复杂环境下火电厂大面积厂房的爆破拆除❋

吴 庆 夏云鹏 张耀良 张文斌

①江苏科技大学土木工程与建筑学院(江苏镇江，212000)

②江苏长江爆破工程有限公司(江苏镇江，212000)

引言

随着社会经济的快速发展，为了响应国家节能减排的号召，越来越多的重污染企业需被拆除。其中，因面积广、空间大、排架结构、周边环境复杂等特点，企业主厂房在爆破拆除时容易出现解体方向分散、倒塌不彻底或者伤及周边保护目标等现象。

国内学者针对厂房爆破拆除进行了大量实践研究[1-3]。丁凯等[4]采用了几种减振技术对主厂房爆破效果进行了分析。陈密元等[5]对主厂房大板梁的支撑立柱在不同高度处布置爆破区，并逐次延期起爆，成功爆破拆除了主厂房。邹宗山等[6]在倒塌空间有限的情况下对厂房采用双向折叠的爆破方式。张晓龙等[7]通过设计合理的倒塌方案和爆破参数，对城市中复杂环境下的大面积厂房进行了爆破拆除。

以江苏省镇江市谏壁电厂主厂房爆破拆除为工程实例，研究复杂环境下大面积厂房爆破拆除的方法和防护措施，以期为今后类似的工程提供参考。

1 工程概况

1.1 环境特点

待爆厂房位于江苏省镇江市谏壁电厂厂区内。西侧70 m处为待拆除的两座210 m高烟囱、195 m处为313＃库房和物资超市、205 m处为液氨站；东侧40 m处为升压区的开关室、42 m处为内有精密仪器的网控楼、52 m处为升压区(区域内有大量的绝缘瓷瓶)；南侧30 m处是厂区的生产办公楼；北侧33 m处为正在运行使用的七期厂区。待爆厂房周边环境见图1。

待爆厂房周边地上、地下管网错综复杂，集中在待爆厂房四周，共有供热、回水、除盐、循环、消防、架空、通讯电缆、路灯供电、电缆隧道等9种不同类型的管线及重要设备。其中，通讯电缆距离厂房最近，为22 m。

1.2 楼房结构

图2为待爆厂房的结构图。厂房属于钢筋混凝土框架-排架组合结构。建筑最高点达到60.0 m。厂房的南北长353.0 m、东西宽48.6 m，总建筑面积为17 155.8 m2。

图2 待爆厂房结构(单位:m)Fig.2 Structure of the factory buildings to be blasted(Unit:m)

厂房平面内，立柱排号自西向东划分为C轴、B轴、A轴。总共有108根承重柱:截面尺寸为1 800 mm×700 mm的有96根；1 000 mm×500 mm的有8根，为B轴与A轴之间的山墙柱；700 mm×700 mm的有4根。立柱钢筋最大直径为25 mm。

待爆厂房有3个人行楼梯，分别在B轴与C轴之间的南、北、中3个部位。

厂房自西向东分为汽机房(东半部)与除氧煤仓间(西半部)。汽机房为排架结构，高度为35.0 m，内有两座大型行吊，屋面为钢混结构；除氧煤仓间为框架结构，高度为60.0 m。

2 施工难点分析

1)安全要求严。待爆厂房周边毗邻重要设备及管线，北侧距离正在运行的七期厂区仅有33 m，东侧距离四、五期网控室42 m，西侧距离液氨站205 m，南侧距离生产办公楼30 m。厂房南北纵向跨度长，爆破影响范围广，若爆破危害控制不当，将造成华东电力网整体断电事故。

2)技术要求高。厂房的东半部分汽机房为空间大、跨度长的排架结构，前、后排立柱间的跨度较长，两排立柱间的联系只有屋顶楼板和南、北两侧横梁，若措施不合理，易造成后排立柱爆后倾而不倒。

3)工作量较大。由于厂房高宽比较小，爆破切口高，切口范围内二楼部分墙体无法采用机械拆除，只能利用人工处理多道大面积砖墙。并且，由于厂房面积大，立柱数量多，钻孔数量大。

3 方案设计

3.1 倒塌方式

厂房西侧有70 m长的空地可供倒塌，倒塌距离和倒塌场地宽度均能满足定向爆破场地要求[8]，故待爆厂房选择向正西方向定向倒塌，见图1。

3.2 爆破切口

待爆厂房东西宽度为48.6 m，高宽比为1.23，重心偏低。如采用单一切口(梯形或者三角形切口)形式，为保证重心偏移至外墙，其切口开设高度较高，工作量增大，施工成本增加。为保证厂房失稳倒塌，降低工程量，根据以往工程实践，采用双梯形组成的爆破切口，切口最大高度为15.0 m，切口最终倾角为21°。如图3所示。

