電子雷管在密集建筑物拆除爆破中的應用

丁林敏,曾國飛,吳著明

(1.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南 長沙 410012;2.深圳市浩豐達爆破工程有限公司,廣東 深圳市 518000;3.廣東省中山市公安局治安支隊, 廣東 中山市 528400)

電子雷管又稱數碼雷管、數碼電子雷管,是采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的電雷管。電子雷管實現了高精度的起爆時序控制,為精確爆破設計、爆破效果控制、爆破機理與過程研究提供了技術支持。在實際應用和研究過程中,王明星系統闡述了國內外數碼電子雷管的發展現狀及技術優勢,對未來電子雷管的工程應用進行了展望[1];胡浩川等人通過設置不同的孔、排間延期時間與國產普通導爆管雷管的對比試驗,得出臺階爆破中當電子雷管采用孔間30 ms微差、排間70 ms微差時,減震作用與爆破效果最佳[2];王占強、薛煥娣等人將電子雷管應用到公路淺埋隧道掘進爆破和水工隧道爆破工程中,對降低爆破震動和大塊率取得了很好的效果[3-4];陳興等人利用電子雷管進行了一次爆破成井32 m,取得了很好的效果[5];莫金汕、羅福友、曾帥等通過對普通毫秒導爆管雷管網路和電子雷管網路實際爆破效果對比試驗研究,總結得出復雜環境爆破工程中電子雷管網路在降低爆破震動、提高炸藥利用率、減少爆破大塊率、增強網路可靠性等方面的優越性[6-8]。本文以實際工程為例,介紹了電子雷管在多棟建筑物一次性拆除爆破中的應用,通過電子雷管網路對網路可靠性的檢測及各建筑物倒塌延期時間的控制,實現了爆破樓房順利倒塌的意圖,達到了安全爆破的目的。

1 工程概況

1.1 工程環境

某棚戶區屬于“斜坡類地質災害容易發生區”,存在嚴重安全隱患。為徹底消除棚戶區公共安全隱患,有序推進棚戶區改造,政府決定對其進行拆除重建。根據現場場地空間情況,決定前期對5棟樓房進行爆破拆除。5棟樓房依次為長排村11＃、15＃、19＃、97＃、99＃,其中11＃、15＃樓房為連體結構。待拆除樓房西向、南向均為山體邊坡,東向及東北向被密集民房環繞,樓棟與樓棟之間僅隔一條3 m寬過道,北向有一長度為24.8 m空地。爆區環境見圖1。

圖1 爆區環境

1.2 爆破體結構

待拆樓房均為磚砌墻和鋼筋混凝土框架混合結構,樓中各層均為磚砌墻,梁、柱及層板均為鋼筋混凝土結構(見圖2,表1)。

2 爆破方案設計

2.1 倒塌順序及方向

考慮到待爆樓房周邊場地空間問題,設計采用定向折疊倒塌方案(見圖3),樓房倒塌順序依次為97＃、99＃、11＃、15＃、19＃。由于11＃、15＃樓倒向空間長度不足,設計11＃、15＃樓采用多重折疊倒塌方案。

表1 木棉嶺片區待拆樓房結構

圖2 房屋平面結構

為了降低97＃、99＃樓爆破后爆渣堆積高度及控制爆炸范圍,97＃、99＃樓爆破1,2,3層。同時考慮到99＃樓爆破后的爆渣堆積,為了使19＃樓倒塌后沖擊解體,提高其爆破高度,爆破層從第二層開始,爆破2,3,4層。

圖3 設計倒塌方向

2.2 預處理

為使樓房順利倒塌,除了待爆樓房的門、窗等預先拆除外,同時需要對各爆破層磚砌墻及樓梯進行預處理,以破壞其強度和剛度。

(1)97＃、99＃樓爆破層為1,2,3層,爆破層內除鋼筋混凝土框架外,剩余隔墻利用破碎錘或人工方式預先拆除并清空;同時,每爆破層樓梯每幅均打斷2個臺階。

(2)11＃、15＃樓采用多層折疊倒塌方式,爆破層為1,2,6,7層,爆破層內磚砌墻預先拆除并清空;同時每爆破層樓梯每幅均打斷2個臺階。

(3)提高19＃樓起爆層至第二層,爆破2,3,4層樓。爆破層內除鋼筋混凝土框架外,剩余隔墻利用破碎錘或人工方式預先拆除并清空;同時,每爆破層樓梯每幅均打斷2個臺階。

