一起定向爆破拆除樓房的電力設(shè)施安全管控策略探討與實(shí)踐

孫廣通

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局,廣州 510620)

0 引 言

在《電力法》《電力設(shè)施保護(hù)條例》及其實(shí)施細(xì)則等法律法規(guī)中,均規(guī)定任何單位和個(gè)人不得在距電力設(shè)施周圍500 m范圍內(nèi)(指水平距離,下同)進(jìn)行爆破作業(yè)。若因工作需要必須進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí),應(yīng)按照法律法規(guī)要求,采取可靠的安全防范措施,必須確保電力設(shè)施的安全。供電企業(yè)作為電力設(shè)施運(yùn)維管控的責(zé)任主體,應(yīng)對(duì)施工單位提交的爆破施工方案進(jìn)行審查,確保鄰近電力設(shè)施安全保護(hù)和防護(hù)措施到位,書面出具同意批復(fù)意見,提交屬地設(shè)區(qū)的市級(jí)公安管理部門,才允許施工單位在電力設(shè)施周圍500 m范圍內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)。

拆除爆破作為一種典型的爆破施工作業(yè)方法,所帶來的危險(xiǎn)因素對(duì)鄰近防護(hù)物產(chǎn)生極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。爆破作業(yè)應(yīng)在確保能夠完成預(yù)期拆除任務(wù)的前提下,不產(chǎn)生其他附加安全風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到不危及周邊防護(hù)物安全、不危害周邊人員生命和財(cái)產(chǎn)安全的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)最佳爆破施工效果。定向爆破拆除作為一種常見爆破施工方式,在拆除目標(biāo)物方面具備時(shí)間短、效率高、設(shè)計(jì)復(fù)雜、工藝繁瑣等特點(diǎn)。鑒于爆破機(jī)理尚未從科學(xué)上完全厘清,爆破振動(dòng)等參數(shù)變化呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性趨勢(shì),目前對(duì)爆破施工的參數(shù)預(yù)估均參照建立在實(shí)踐或試驗(yàn)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式,相關(guān)防范措施則根據(jù)工程實(shí)踐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)做法,因此很難實(shí)現(xiàn)爆破作業(yè)精準(zhǔn)預(yù)估。以廣州市增城區(qū)一起定向爆破拆除樓房項(xiàng)目為例,根據(jù)爆破作業(yè)點(diǎn)周邊電力設(shè)施分布情況,結(jié)合拆除爆破危險(xiǎn)因素特點(diǎn),針對(duì)性制定保護(hù)措施和防護(hù)措施,通過爆破過程中參數(shù)在線采集和監(jiān)測(cè),驗(yàn)證是否達(dá)到安全爆破的預(yù)期目的。

1 工程概況

待爆大樓位于廣州市增城區(qū)某地,共26層,約106.5 m高,框架剪力墻結(jié)構(gòu),周邊房屋和道路分布密集,周圍防護(hù)目標(biāo)多、難度大,僅在東南側(cè)有開闊空地,可供樓房定向倒塌的空間僅有65 m。待爆大樓周邊在運(yùn)電力設(shè)施分布情況如圖1所示。西南側(cè)有3座高壓線塔,水平距離最近為110 kV高壓塔,約77 m,北側(cè)5條10 kV電纜埋設(shè),約90 m,東側(cè)為220 kV變電站,約300 m。

圖1 待爆大樓周圍500 m范圍內(nèi)(指水平距離)電力設(shè)施分布情況

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[1]相關(guān)規(guī)定,項(xiàng)目為A級(jí)爆破拆除工程。待爆大樓樓體高,質(zhì)量大,傾倒后對(duì)地面沖擊大,應(yīng)對(duì)爆破振動(dòng)、塌落振動(dòng)、爆破飛石、爆破沖擊波和爆破粉塵等危害因素做出有效的管控措施,達(dá)到控制或減少爆破對(duì)周邊防護(hù)物的安全影響[2]。

2 保護(hù)策略

結(jié)合《爆破安全規(guī)程》和類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),爆破施工方案采取半秒微差延時(shí)起爆,定向向東偏南45° 倒塌,對(duì)鄰近分布的電力設(shè)施、房屋和道路等防護(hù)物通過爆破設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)保護(hù)策略。

2.1 定向控制

根據(jù)規(guī)程規(guī)定,爆破方案采用3個(gè)大切口的爆破方式確保定向控制,相應(yīng)參數(shù)見表1。

表1 定向爆破樓房倒塌方向選擇和控制參數(shù)

通過表1設(shè)定,確保實(shí)現(xiàn)待爆大樓定向倒塌方向,破碎擠壓個(gè)別樓層,避免向西南側(cè)110 kV在運(yùn)電塔和導(dǎo)線方向傾覆。

2.2 倒塌長(zhǎng)度

根據(jù)爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),待爆大樓定向塌落地面長(zhǎng)度計(jì)算方式見表2。