图3 爆破切口(单位:m)Fig.3 Blasting incision(Unit:m)

3.3 预处理

1)楼梯处理。3座楼梯正好位于倒塌方向一侧，如处理不利索，在倒塌过程中将会形成新的支撑。为确保厂房倒塌的可靠性，利用加长臂挖机对所有楼梯进行全部拆除，搭设脚手架至二楼，便于上楼施工，爆前对脚手架进行拆除。

2)隔墙处理。切口范围内的隔墙影响主厂房倒塌解体，尤其是与倒塌方向一致的隔墙。因此，采用机械对切口范围内所有墙体全部予以拆除，形成独立的框架结构。厂房二楼部分隔墙机械无法拆除，且墙体面积较大，人工全部拆除危险性较大。因此，将二楼的隔墙处理成50 cm×24 cm的墙柱，对预留下的墙柱进行钻孔装药。

3)管线预处理。厂房内有多道铸铁或钢制的上下水管、消防水管以及煤仓管道，必须切断切口范围内的所有管线，否则将形成新的支撑，影响厂房的倒塌。煤仓管道内有大量煤粉，需提前对管道内煤粉进行灌水清洗，全程洒水作业，晚上派人巡视。

4)裙楼处理。为防止厂房南侧裙楼对主厂房南侧山墙倒塌造成影响，提前对其拆除。

3.4 爆破参数设计

1)精确计算爆破参数。本次爆破的参数是根据厂房的结构和现场条件，结合计算公式[9]和以往的实践经验而确定的，具体的参数如表1所示。

表1 爆破参数Tab.1 Blasting parameters

2)爆前试炮调整参数。在正式装药前，要选取不影响整体结构的立柱进行爆前试炮，其目的是摸清其砼强度、内部配筋，判别装药是否合理、防护是否有效，根据试炮效果调整参数。

3.5 爆破顺序及起爆网路

3.5.1 爆破顺序

采用分区域、逐跨、逐段延时起爆。由于厂房南北长度达到353.0 m，为严格降低最大单段起爆药量，并使厂房分段着地，降低塌落振动，将厂房以伸缩缝为基准分为4个区域，由南向北依次为I、II、III、IV区域。各区域间延期间隔为0.5 s。单区域内C轴与B轴延期间隔为0.5 s；而由于A轴与B轴之间的汽机房为排架结构，前、后立柱之间牵拉力不足，为保证A轴立柱向预定方向倾倒，其延期时间不宜过长，因此A轴与B轴之间的延期间隔为0.11 s。各区域雷管段别划分如表2和图4所示。

表2 爆破段别划分及延期时间Tab.2 Blasting section divisions and delay times

图4 爆破分段Fig.4 Blasting sections

3.5.2 起爆网路

采用双向复式闭合起爆网路。因厂房南北长度较长，如此大规模的起爆网路可靠性是保证厂房爆破成功的关键要素，起爆网路见图5。

3.6 爆破安全计算

3.6.1 爆破振动校核[10]

式中:v为爆破允许质点振速，cm/s；Q为单段最大起爆药量，kg；R为保护对象至爆破点的距离，m；k、α分别为与爆区地形、地质条件有关的系数和衰减指数；k′为修正系数，k′＝0.25。

对于最近的办公楼(30 m)，通过计算得出炸药爆炸产生的爆破振速为1.89 cm/s。根据GB 6722—2014《爆破安全规程》，爆破振速不会对爆区建(构)筑物及设施造成影响。

食盐，很多初学者对食盐作为面包配方中的基本原料很是不解。食盐可以增加面包的风味；可以强化面筋，保持面团弹力，加强面团的保气能力；控制面团发酵速度，让面团在发酵过程中能均匀膨胀。食盐还可以中和糖的甜味，在含糖量高的面包配方中，可以适当增加食盐的用量。但是过量的食盐不仅能让面包很咸，也会抑制酵母的生长繁殖，因此食盐在面包中的添加量通常为1%～2%（以面粉计）。

3.6.2 触地振动校核[11]

式中:vt为塌落引起的地面振速，cm/s；R为观测点至冲击地面中心的距离，m；m为下落构件的质量，t；H为构件的高度，m；σ、g、kt、β分别为地面介质的破坏强度、重力加速度、触地振速衰减系数、触地振速衰减指数，按经验取σ＝10 MPa，g＝9.8 m/s2，kt＝3.37~4.09，β＝1.80~1.66，在采取减振沟、逐区域、逐跨延时起爆等措施，衰减系数kt仅为原状地面的1/4~1/3。

