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爆破常识

近几年来我国拆除爆破的发展历程

时间:2018-09-14 09:26:54 点击:

安徽江南利民爆破有限公司导读:

建(构)筑物拆除主要有人工、机械和爆破等方法,其中爆破拆除的特点为高效、经济、低耗、安全、环保。进入21世纪以来,随着我国工业技术升级换代、城市改扩建工作的快速推进以及节能减排和环保的需要,建(构)筑物拆除爆破得到迅速发展,同时,工程周边环境复杂程度、拆除难度和安全环保要求也进一步增大。

在国家城镇化战略目标要求下,我国一些营业性爆破公司,为了进一步提高拆除爆破理论与技术水平,以安全、环保和高效为理念,发展自主创新的爆破理论与关键技术,进行了拆除爆破理论、关键技术及应用创新的研究,在实现爆破倒塌过程和范围、爆破振动的预测与控制以及实现环保降尘等方面,取得了一批科技新成果,使我国的建(构)筑物拆除爆破技术居于国际先进地位。

2拆除爆破理论的新进展

十余年来,拆除爆破的主要理论研究进展有:

(1)武汉爆破公司等单位,为了解决拆除爆破爆高计算误差大、整体失稳无理论判据的难题,首次建立了不同结构形式、不同倒塌方式的整体失稳模型,对拆除爆破中结构失稳、倾倒与触地解体等过程进行连续模拟,实现建(构)筑物拆除定向爆破仿真模拟与智能化设计,研发了拆除爆破计算机辅助设计系统,可实现砖混、框架、框剪、桥梁、筒形等结构的拆除爆破设计,智能快捷地完成总体方案的选择以及拆除爆破设计参数的设计,并在多项建(构)筑物拆除爆破工程中得到成功应用。

(2)广东宏大爆破股份有限公司在多体-离散体动力学和变拓扑多体系统理论指导下,通过揭示爆炸荷载作用下结构塑性铰形成和演化规律,对建(构)筑物的折叠拆除爆破进行模拟研究,提出了多体、非完全离散体和离散体的三阶段倒塌解体动力学模型,通过数值模拟爆破拆除建筑物倒塌的全过程,由计算机分析绘制成时间-位移、时间-速度图,可以计算出结构的势能、动能、总能量、建筑物爆破高度上部作用力和塌落荷载,其研究成果指导了高耸构筑物定向、双向或三向折叠控制爆破技术[1~5]

(3)解放军理工大学工程兵学院发现线型聚能材料存在“最大能量密度均衡射流段”,提出均衡段长度和能量密度的精确控制原理,创建了钢结构物可靠失稳的聚能切割爆破模型,指导优化钢结构物爆破拆除设计。

(4)为了揭示薄壁高烟囱爆破倾倒时,支撑部的压塌、拉伸破坏,烟囱下坐、后剪的支撑部破坏,以及相应破坏点和基础筒壁的应变状态,广东宏大爆破股份有限公司对拆除爆破动态实时监测技术也开展了研究,并在多项建(构)筑物拆除爆破工程中应用。

3拆除爆破设计与施工技术的新进展

3.1高层建筑物爆破拆除

诸多城市的高大建(构)筑物都是采用爆破技术进行拆除的。据不完全统计,我国拆除16层以上的高层楼房已达40座以上,多数周围环境复杂[6,7]。如2001年北京中大爆破技术公司完成的北京东直门22层三叉式塔楼爆破拆除[8],2004年广东中人集团建设有限公司完成的温州市高93m的中银大厦爆破拆除[9],2008年上海同济爆破工程有限公司完成的上海四平大楼爆破拆除,2012年重庆爆破界完成的高107.2m的重庆港客运大楼、三峡宾馆等的爆破拆除,2013年福建高能爆破公司完成的高95m的青岛海天大酒店两座大楼等[10,11]

高层建筑结构已从框架结构逐渐发展成框架-剪力墙、剪力墙结构等,针对高层建筑物造型复杂、结构形式多样、允许倒塌范围不足以及拆除倒塌冲击地压增大等特点,在设计与施工技术中采用了增加爆破缺口、重力弯矩空中解体缓冲坍塌拆除爆破新技术和综合时差起爆技术等技术方案和措施,以克服不对称结构带来的影响,有效控制其倒塌方向、爆堆范围及楼体落地的冲击振动,保证了周围环境的安全[12,13]

