拆除爆破安全技术的研究与应用

拆除爆破安全技术的研究与应用段宝福(西部矿业有限责任公司,西宁810001)【摘　要】　结合工程爆破实践经验和爆破理论,分析了拆除爆破中飞石、振动、冲击波、噪音与污染等有害因素的产生原因、计算依据和防护技术;针对不同的工程情况,只要安全措施到位,可以将拆除爆破的危害控制到最低程度。

将拆除爆破的安全技术应用到了具体的工程实践中,获得了很好的爆破效果。

【关键词】　拆除爆破;　安全技术;　预防措施;　爆破效果1　引　言随着城市交通、运输和各类基础设施建设项目的不断发展,因为重建或者改扩建而需要拆除的建筑物(构筑物)也越来越多。

控制爆破是一种快速、有效的拆除方法,随着控制爆破技术的提高和经验的积累,爆破的安全性也日益在提高。

但由于爆破对象复杂多变、爆破作用过程受众多不确定因素的影响,爆破安全问题的研究仍旧维持在半理论半经验的水平。

由于拆除爆破大多是在人口稠密、交通频繁、建筑物林立的市区内进行的,不论爆破设计多么完善,安全防护措施也是必不可少的。

即便如此,因为预想不到的一些漏洞或者一丝的大意而引起的爆破事故屡有发生。

因此,拆除爆破中安全技术的研究,对爆破施工的安全性具有重要意义。

拆除爆破的危害主要体现在5个方面:一是爆破飞石和拆除物碰撞引起的碎石,打坏玻璃、屋顶,打断通讯线路,砸坏机械设备,甚至击伤旁观者与过往行人;二是爆炸冲击波,炸药爆炸产生的冲击波可能造成建筑物玻璃破碎、门窗损坏、砖墙开裂等;三是爆破震动和拆除物的触地震动,损坏周围的建筑物,造成某些机械设备停止运转、供电中断等;四是炸药爆炸产生的噪音,会干扰附近居民休息、工作和学习;五是拆除物倒塌产生的灰尘,引起对周围环境的污染。

近年来,因为上述危害导致的爆破悲剧也时有报道,因此,有必要针对这些危害来展开拆除爆破安全技术的研究。

2　爆破飞石的控制211　飞石的产生原因爆破飞石的产生主要与以下原因有关:炮孔堵塞质量不好,使爆炸产生的高压气体将堵塞物中石块及周围碎石冲出;爆破介质不均匀,碎石从作用力较弱或有夹层的方向冲出;炸药单耗过大,使碎石从抵抗线小的一侧飞出。

212　飞石距离的确定理论分析和工程经验证实,拆除爆破中飞石产生的常见原因是由于炸药单耗过大造成的,炸药所释放的能量除了使被爆体解体、破碎之外,多余的部分能量会使破碎物抛出。

李守巨通过实验,对爆破飞石的抛掷距离与炸药单耗之间的关系进行了回归分析,得到了无覆盖条件下,爆破飞石距离与炸药单耗之间的关系:L =70q 0.58(1)式中,L ———飞石抛掷距离,m ;　2006年5月西 安第14届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2006年学术年会　论文集X i ’an ,ChinaMay ,2006q ———炸药单耗,kg/m 3。

在爆破设计与分析中,这一经验公式经常被国内学者采用。

213　爆破飞石的防护通过优化爆破设计和精心组织施工,可以在很大程度上有效地控制大量飞石的产生,但不能保证施爆过程中绝对不产生飞石,在目前的爆破技术条件下,并不能杜绝个别飞石的产生。

