嚴寒條件下石化廠區小催化裝置框架筑物定向拆除爆破

楊 濤，王晉伊

(烏魯木齊市公安局天山區分局，新疆烏魯木齊830002)

1 工程概況

1.1 周圍環境

擬拆除小催化裝置框架為鋼筋混凝土框架結構，每層覆以鋼板。小催化裝置框架位于克拉瑪依石化公司廠區內，該框架北側3.3m為庫房，北側65m為大催化裝置；東側11m處為輸氣架，32m車間及泵房，70m處為沿道路布置的輸氣管架；南側64m處為輸氣管架、87m處為石化公司年產90×104t汽柴油加氫裝置；西側165m為甲烷生產裝置。其中北側廠房正門向北，背對框架，后墻窗戶玻璃破碎，窗戶從內側用紅磚砂漿砌封（見圖1）。

圖1 周圍環境示意圖

1.2 建筑物結構情況

建筑物為框架結構，高41.4m，長寬均為5.3m，共分9層。框架結構梁柱尺寸為：鋼筋混凝土柱斷面積為80cm×80cm；混凝土梁斷面尺寸為80cm×50cm。其中混凝土立柱主筋?32mm螺紋鋼16根。

1.3 爆破拆除要求

(1)爆破拆除時，不能影響年產90×104t汽柴油加氫裝置生產線和大催化裝置生產線正常生產；(2)爆破飛石不能破壞周圍架空瓦斯、氫氣管線；(3)小催化裝置倒塌過程中產生的后坐不能影響庫房安全。

1.4 爆破拆除的特點

(1)周圍環境復雜，各類危險氣體管道密布，爆破作業與安全防護難度大。

(2)距離庫房距離近，必須解決定向倒塌與后坐的關系。

(3)建筑物倒塌觸地震動大，必須采取有效的減震措施。

2 爆破方案

2.1 倒塌方向和爆破拆除部位

（1）本工程按照拆除要求，只能向南側或者西側定向倒塌，為了確保建筑物重心在倒塌過程中遠離北側庫房，選擇向正南定向倒塌拆除。

（2）缺口下部距離地面10cm，避免爆破后坐。

2.2 爆破缺口的計算

2.2.1 寬高比計算

建筑物高42m，倒塌方向寬度為5.3m，高寬比為41.4/5.3＞2，建筑物自身條件可以滿足定向倒塌條件，而且在建筑物南側有大于1.2倍的建筑物高度的空間，所以場地滿足定向倒塌控制爆破拆除的條件。

2.2.2 爆破缺口的計算

缺口高度的確定：由于該裝置屬于高聳建筑物，開口高度可取立柱厚度的1.5～3倍，本次爆破取2倍立柱厚度，所以開口高度為2×0.8m=1.6m。

由于后排立柱爆破高度達到1.2倍[1]立柱最大尺寸方可形成轉動鉸鏈，后排缺口高度1.2×80=96(cm)，所以，實際倒塌方向缺口高度為h=0.96+1.6=2.5（m）。

為了防止定向爆破倒塌時，小催化裝置框架發生后坐，爆破缺口與地面平齊（見圖2）。

圖2 定向控制爆破倒塌示意圖

3 藥孔參數

3.1 最小抵抗線W

取柱、梁最小尺寸的一半，即W=δ/2。

3.2 藥孔間距a

爆破鋼筋混凝土梁柱時，藥孔間距一般取a=（1.2～1.5）W。

3.3 藥孔深度L

確定藥孔深度通常以保證裝藥將構件破壞為原則，孔深一般按下式選取：

式中：L藥——裝藥長度；

δ——梁、柱最小厚度。

3.4 單孔藥量Q

根據體積平衡原理，單孔藥量可按下式計算：

式中：q——單位炸藥消耗量，選q=400g/m3

a——藥孔間距；

b——藥孔排距；

H——構件斷面長邊。

4 起爆網路設計

表1 不同厚度梁柱藥孔參數與單孔藥量表

本次爆破由于處于多電作業區，為了避免磁場感應靜電的影響，選取導爆管起爆網路，使用2個段別延期爆破，前缺口使用毫秒1段，后部缺口使用毫秒3段，孔內延期，用簇聯鏈接，激發槍點火。

前排立柱14個炮孔用MS1段先起爆，裝藥量為2100g；橫梁14個炮孔和后排立柱4個炮孔用MS2段后起爆，裝藥量為2000g。

為了確保爆破一次成功，不出現盲炮，每個炮孔放置2發導爆管雷管，網路共分2個段別，最大單響藥量2100g。

5 安全及防護措施

5.1 爆破地震速度

V=KK′(Q1/3/R)α=2.77（cm/s）

式中:K、α——地質條件，分別取250和2；

Q——單響藥量2.1kg；

R——最大單響藥量位置到最近庫房距離8.6m；

K′——修正系數[2],K′=0.5。

計算得V=2.77cm/s。

經過計算，爆破震動速度小于國家《爆破安全規程》允許的3.0cm/s震動速度，爆破地震不會對周圍目標產生影響。

5.2 建筑物倒塌觸地震動速度

考慮到觸地震動速度可能大于爆破產生的地震波，對保護目標的影響比較大，按照中國科學院力學研究所提供的塌落震動速度修正公式進行計算：

式中：R——觀測目標與構件觸地中心的距離，R=24.3m；

M——下落構件重量，M=500t；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

H——構件重心高度，21m；

σ——地面介質的破壞強度，取10MPa；

Kt、β——衰減參數[3]，Kt=3.37～4.09,β=-1.66～1.80，這里取Kt=4、β=-1.7。

將以上數據代入上式求得V=3.24cm/s。

爆破地震速度對庫房的震動超出爆破安全規程要求，所以要在建筑物塌落位置設置2道減震土墻，尺寸為長10m,下底寬3m，上底寬2.5m，高2.5m土墻進行減震防護，為防止飛濺，在土墻上覆蓋3層塑料。

5.3 爆破飛石

由于爆破環境復雜，周圍建筑物和各種可燃可爆氣體管線多，必須做好近體遮擋防護，本次爆破遮擋防護設置3層。最外層為竹夾板；中層為2～3層草簾；內層在最小抵抗線方向上，潑水結冰，增加防護層質量。

6 爆破效果

小催化裝置框架結構按照設計方向向南定向倒塌，無后坐現象，無飛石飛出，附近大催化裝置和年產90×104t汽柴油加氫裝置正常生產，周圍各種氣體管路、庫房以及泵房完好無損。爆破拆除圓滿成功。

7 體會

（1）寒冷氣候條件下，利用滴水成冰的天氣特點，可以增加冰層防護，阻擋個別飛石。

（2）降低爆破缺口位置，可有效防止高聳建筑物定向爆破倒塌中的后座。

（3）利用爆破作用指數n=0.6的飛散爆破，可以有效解決爆破飛石與防護的矛盾。