3.2高耸构筑物的爆破拆除

近10多年来,随着电厂改扩建工程的实施,国内掀起了高烟囱和冷却塔爆破拆除热潮。据不完全统计,我国已成功拆除了高100m以上的钢筋混凝土烟囱和高60m以上的大型冷却塔各100多座,其中200m以上高烟囱近10座,高90m以上的冷却塔30多座。

不少高耸构筑物位于复杂环境中,场地窄、空间小,爆破拆除难度大。例如,2005年广州造纸厂100m烟囱爆破拆除,倒塌空间最宽只有40m,最窄仅15m,广东宏大爆破股份有限公司首创高耸建(构)筑物三向折叠爆破技术(见图1),揭示铰链点的位置、形成与发展过程;精确控制折叠爆破倒塌方向、范围和解体程度,为我国高耸建(构)筑物多向折叠爆破拆除奠定了技术基础。我国已成功地在复杂环境中采用双向折叠、三向折叠等控制爆破方法拆除了10多座高100m以上的钢筋混凝土烟囱[16,17]。解放军理工大学工程兵学院、深圳市和利爆破技术工程有限公司、河南迅达爆破有限公司、河南省现代爆破技术有限公司等单位针对小长径比薄壁筒体结构,为合理调控筒体荷载分布和弱化筒体局部刚度[18,19],提出薄壁筒体高卸荷槽复合切口爆破等设计方法与施工技术,实现了对塌落解体过程和触地状态的有效控制[20]

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3.3  灾后受损结构快速拆除爆破技术

2008年、2012年我国相继在汶川、雅安发生大地震,城镇中到处是废墟、危房,水塔、烟囱裂口、倾斜,而且余震不断,随时都可能给人民的安全造成威胁。工程爆破作为一种重要的技术手段,在抢险救灾过程中发挥了重大的作用。四川省工程爆破协会、解放军理工大学工程兵学院、武警水电第三总队、四川雅化实业集团股份有限公司等单位在保证灾区人民的生命财产安全和重建家园中建功立业。

一些爆破公司十分重视灾后受损结构快速拆除爆破技术。广东宏大爆破股份有限公司通过对危楼建筑物的施工安全分析,研制了结构裂缝破坏位移监测报警系统,提出了结构变形允许施工的警报值,开发出了“结构计算和裂缝、变形监测监控相结合”的技术,确保爆破前建筑内一切爆破作业工序顺利地进行。该技术在汕头市澄海区利嘉织艺有限公司由于火灾变成危楼仓库、海员宾馆等多项危楼建筑物爆破抢险拆除中成功应用,对爆破技术在防灾抢险中应用有重要的意义。

武汉爆破公司实施的汉口桥苑新村18层倾斜大楼,是在每小时2cm的倾斜速度并可能自然坍塌的情况下,冒着生命危险紧急施工,仅用三个昼夜抢在自然坍塌前控爆拆除,创造了大楼结构、高度、层数和时间四项爆破全国第一,结构和时间两项世界第一的奇迹,解除了全市瞩目的心腹大患。

3.4城市复杂环境桥梁、新型结构桥梁的爆破拆除

近10多年来,几十座废旧桥梁采用控制爆破成功拆除,其典型工程有:解放军理工大学工程兵学院2012年承担完成的南京城西干道高架桥爆破拆除工程[21],包括总长度达到2078m的4座高架桥、2座匝道桥,时为国内外最长和拆除难度最大的城区高架桥,采用精确爆破设计、多体复合防护和分次卸载、顺序塌落爆破技术,确保了距爆破点30m的全国重点保护文物“明城墙”和最近5m处住宅的安全,也未影响到地下14.5m的地铁2号线的运行,创新提出了以炸点萃取、构件通透度控制和非对称非均衡分级传递为核心的爆破设计体系和基于地下浅埋管线保护的城区桥梁爆破方法。

