孔内统一使用HS2段雷管，孔外采用MS1段雷管绑扎；第2排立柱孔内统一装填HS3段雷管，孔外采用MS1段雷管绑扎，每跨立柱之间采用MS3段雷管延时，前后排间立柱延时半秒，第1排对第2排立柱传递拉应力形成一定力矩后，第2排立柱起爆，避免延时过短造成第2排立柱倾倒转向(见图7)。

图7 煤仓过道爆破网路Fig.7 Coal bunker aisle blasting network

单排墙柱由于立柱自重较小，采用同段一次爆破网路，所有立柱孔内统一装填MS3段雷管，孔外统一使用MS1段雷管绑扎并联网路。

3 振动校核及相关保护措施

拆除爆破主要涉及到的安全问题有爆破振动、塌落振动、爆破飞散物和触地飞溅，应对这些爆破危害效应进行安全校核并采取必要的保护措施。

3.1 爆破振动

整个拆除爆破过程中，锅炉房A第1排立柱采用分散装药结构，最大单响药量达28 kg，根据《爆破安全规程》[7]推荐的萨道夫斯基公式，计算爆破振速：

(1)

式中：v为地面质点峰值振动速度，cm/s；K、α为与地形、地质条件有关的系数和衰减指数；Q为最大单响药量；R为监测点到爆源的最近距离。

因为需要保护的建(构)筑物距离爆破中心水平距离R最近为6 m，最远为42 m，所以加权平均距离取25 m，最大单响药量Q取28 kg；根据现场环境，系数K取40，α取1.8，计算得v=2.47 cm/s，小于文献[7]规定的保护建(构)筑物所在地安全允许质点振速2.5 cm/s。

3.2 塌落振动

拆除爆破煤仓过道时，由于煤仓过道距离被保护建筑较近，且因煤仓的存在，使得其质量较大，重心较高。本工程塌落振动校核公式使用中科院力学所周家汉等[8]提出的塌落振动计算公式：

(2)

式中：vt为塌落振动引起的地面质点振速，cm/s；M为建构筑物质量，约1 000 t(逐跨倒塌，实际触地冲击结构质量远小于1 000 t)；g为重力加速度，9.8 m/s2；H为重心高度，40 m；σ为地面介质破坏强度，取10 MPa；R为监测点与地面冲击中心的水平距离，取35 m；Kt、β分别是塌落振动衰减系数和指数，分别取3.37、1.64。

经校核vt=2.1 cm/s，符合相关要求。因采用多种防护措施以及在地表设置堆渣等缓冲垫层，实际爆破时的塌落振动小于计算值。

3.3 飞散物防护措施

拆除爆破时需对爆破切口内的混凝土进行粉碎性破坏，爆破时用胶皮、竹耙或竹跳板等韧性材料对立柱炮孔部位进行包覆，并用钢筋绑扎牢固，并对重点部位用多层胶皮、竹耙进行防护，防护结构如图8所示。为避免大量块状钢筋混凝土冲击硬质地面，爆破前，在构筑物倒塌方向堆积高度约为1.5～2.5 m的柔性松软层。

图8 现场防护措施Fig.8 Site protection measures

4 爆破效果

合理的爆破切口和梁柱间的起爆时差设计是实现大解体式拆除爆破的关键。首先合理的爆破切口控制着倒塌方向和倒塌范围，可减小对周边建(构)筑物及设施的影响；合理的起爆时差可控制建(构)筑物的起爆顺序，充分利用纵梁、横梁结构间的拉应力，对后起爆建(构)筑物倒塌方向的控制具有重要作用，同时可调整建(构)筑物倒塌冲能在时间上的分布。通过对爆破缺口、起爆时差的合理设计，取得了良好的爆破效果，建(构)筑物解体爆破效果如图9所示。

图9 爆破效果Fig.9 Blasting effect

5 结论

1)针对高配筋率剪力墙、电梯井等承重结构，采用预处理“化墙为柱”方式可大幅减小钻孔工作量，有助于提高施工效率。

2)框架结构建(构)筑物拆除爆破时，在确保最后排立柱孔内起爆系统不受破坏的前提下，最后排立柱可选择较长延时，在前排形成拉应力后，后排立柱底部进行弱松动爆破形成塑性铰，有助于最后排立柱按设计方向倾倒。

3)塌落区设置柔性缓冲层避免了高速度、大体量钢筋混凝土直接冲击硬质刚性地面，但飞溅物仍然不可避免，应在重点保护设施外搭设保护措施。