1　工程概况

1. 1　周围环境
       待拆除的煤气柜位于淮北市焦化厂厂区内,周围环境比较复杂。其北侧 6m 处有二路架空输水管,架空高3m ,由简易金属支架支撑; 西侧 5m 处有一排架空输气管和一排电缆线,架空高 3m ,由永久性砼支撑架支撑, 砼支撑架离煤气柜最近处为4. 5m; 煤气柜西侧20m有两座结构与其相同的生产气柜; 50m 范围内还有水泵房、冷却塔、干焦库等建
筑物。爆区周围环境情况参见图1 。
      为确保爆破万无一失,征得厂家同意,北侧架空输水管线在爆破前于东西两端之间15m 范围内临时断开,并临时拆除临近煤气柜的金属支撑架,以防爆破冲倒支架而波及输水管。
        厂方强调,西侧输气管及电缆线是全厂生产用主要管线,在爆破期间不能停止使用,因此必须绝对保证爆破时不对这些管线造成任何损坏。
1. 2　煤气柜结构
      待拆除的煤气柜为钢筋砼圆筒状开口式罐体,高7. 9m ,内径 15. 2m ,壁厚 0. 3m 。煤气柜容积约

1400m3。壁体为双层双向布筋结构,钢筋为 16 锰钢,竖筋  14mm ,间距0. 1m; 环筋  12 ～ 14mm ,间距为0. 1 ～ 0. 2m 。底板( 不包括砼垫层部分) 厚约0. 3m ,亦为双层布筋,底板配筋为A3 钢,上部配筋直径及配筋间距为:  10 @ 200; 下部径向配筋直径为   14mm ,环筋为   10 @ 300 。煤气柜结构及布筋情况参见图2 。

2　工程难点分析

      根据煤气柜结构特点及周围环境条件和要求,本次爆破工程的关键是要确保西侧输气管及电缆线万无一失,并保证北侧输水管不被损坏。因此本工程的难点是在保证获得较好爆破效果的同时,严格控制煤气柜爆破后的坍塌范围。
( 1) 壁体坍塌方向的控制。为控制坍塌范围,首先必须保证爆破后的破碎壁体全部向内折叠坍塌,不得造成爆破后煤气柜壁体沿垂直方向分成若干块向外倒塌,否则将直接砸坏西侧及北侧管线。
( 2) 壁体坍塌范围的控制。为确保西、北两侧管线的安全,除要保证爆破后的壁体不能直接砸坏管线外,同时还要避免因支撑架损坏而波及管线。因此在保证壁体坍塌方向的前提下,还必须控制其坍塌范围。根据西、北两侧管线支撑架的位置,确定控制范围: 西侧坍塌范围小于4. 5m; 北侧坍塌范围小于8m 。
( 3) 爆破破碎效果。为便于人工清理,在可能的情况下,尽量提高煤气柜壁体及底部爆破的破碎效果。
3　爆破方案设计
      根据对相似结构条件煤气柜的水压爆破效果分析,一般以注重爆破破碎效果的水压爆破,其坍塌范围比较大,不能满足本工程要求。为实现本次爆破工程的控制目标,采用如下的技术方案和措施。
3. 1　控制坍塌方向的技术方案
( 1) 经动力学分析,采用增加底层布药量,降低药包整体布置高度,使爆破作用力主要集中在气柜壁体下部的方案,提高气柜壁体底部破碎程度( 砼脱离钢筋,但不炸断钢筋),一方面为与爆破壁体沿此处折叠提供条件; 另一方面用增加底部爆破作用力的方法控制壁体向内折叠,这在柜体开口端强度相对较低的情况下尤为重要。
( 2) 根据水压爆破作用原理,在煤气柜内径相对( 其高) 较大时,采用多药包靠近壁体分散布置,有利于控制爆破壁体向内折叠。

3. 2　控制坍塌范围的技术方案

( 1) 适当降低炸高,并选择合理的水压爆破总药量,以控制总体坍塌范围。
( 2) 采用水压偏炸技术及严格控制西侧壁体炸高的方案控制西侧坍塌范围。
4　爆破技术参数设计

4. 1　药量计算
      水压爆破药量计算经验公式较多,但大多是基于小型水压爆破或药包相对集中的情况,对于本次大型开口式罐体多药包分散布置的水压爆破药量计算,我们参考如下两个经验公式〔1 , 2 , 3〕:经验公式1　Q1 =K B ×K C ×δ×B 2式中: Q1为炸药量, kg; δ 为结构物壁厚, δ=0. 3m;B 为结构物内直径, B =15. 2m; K B 为与爆破方式和结构特征有关的系数,本次爆破是开口式水压爆破,且结构物直径大于其高度,故取 K B =1. 1 ; K C为结构物材质系数,对于钢筋砼, K C =0. 5 ～ 1. 0 ,取K C =0. 75。计算得 Q1 =57. 18kg 。经验公式2　Q2 =K 1K 2K 3δ 1. 6R1. 4式中: Q2 为炸药量, kg; K 1为爆破程度系数,完全破碎时,K 1 =17 ～ 20 ,取18. 5; K 2 为开口系数,开口式爆破时K 2 =0. 9 ～ 1. 3 ,取1. 1; K 3为结构配筋系数,配筋率大于3%,K 3 =1. 2 ～ 1. 4 ,取1. 3; δ 为结构物壁厚, δ=0. 3m; R 为结构物内半径, R =7. 6m 。计算得 Q2 =65. 92kg 。类比相似结构气柜或气罐的水压爆破拆除工程〔4 , 5〕,爆破破碎整个气柜比较合理的炸药用量为60kg左右。因此根据本次爆破工程控制要求和方案设计,所需药量应小于60kg 。
4. 2　药包数量和布置
       本次爆破采用水胶炸药。根据总体方案要求,共设计22 个药包,分上下两层布置。下层12 个药包,每个药包重2. 5kg ; 上层9 个药包,每个药包重2. 0kg 。上下层药包距气柜壁均为1. 5m ,距底板分别为4. 0m 和1. 5m 。下层药包沿圆周均匀布置; 上层药包与下层药包错开,也按与下层药包相同的间距沿圆周均匀布置在东、南、北三个方向,这样西侧上层较下层少布置3 个药包,以达到控制西侧炸高和偏炸的目的。为提高气柜底部爆破效果,另在气柜中心离底板1. 5m处布置一重 2. 5kg 的药包。药包数量及布置情况参见图3 。
     按此设计,这次爆破炸药用量为 Q =50. 5kg 。
4. 3　起爆网路
      采用“电雷管 +非电导爆管雷管”复式起爆网路。每个药包装入两发 2 段的毫秒延期导爆管雷管,分别采用簇联( 并联) 法联成复式网路,每簇用两发瞬发电雷管起爆; 在电爆网路部分,先串联成两路( 复式) 后并联接入起爆母线。
5　安全技术措施
( 1) 爆破地震的控制: 由于煤气柜四周有排水沟,故能有效降低爆破震动,但为确保爆破不影响西侧生产用煤气柜,在待爆气柜西侧3. 5m 处挖一深

