严寒条件下石化厂区小催化装置框架筑物定向拆除爆破

杨 涛，王晋伊

(乌鲁木齐市公安局天山区分局，新疆乌鲁木齐830002)

1 工程概况

1.1 周围环境

拟拆除小催化装置框架为钢筋混凝土框架结构，每层覆以钢板。小催化装置框架位于克拉玛依石化公司厂区内，该框架北侧3.3m为库房，北侧65m为大催化装置；东侧11m处为输气架，32m车间及泵房，70m处为沿道路布置的输气管架；南侧64m处为输气管架、87m处为石化公司年产90×104t汽柴油加氢装置；西侧165m为甲烷生产装置。其中北侧厂房正门向北，背对框架，后墙窗户玻璃破碎，窗户从内侧用红砖砂浆砌封（见图1）。

图1 周围环境示意图

1.2 建筑物结构情况

建筑物为框架结构，高41.4m，长宽均为5.3m，共分9层。框架结构梁柱尺寸为：钢筋混凝土柱断面积为80cm×80cm；混凝土梁断面尺寸为80cm×50cm。其中混凝土立柱主筋∅32mm螺纹钢16根。

1.3 爆破拆除要求

(1)爆破拆除时，不能影响年产90×104t汽柴油加氢装置生产线和大催化装置生产线正常生产；(2)爆破飞石不能破坏周围架空瓦斯、氢气管线；(3)小催化装置倒塌过程中产生的后坐不能影响库房安全。

1.4 爆破拆除的特点

(1)周围环境复杂，各类危险气体管道密布，爆破作业与安全防护难度大。

(2)距离库房距离近，必须解决定向倒塌与后坐的关系。

(3)建筑物倒塌触地震动大，必须采取有效的减震措施。

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，只能向南侧或者西侧定向倒塌，为了确保建筑物重心在倒塌过程中远离北侧库房，选择向正南定向倒塌拆除。

（2）缺口下部距离地面10cm，避免爆破后坐。

2.2 爆破缺口的计算

2.2.1 宽高比计算

建筑物高42m，倒塌方向宽度为5.3m，高宽比为41.4/5.3＞2，建筑物自身条件可以满足定向倒塌条件，而且在建筑物南侧有大于1.2倍的建筑物高度的空间，所以场地满足定向倒塌控制爆破拆除的条件。

2.2.2 爆破缺口的计算

缺口高度的确定：由于该装置属于高耸建筑物，开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，所以开口高度为2×0.8m=1.6m。

由于后排立柱爆破高度达到1.2倍[1]立柱最大尺寸方可形成转动铰链，后排缺口高度1.2×80=96(cm)，所以，实际倒塌方向缺口高度为h=0.96+1.6=2.5（m）。

为了防止定向爆破倒塌时，小催化装置框架发生后坐，爆破缺口与地面平齐（见图2）。

图2 定向控制爆破倒塌示意图

3 药孔参数

3.1 最小抵抗线W

取柱、梁最小尺寸的一半，即W=δ/2。

3.2 药孔间距a

爆破钢筋混凝土梁柱时，药孔间距一般取a=（1.2～1.5）W。

3.3 药孔深度L

确定药孔深度通常以保证装药将构件破坏为原则，孔深一般按下式选取：

式中：L药——装药长度；

δ——梁、柱最小厚度。

3.4 单孔药量Q

根据体积平衡原理，单孔药量可按下式计算：

式中：q——单位炸药消耗量，选q=400g/m3

a——药孔间距；

b——药孔排距；

H——构件断面长边。

4 起爆网路设计

表1 不同厚度梁柱药孔参数与单孔药量表

本次爆破由于处于多电作业区，为了避免磁场感应静电的影响，选取导爆管起爆网路，使用2个段别延期爆破，前缺口使用毫秒1段，后部缺口使用毫秒3段，孔内延期，用簇联链接，激发枪点火。

前排立柱14个炮孔用MS1段先起爆，装药量为2100g；横梁14个炮孔和后排立柱4个炮孔用MS2段后起爆，装药量为2000g。

为了确保爆破一次成功，不出现盲炮，每个炮孔放置2发导爆管雷管，网路共分2个段别，最大单响药量2100g。

5 安全及防护措施

5.1 爆破地震速度

V=KK′(Q1/3/R)α=2.77（cm/s）

式中:K、α——地质条件，分别取250和2；

Q——单响药量2.1kg；

R——最大单响药量位置到最近库房距离8.6m；

K′——修正系数[2],K′=0.5。

计算得V=2.77cm/s。

经过计算，爆破震动速度小于国家《爆破安全规程》允许的3.0cm/s震动速度，爆破地震不会对周围目标产生影响。

5.2 建筑物倒塌触地震动速度

考虑到触地震动速度可能大于爆破产生的地震波，对保护目标的影响比较大，按照中国科学院力学研究所提供的塌落震动速度修正公式进行计算：

式中：R——观测目标与构件触地中心的距离，R=24.3m；

M——下落构件重量，M=500t；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

H——构件重心高度，21m；

σ——地面介质的破坏强度，取10MPa；

Kt、β——衰减参数[3]，Kt=3.37～4.09,β=-1.66～1.80，这里取Kt=4、β=-1.7。

将以上数据代入上式求得V=3.24cm/s。

爆破地震速度对库房的震动超出爆破安全规程要求，所以要在建筑物塌落位置设置2道减震土墙，尺寸为长10m,下底宽3m，上底宽2.5m，高2.5m土墙进行减震防护，为防止飞溅，在土墙上覆盖3层塑料。

5.3 爆破飞石

由于爆破环境复杂，周围建筑物和各种可燃可爆气体管线多，必须做好近体遮挡防护，本次爆破遮挡防护设置3层。最外层为竹夹板；中层为2～3层草帘；内层在最小抵抗线方向上，泼水结冰，增加防护层质量。

6 爆破效果

小催化装置框架结构按照设计方向向南定向倒塌，无后坐现象，无飞石飞出，附近大催化装置和年产90×104t汽柴油加氢装置正常生产，周围各种气体管路、库房以及泵房完好无损。爆破拆除圆满成功。

7 体会

（1）寒冷气候条件下，利用滴水成冰的天气特点，可以增加冰层防护，阻挡个别飞石。

（2）降低爆破缺口位置，可有效防止高耸建筑物定向爆破倒塌中的后座。

（3）利用爆破作用指数n=0.6的飞散爆破，可以有效解决爆破飞石与防护的矛盾。