2013年,武汉爆破公司承担完成的全长3476.50m的武汉沌阳高架桥爆破拆除[22],在精细爆破理论的指导下,通过对桥梁爆破破碎范围、破坏程度的控制以及对炸药单耗、装药结构、合理起爆时序的科学设计,首创城区特大型桥梁阶梯式顺序塌落精细爆破方法。为确保此次爆破的成功,公司采用1:1模型试验和数值仿真技术,对倒塌方式、延期时间、炸药单耗、防护形式和地下管线保护等内容进行了研究,为科学合理的爆破设计奠定了基础。

3.5  场馆拆除大规模的可靠起爆技术

在大面积建筑物拆除爆破方面,由于药包多,起爆网路复杂,可靠的起爆技术是关系爆破成败的关键。1999年由贵州新联爆破工程有限公司爆破拆除的贵阳市工人文化宫,由结构不同而又互相关联的综合楼、联系体、影剧院三栋主建筑物和一些附属建筑物组成,总建筑面积20281m2。该工程采用交叉复式起爆网路和闭合网路,合理安排起爆点和网路闭合点,使建筑群按设计要求的各种倒塌形式和顺序爆破,保证了37562个炸药包、45129发导爆雷管的百分百准爆,爆破效果令人满意。

广东宏大爆破股份有限公司2007年实施的沈阳五里河体育馆爆破拆除工程[23],建筑面积40000m2,一次准确起爆超过1.2万个炮孔,使用炸药2.568t,雷管14000枚,采用精确延时、逐跨接力、顺序塌落爆破技术,成功爆破世界一次性爆破中面积最大的建筑物,展示了可靠、先进的起爆技术,爆破取得了预期的效果(见图2)。

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近10多年来,拆除爆破采用以导爆管并簇联和闭合网路相结合为基础的起爆方法,可以进一步设计毫秒或秒延时起爆网路,2010年爆破拆除的郑州亚细亚大酒店,还使用了近3000枚我国自行研制生产的隆芯1号数码电子雷管,爆破非常成功。研究和工程实践表明,该技术极大地提高了拆除爆破起爆技术的可靠性。

3.6挡水围堰及支撑梁的拆除

挡水围堰是水利水电、港口和大型船坞修建主体工程时必不可少的关键性临建工程,著名的葛洲坝水电站上游混凝土心墙土石围堰、云南大朝山水电站尾水隧道出口混凝土围堰及岩埂以及河南鸭河口电厂进水口复式深水围堰等,都是技术难度高的拆除工程。

2006年6月,长江三峡水利枢纽三期上游你碾压混凝土围堰拆除爆破总长度为480m,爆破水深最大38m,总方量18.6×104m3,三峡三期RCC围堰爆破拆除举世曙目(见图3)。长江科学院爆破与振动研究所等单位对其拆除爆破方案进行了大量试验研究,包括爆破器材及起爆网路可靠性试验、爆破地震效应研究、定向倾倒可能性及触地震动研究等,并进行了1:100围堰模型倾倒试验和1:10围堰模型倾倒爆破试验等,为项目实施提供科学依据,保证了爆破拆除顺利进行。

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在船坞挡水围堰及岩坎的爆破拆除方面,浙江省高能爆破工程有限公司、浙江大昌爆破工程有限公司等单位因地制宜地采用竖直孔充水开门爆破、倾斜孔不充水关门爆破、倾斜孔不充水开门爆破等技术成功爆破拆除了舟山永跃船厂、中远船务、金海湾等30余座船坞围堰,为这些大型工程项目按期投产作出了重要贡献 [24~27]。其中,2008年9月成功爆破拆除的浙江半岛船业有限公司船坞围堰,首次使用了由北京北方邦杰科技发展有限公司研发,辽宁华丰民用化工发展有限公司生产,完全拥有自主知识产权的国产电子雷管。

在沿海城市高层楼宇建设中,遇有软土地基时,在基础工程中要采用基坑支撑结构,在基坑开挖过程中及完毕后需对其围护结构进行拆除。采用爆破方法对基坑支撑结构进行拆除,在加快施工进度方面具有独特优势。近10年来,仅天津市,上海同济爆破工程有限公司、上海消防技术工程有限公司、北京中科力爆炸技术工程有限公司、北京北阳爆破工程技术有限责任公司等单位在天津地铁ZI线、5~6号线盾构穿越地下结构工程和高层建筑基坑完成的支撑结构爆破拆除就有30多项,都取得了良好效果。