经计算，触地振速为2.38 cm/s，在允许范围内，塌落振速不会对爆区建(构)筑物及设施造成影响。

3.6.3 飞石距离校核[12]

式中:Rmax为最大飞石距离，m；Kt为与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，结构物爆破一般取Kt＝1.0~1.5；q为炸药单耗，kg/m3；D为药孔直径，mm。

经计算，Rmax为153 m，该厂房必须采取有效的防飞石措施将飞石控制在安全范围内。

3.7 防护措施

3.7.1 防飞石措施

1)爆破立柱覆盖防护。参照过往工程经验，在原来防护的基础上[13-14]，在需要装药的立柱和预处理后余留下的隔墙柱外侧，用4层高强度安全网和1层塑料骨骼网[15]的组合覆盖防护，形成第一级防护，防止爆破时飞石的溢散。

3)升压区的遮挡防护。为防止厂房向西侧倒塌时内部逗留气体破坏东侧门窗，造成碎片伤及厂房东侧升压站，在厂房与升压站之间搭设遮挡排架，悬挂密目网，形成第三级防护。

4)对重要目标的主动防护(第四级防护)。

管道防护:待爆厂房北侧七期允许厂房外侧有许多面对爆区的管道，因此，采用钢制脚手板搭设防护架，防止其受到损坏。

门窗防护:待爆厂房东侧网控楼及北侧厂房内有精密仪器，并且爆破时有留守人员在内，爆前对门窗使用木板进行封闭。

生产办公楼防护:由于生产办公楼位于厂房南侧30 m处，为防止楼内办公设备受到损坏，在办公楼面向爆区的一侧拉设一道安全网，形成遮挡。

3.7.2 降振措施

1)开挖减振沟[11]。在待爆厂房四周开挖一条宽2.5 m、深2.0 m的减振沟，防止爆破振动和塌落振动对周边的影响。

2)振动监测。在厂房周边多个保护物附近设置测振传感器，全程监测收集振动数据。

3.7.3 超压监测

爆前，在待爆厂房与七期厂房之间设置空压传感器，对厂房爆破产生的冲击气浪进行实时监测。

3.8 严密组织施工

本次厂房爆破过程中，装药量大、雷管段别多。为避免装药人员出错，装药前要根据设计将每柱、每孔的装药情况绘制成总体装药图。同时，制出单个立柱装药参数图，贴在每根立柱上，便于施工人员明白地按图施工。装药前，对所有施工人员进行技术交底，进行分药、装药、填塞、连接网络的明确分工，并讲清各环节的技术要点。

4 爆破效果

4.1 爆破效果

2021年4月23日9时58分，待爆厂房3 s内完成起爆，在预先设计的范围内自南向北依次倾倒，解体比较彻底。爆破效果如图6所示。

图6 爆破效果Fig.6 Blasting outcome

经爆后现场测量:厂房密集坍塌长度398 m，密集坍塌宽度71 m，爆堆最高15 m。但是，由于汽机房内行吊形成斜撑的原因(因行吊体积过大且离地较高，爆前难以拆除)，有3根立柱未彻底放倒。爆后，挖机对未倾倒立柱进行了拆除。

4.2 防护效果

四级防飞石措施有效阻挡了爆破产生的飞石，周边保护目标安然无恙。

减振措施降振效果明显。从图7~图8爆后各点检测结果看出，各点测得的最大爆破振速为0.864 cm/s，冲击气浪超压峰值为1.5 kPa，小于GB6722—2014《爆破安全规程》[8]建筑物无破坏标准规定的2.0 kPa，爆后厂房设备正常运行，未受到任何影响。

图7 爆破振速变化曲线Fig.7 Variation curves of blasting vibration velocity

图8 多点爆破的噪音信号叠加Fig.8 Noise signal superposition of multipoint blasting

5 结论

1)在复杂环境下对大跨度、高空间的排架结构厂房进行拆除爆破，采用多种防护措施，有效阻挡了个别飞石、着地飞溅以及压缩气体夹带产物对周边升压站、网控楼、运行厂房、办公楼等建(构)筑物及设施的损坏，防护方法有效。

2)如果施工条件允许，爆前需对行吊进行拆除，将行吊的轨道切割成数段。若不能拆除，将行吊移至两个立柱之间，这样，行吊一端下落后就不易形成整体支撑。

3)排架厂房两侧山墙外翻需格外注意。从爆后爆堆可以看到，南、北两侧山墙均向外移动了一定距离。建议类似工程中山墙需采取钢丝绳牵引、加大爆高等必要措施。

4)爆前对周边重要保护目标的取证以及爆中测振、测压尤为关键，一是避免了爆后纠纷，二是为后续工程提供参考。