因此,防护是拆除爆破施工过程中的一个重要环节。

爆破飞石的防护主要有3种形成:覆盖层防护、近体防护和保护性防护。

1)覆盖层防护是覆盖在爆破体上的防护,这是拆除爆破中的主要防护方法。

覆盖防护的作用是直接防止爆破碎块的飞扬、降低碎块飞出的速度、减小飞石飞起的高度和飞散的距离。

覆盖材料应便于固定、不易抛散和折断,并能防止细小碎块的穿透。

因此,选用的覆盖材料应该具有一定的强度和韧性。

常用的覆盖防护材料有:草袋(或草帘)、废旧胶带(或胶管)编制的胶帘、荆笆(竹笆)和铁丝网等。

2)近体防护指在爆破体附近设置的防护,亦称二次防护。

它的作用是拦挡从覆盖防护中飞出的爆破碎块。

近体防护一般采用挂以防护物的围挡排架,防护物可用荆笆、铁丝网或尼龙帆布,排架可用杉木杆、毛竹或钢管作骨架。

近体围挡防护要有一定的高度和长度,可根据爆破时抵抗线的方向可能出现的飞石高度,再由围挡防护排架距爆破体的距离来估算排架所需的高度和长度。

3)保护性防护当在爆破危险区域爆破点附近,有重要机器设备或设施需要保护时,在被保护的物体上再进行遮挡或覆盖防护。

根据不同的保护对象,防护材料可选用草袋、荆笆(竹笆)、钢丝网、木板、方木或圆木等。

3　爆炸冲击波的防护311　冲击波安全距离炸药在空气中爆炸时,形成的气体产物压缩装药周围的空气介质,形成空气冲击波。

对于平坦地形,爆炸冲击波的安全距离一般按下式计算:R k =K k Q1/3(2)式中,R k ———冲击波作用下的安全距离,m ;K k ———作用系数,对于一般建筑物,取70,对于人员,取25～60。

如果地形条件发生变化,上式的结果应做调整。

如在狭谷中爆破时,沿沟的方向安全距离应增大50～100%;处于山坡背面时,安全距离值可减少30～70%。

312　空气冲击波衰减规律拆除爆破时,炸药大多装在炮孔内,在计算空气冲击波压力时,引用萨道夫基公式时应予以修正:ΔP =0.095(W 1/3/R )+0.39(W 1/3/R )2+1.3(W 1/3/R )3(3)式中,ΔP ———空气冲击波超压,MPa ;R ———到爆区的距离,m ;W ———已修正的装药量,kg 。

其中,W =K ηW 0,K ———2号岩石硝铵炸药与T NT 爆热之比,K =0.93;η———炸药爆炸转化为空气冲击波能量的转换系数,取决于爆破条件,孔内爆破时,η=0.1～0.35;W 0———最大一段的装药量,kg 。

313　爆破冲击波的防护爆破过程中,空气冲击波的防护主要有两种途径:一是通过优化爆破设计参数,或者调整爆破微差时间,・623・ 第14届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2006年学术年会　论文集论文集2006年尽可能减少一次最大齐爆药量,从而限制或降低空气冲击波的危害;二是在传播途径中,通过采取一些技术手段来限制或降低空气冲击波的危害。

在工程实践中,控制空气冲击波常用的技术措施如下:1)采用微差爆破技术,充分利用爆炸冲击波的相互干扰来削弱其危害。

2)加强炮孔的堵塞质量,防止冲炮产生的强烈冲击波。

3)尽量减少炮孔外爆炸物品(如雷管、导爆索)的使用,必要时在外面覆盖土袋或水袋。

4)设置阻波屏障,如阻波墙、阻波堤或其他柔性屏障,来削弱冲击波的强度。

4　爆破震动和触地震动的控制411　震动强度的计算可以衡量爆破震动强度的物理量有许多,如质点震动速度、震动加速度、震动位移、谱强度和能量比等,由于质点震动速度与地震波携带的能通量、产生的地应力、结构动能等因素密切相关,且易于量测,便于爆炸荷载换算和建筑物的应力分析,因此,目前国内外爆破设计中广泛采用质点震动速度作为衡量爆破震动强度的标准。

1)爆破振动速度一般矿山爆破中,爆破引起的质点震动速度按萨道夫斯基公式计算:V =K 3QR α(4)式中,V ———质点震动速度,cm/s ;Q ———一次最大齐爆药量,kg ;R ———测点到爆源的距离,m ;α———地震波衰减系数,与地质条件有关,近区为1.5～2.0,远区为1.0～1.5;K ———介质系数,与介质性质、爆破方法等因素有关,一般K =50～350,介质松软取大值。