综上所述,拆除控制爆破技术在我国各个建设工程领域得到了广泛的应用,成为城市建设和土木工程中不可缺少的施工技术。

4振动控制与环保防护技术的新成果

4.1爆破振动控制技术新成果

在爆破振动控制技术方面,中国铁道科学研究院、广东宏大爆破股份有限公司、解放军理工大学工程兵学院等多个单位合作创建了爆破振动控制的“解体、吸能和调峰”三步法。首先,提出多结构段、多切口和精确延时起爆的集成减振技术,实现结构物有序解体、顺序塌落,有效降低冲击振动的能量;第二,创新设计的新型减振装置可最大限度吸收塌落冲击能,由钢丝绳减振器、软钢阻尼器、贝雷钢构架以及散体材料等构成减振复合防护体系;第三,研发基于神经网络技术的爆破振动预报平台和振动波精确干扰减振技术。通过上述综合技术,振动幅值综合削减60%以上[28~30]

近10多年来的工程实践表明,在拆除爆破设计中实施毫秒或半秒差爆破,在建筑物倒塌方向上各排立柱间合理选择爆破延迟时问,在高耸构筑物倾倒方向设置减振堤,在被保护的建筑物和爆源之间开挖减振沟等技术措施,都有利于控制和减少爆破和触地震动。采用这些措施后,由拆除爆破振动引发的诉讼大大减少。

4.2清洁环保爆破

拆除爆破在钻孔施工及爆破过程中,往往有大量的生产性粉尘弥散,污染生产场所的空气及周围环境。开展防尘降尘工作,往往成为拆除爆破工程的环保要求。

一些爆破公司,在爆前将拆除建筑物楼顶的贮水池(罐)装满水,在坍塌过程中,大量储水从上而下形成水幕,对降尘起到较好效果。

贵州省新联爆破工程有限公司在实施贵阳市中心第一商场建筑楼房(总建筑面积12000m2)拆除爆破施工中[31],采用水幕帘综合降尘爆破技术,包括采用湿式凿岩钻孔、预拆除施工淋湿减尘、爆破部位水幕帘防尘、楼房浸水润湿等,设计思想先进实用,施工技术操作简单,防尘效果显著。

广东宏大爆破股份有限公司对拆除爆破粉尘控制技术开展了专项研究,揭示了扬尘规律和湿法降尘机理,发明了泡沫黏尘剂、发泡乳化剂及其制备方法,研制了泡沫发生装置,首创泡沫捕捉爆破粉尘的新方法及装备[32,33]。2007年,广东宏大爆破股份有限公司在广州天河城西塔楼爆破拆除中应用该项技术,爆破过程中,各储水池中的含有泡沫黏尘剂的水迅速起泡,形成片片白沫,迅速吸附建筑解体时产生的少量灰尘及爆破部位产生的爆尘,整个爆破过程清晰可见,周围花草及距现场6m的柏油马路和路边的白色灯罩上也不见灰尘。经广东省广州市环保监测中心现场测定,此次爆破产尘量为上风侧47m处0.354mg/m3;下风侧46m处1.65mg/m3。这是世界首次采用环保清洁拆除法对商业中心高大建筑进行爆破(见图4),被中央电视台报道称为“中同环保第一爆”。

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5拆除爆破的发展趋势

今后拆除爆破鹰从以下儿方面重点发展:

(1)深入研究基j:建(构)筑物结构特征的拆除爆破原理及相应的爆破新工艺、新技术。

(2)对爆破安伞技术加强研究,加快建(构)筑物倒塌冲击地压及地震波对周围环境影响的控制研究。

(3)增强城市综fi减灾的大安全观念,加强爆破行业集约化管理;加快拆除爆破规范的制定,提高技术,加姒科学管理,建立爆破专家系统。

(4)加强环保爆破拆除的研究,减小爆破有害效应及爆后建筑垃圾的综合处理。

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