2.3 爆破參數設計

(1)爆破切口設計。鋼筋混凝土結構承重立柱破壞高度計算公式為：

式中,B為立柱截面長邊邊長,11＃、15＃、19＃、97＃樓B＝600 mm,99＃樓B＝700 mm;Hmin為承重立柱失穩最小破壞高度,Hmin＝12.5d,d為鋼筋直徑,d＝25 mm;K為經驗系數,K＝1.5～2.0。計算得出11＃、15＃、19＃、97＃樓切口高度 H＝1.369～1.825 m。取 H＝1.8 m;99＃樓切口高度 H＝1.519～2.025,取H＝2.0 m。為防止出現后座不利現象,每棟樓均保留最后一排立柱不鉆孔不爆破。

(2)爆破參數。選用YT－28型手持式風動鑿巖機,鉆孔直徑d＝40 mm,裝填Φ32 mm二號巖石乳化炸藥。沿立柱窄面中心線均勻布置單排炮孔。考慮到鉆孔施工的可操作性,同時降低支撐柱底部的夾制作用,爆破切口底部位置提高至樓板上部0.5 m處。爆破參數設計見表2。

(3)裝藥結構。爆破樓棟各承重立柱橫截面長寬比大于1,為了充分利用炸藥性能及保證爆破效果,設計采取間隔裝藥方式,利用20 cm長竹簽將炸藥串在竹簽兩端,炸藥與炸藥之間用導爆索傳爆(見圖4)。

(4)爆破網路。在大型綜合爆破網路中,為了防止發生拒爆事故,通常采用可檢測的電雷管起爆網路。而普通電子雷管安全性較低,易受外來電影響產生早爆等事故,同時存在延期精確度不高、可同時起爆雷管數量少等缺點,因此不適用雷管使用量大、延期精確度要求高的工程。本工程采用某新型?號電子雷管并聯網路起爆系統,其延期精確度達到±1 ms,最大可同時起爆雷管1600發。每發雷管通過編碼器獨立設置起爆延期時間,爆破網路系統不啟動不觸發,網路安全性高。

表2 爆破參數

整體樓群爆破順序設定為：97＃、99＃樓先爆且同時起爆,11＃、15＃、19＃樓后爆且同時起爆。單棟樓房各爆破層承重立柱起爆順序均為沿倒塌方向從前往后依次起爆(見圖5、圖6)。為避免99＃樓倒塌過程中與11＃、15＃樓形成互相支撐結構和對各自預定的倒塌方向產生偏差。當99＃樓倒塌過程中傾斜角度超過11＃、15＃樓時,此時其重心垂直下落高度為h＝4.71 m(見圖7),通過式h＝1/2gt2,計算得出,t＝0.980 s。根據計算結果,設置后爆11＃、15＃、19＃樓每發電子雷管的延期時間。

延期時間見表3。

表3 延期時間

(5)爆破安全。待爆樓房西面為山體自然屏障,其余各向均為待拆樓房且均已簽約,爆破環境較好。爆破時150 m范圍內清空人員并在各出入口設置警戒,嚴禁人員進場。

起爆前,利用銥缽表對起爆網路進行檢測,確認起爆網路鏈接無誤后,下達起爆指令。

圖5 19＃、97＃、99＃樓爆破立柱起爆順序

圖6 11＃、15＃樓爆破立柱起爆順序

圖7 99＃樓倒塌過程模擬

3 爆破效果

項目從設計到實施共歷時7 d,共計鉆孔1320個,使用乳化炸藥98.3 kg、電子雷管1320發。爆破過程中,各樓棟按設計順序依次倒塌且無方向偏差,11＃、15＃樓與99＃樓沒有出現互相支撐現象。97＃、99＃、19＃樓解體充分;11＃、15＃樓由于先爆樓房爆渣的堆積,降低了其下降高度,導致其后部框架未完全解體。

施工過程中未出現安全事故,且起爆主機系統顯示所有雷管均已起爆,無拒爆現象。距離爆區17.3 m處需保護變電房測得震動速度為0.226 cm/s。符合《爆破安全規程》GB6722－2014規定。

4 結 論

(1)拆除爆破工程大型復合爆破網路中,使用電子雷管,可檢測網路的可靠性,避免漏接、錯接等現象造成的拒爆現象。同時,可設定每發雷管的延期時間,延期精確度高,誤差小,不會出現普通高段位雷管誤差大造成的后排先響前排后響而引起的爆破事故。

(2)電子雷管其價格昂貴,在各類爆破工程中應用度不高,爆破工程師對其延期時間設置程序掌握不夠熟練。其延期時間的設置較為繁瑣,工作量大,操作時間長。在以后的類似工程中,設計方案審批后,可提前預先設置所需雷管的延期時間,避免因爆破當天時間不夠引起預定起爆時間的延緩。

(3)拆除爆破中爆破立柱排間延期時間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動。