对于城市拆除爆破,由于装药量小,药包比较分散,自由面效应明显,质点震动速度的计算不同于一般矿山爆破,目前,普遍采用按以下计算公式:V 1=KK ′(Q 1/3/R )α(5)式中,V 1———爆破引起地面质点垂直振动速度,cm/s ;K 、K ′、α———与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数;Q ———微差爆破取最大齐爆药量,kg ;R ———爆源中心到测点的距离,m 。

2)触地震动计算城市拆除中,被爆体的触地震动有时候是不容忽略的,其产生的危害甚至有可能超过爆破震动。

建筑物倒塌后的触地震动速度一般按以下经验公式计算:V 2=KK ′(Gh/4.1×105)1/3/Rα(6)式中,符号K 、K ′、α的意义同前;G ———楼房爆破切口以上部分的重量,kg ;4.1×105———1kg 2号岩石硝铵炸药爆炸时释放的能量。

412　震动效应的控制由于爆破地震效应与爆破介质性质、爆破工艺参数、起爆方法以及建筑物的结构类型等因素有关,不同的建筑物,因其建筑形式、质量等的不同,其抗震性能会有很大差异。

通常可采用以下措施来控制或减弱爆破震动效应:1)采用多段微差起爆,减小一次最大齐爆药量,分段越多,爆破震动越小。

2)合理选取微差起爆的间隔时间和起爆顺序,使地震波主震相的相位错开,降低震动强度。

・723・论文集段宝福:拆除爆破安全技术的研究与应用 3)合理选取爆破参数和单位炸药消耗量,根据最大地震效应原则确定最大齐爆药量。

4)采用低爆速炸药和不偶合装药结构,来控制爆破震动效应。

5)采用预裂爆破、减震沟减速震技术,人为控制地震波的传播。

6)在拆除物倒塌方向铺设足够厚度的缓冲层,减弱倒塌物的触地震动。

7)优化爆破设计与施工,降低被爆物倒塌速度及触地冲量。

5　爆破噪音的控制爆破噪音主要是由冲击波造成气体压力脉动而产生的,它是一种间歇性的脉冲噪音,受地形和气象等因素的影响较大。

噪音的物理强度主要有:声压、声强、响度、声速和声功率等,通常用声压级(单位:分贝)来评价噪音。

噪音声压级达到150dB 时,能使人的听力发生障碍,因此,在任何情况下,爆破产生的噪音都不能超过140dB 。

我国爆破安全规程规定,城市拆除爆破噪音不能大于90dB 。

爆破噪音的控制可采用以下方法:降低最大齐爆药量;加强炮孔堵塞质量;添加一定厚度的覆盖物,如泥土、水袋等;减少地面爆破物品的使用;设置隔音屏障。

6　爆破污染的预防爆破污染主要指爆破生产的有毒气体和被爆体破碎与倒塌产生的灰尘。

有毒气体的产生主要与炸药质量及其氧平衡、起爆能量、介质条件和风流质量等因素有关;爆后灰尘则主要与被爆物结构及用途、空气湿度、风流条件等因素有关。

目前城市拆除爆破中,爆后涉及到的环境污染已经越来越引起了人们的重视,有些单位和个人已经开始了爆破除尘方面的研究。

根据爆后有毒气体的生成机理,可采取以下方法进行控制或降低其浓度:选用高质量炸药,严防受潮变质;增大起爆能量,使炸药达到理想爆轰;加强通风或喷洒水雾。

结合工程实践经验,可通过以下方法控制或减少爆后灰尘的污染:起爆前喷水,使被爆物保持一定的湿度以减少灰尘;调整爆破参数、微差时间及起爆顺序,降低拆除物倒塌速度;在被爆体上方铺设足够多的水袋,起爆时形成爆破水幕降尘;准备足够的降尘水源,爆后马上喷水降尘;根据风流情况,选择合适的起爆时间。

7　工程应用实例711　工程概况位于潍坊火车站广场东侧的潍坊大厦建于20世纪80年代,是当时潍坊市最高的标志性建筑,大厦主体为16层,属钢筋混凝土框架结构,高58m ,南北长35.9m ,东西宽18.6m 。