0. 6m 、长16m 的减震沟。
( 2) 水害的预防: 这次爆破需注水约 1400m3,预防水害也是此次爆破安全工作的重要任务。为此爆破前疏通所有排水沟,并排干附近2 个冷却用蓄水池。根据前次爆破经验〔4〕,这样即能满足爆破后的蓄水及排水要求。
( 3) 飞石的控制: 在气柜壁外侧四周自下而上1. 0 ～ 5. 5m 范围内用三层浸水草袋覆盖。
( 4) 其它安全技术措施: ①北侧架空输水管线在爆破前于东西两端之间 15m 的范围内临时断开,并临时拆除临近煤气柜的金属支撑架; ②在气柜内部各孔口封口处,用草袋盛满沙子堆码,堆码的厚度大于壁厚,高度大于封口高; ③固定药包采用柔软的铁丝并辅以绳索; ④爆破网路联接处用多层防水胶布包好,并固定在气柜开口端上部,不得放入水中; ⑤其它施工 组织 和安全 管理 技术, 严格 执行GB13539—92 之规定。
6　爆破效果
      爆破后,气柜壁体分成五大块向内折叠坍塌,西侧最大坍塌距离为 3m ,其余方向坍塌范围3 ～ 5m 。西侧壁体下部3m左右、其余方向壁体下部4. 5m 左右的砼完全破碎,钢筋露出,其中底部( 2 ～ 3m) 大部拉断面以上部分倒向南面,拉断面以下部分垂直立于爆堆中。该拉断面位置比较高,比设计的铰链位置高出近 6m ; 此外,拉断比较彻底,主筋被全部拉断,以往曾出现过类似现象。
       作者认为,出现后承重柱被高位拉断的原因,主要是在上部载荷足够大因而具备足够的倾覆力矩时,前承重柱( 倒塌方向承重柱) 的炸高过大。拉断面是钢筋混凝土框架在失稳、倒塌过程中按结构的动力学特性自然形成的铰链点,而铰链点的位置,与前承重柱的炸高、后承重柱的强度、断面的大小、上部荷载、前后承重柱间的距离等多种因素有关。这是因为,前承重柱的炸高,应保证抛离混凝土后裸露的主筋有足够长度使之在上部荷载的作用下弯曲,产生局部失稳从而引起整个框架的失稳倒塌。框架失稳后,在后承重柱中则产生相应的拉应力。在钢筋混凝土柱中,混凝土的抗拉强度极小,因此拉应力实际主要作用在主筋上。当倾覆力矩足够大时,后承重柱中的主筋发生拉伸变形直至被拉断。主筋发生拉伸变形的位置,与整个框架的结构动力学特性相关联。这个位置也是框架倒塌的理论铰链点。这是在工程实践中,当炸高呈三角形布置时,后排承重柱不钻炮孔,靠牵拉倾倒的理论依据。
      后承重柱中炮孔起爆后,形成一定高度的炸高,使主筋失去混凝土的约束,从而使主筋发生拉伸变形的位置集中在后承重柱的炸高范围内,这是设计所确定的铰链点。这也是在上部载荷、倾覆力矩不够时预先部分切断后承重柱主筋的原因。

       如果理论铰链点和设计铰链点两者不重合,由设计铰链点与失稳倒塌过程中自然形成的铰链点之间的承重柱体,不仅对整个框架定向倒塌所起作用不大( 特别是前后承重柱同段起爆时),而且由于前承重柱过大的炸高使后承重柱失去了梁的拉力而有出现反倒、引起整个框架后坐的可能。作者在20 世纪90 年代初爆破拆除一栋五层高的框架楼时,就出现过后承重柱一段反倒而引起整个框架后坐的现象。
       本次爆破若按计算值考虑,前承重柱的炸高只要满足3. 47m 即可。当时为保证倒塌和解体的充分,采用了9m 炸高,使理论铰链点上移。通过以上分析作者认为,综合楼前承重柱的合理炸高在4 ～5m 之间。
      显然,片面追求倒塌方向承重柱炸高的高度,并不能真正达到结构失稳、倒塌和充分解体的目的。在这方面,还有待进一步探讨。---------------本文由气柜拆除公司整理发布，如需转载，请注明：http://www.jshhcc.com/。