表2 定向爆破樓房塌落地面長(zhǎng)度計(jì)算方式

由表2得知,待爆大樓塌落地面長(zhǎng)度約為40.9 m,不大于65 m。因此,待爆大樓向東偏南45° 倒塌后,塌落長(zhǎng)度可以保證安全傾覆蓋在約65 m長(zhǎng)的空地處。

2.3 爆破振動(dòng)

拆除爆破使用藥包數(shù)量較多、布置較分散、單包藥量較小,藥包布置在待爆大樓承重剪力墻和柱。爆破振動(dòng)能量通過建筑物墻和柱經(jīng)基礎(chǔ)后再傳送到地面,對(duì)地面周邊分布的電力設(shè)施及其他防護(hù)物產(chǎn)生有害振動(dòng)。

目前,工程上估計(jì)爆破振動(dòng)的效應(yīng)多采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式[3]

(1)

式中:v為爆破振動(dòng)對(duì)建筑物所在地面及地基產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)速度,cm/s;Q為藥量,齊發(fā)爆破取總裝藥量,延時(shí)爆破取最大一段裝藥量,kg;R為爆心距,即從爆破地點(diǎn)藥量分布的幾何中心至觀測(cè)點(diǎn)的水平距離,m;K為介質(zhì)系數(shù),與巖土性質(zhì)、地形和爆破條件有關(guān);α為衰減指數(shù)。

為控制爆破振動(dòng)速度,根據(jù)爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和周邊地理位置小藥量試爆測(cè)試結(jié)果,Q選擇為延遲齊爆總藥量,取127.908 kg;K取值32.1;α取值1.57。由公式(1)可計(jì)算出爆破過程中取樣爆心距振動(dòng)值,見表3。

表3 爆破過程中爆心距取值處振動(dòng)速度

《爆破安全規(guī)程》規(guī)定,普通框架樓房允許最大爆破振動(dòng)速度2.3 cm/s,運(yùn)行中電力設(shè)施允許最大爆破振動(dòng)速度0.7 cm/s,由表3計(jì)算結(jié)果可知,方案爆破振動(dòng)速度v可以確保周邊電力設(shè)施及其附屬建筑設(shè)施安全。

2.4 塌落振動(dòng)

為減少建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)地面的塌落振動(dòng)效應(yīng),方案選擇3個(gè)爆破切口將建筑結(jié)構(gòu)劃分成3個(gè)爆破單元,使每次塌落的建筑物質(zhì)量變小,通過延期爆破實(shí)現(xiàn)3個(gè)單元逐次失穩(wěn)塌落,從而降低塌落振動(dòng)。

目前,塌落振動(dòng)速度根據(jù)中科院力學(xué)所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式[4]計(jì)算

(2)

式中:vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度,cm/s;Kt為衰減系數(shù);m為下落構(gòu)件質(zhì)量,t,待爆大樓含有鋼筋混凝土約39 000 t,通過3個(gè)切口處理后,第一時(shí)間落地構(gòu)件為第1個(gè)切口以上的質(zhì)量,該處取值13 000 t;g為重力加速度,9.8 m/s2;h為構(gòu)件所在的位置高度,取第一時(shí)間落地構(gòu)件位置13.5 m;R為觀測(cè)點(diǎn)至塌落中心的距離,m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,一般取100 MPa;β為塌落振動(dòng)速度衰減指數(shù)。

根據(jù)類似工程實(shí)測(cè)數(shù)量分析,Kt取值3.37,β取值1.66。由公式(2)可計(jì)算出第一時(shí)間落地構(gòu)件塌落過程中塌落中心距取樣振動(dòng)值,見表4。

表4 塌落過程中塌落中心距取值處振動(dòng)速度

由表4計(jì)算結(jié)果可知,距塌落中心約80 m處塌落振動(dòng)值超過標(biāo)準(zhǔn),但工程實(shí)踐值實(shí)際上要比理論值小很多。為盡量減小塌落振動(dòng),方案中將倒塌建筑物通過3個(gè)切口分為3個(gè)墜落部分,減少單次墜落重量產(chǎn)生的振動(dòng)。

因此,上述措施可基本確保塌落振動(dòng)不危及周邊電力設(shè)施和建構(gòu)筑物的安全。

2.5 飛石飛濺

多年爆破拆除經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐表明,爆破飛石飛濺距離與單位體積炸藥消耗量有密切關(guān)系。

目前,工程上估計(jì)拆除爆破飛石飛濺距離和速度的經(jīng)驗(yàn)公式[5]為

(3)

式中:R為無覆蓋條件下拆除爆破飛石飛濺距離,m;v為拆除爆破飛石飛濺速度,m/s,一般可達(dá)10～30 m/s,現(xiàn)取中值20 m/s;g為重力加速度,9.8 m/s2。

由公式(3)推算出R=40.8 m,可以通過直接覆蓋防護(hù)和近體防護(hù)實(shí)現(xiàn)飛石距離不超過20 m,確保飛石不會(huì)對(duì)鄰近高壓電塔和導(dǎo)線產(chǎn)生物體打擊危害。

2.6 灰塵飄散

爆破灰塵是爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫高壓氣體攜帶建筑物灰塵所形成的。在爆破前,應(yīng)清理干凈能產(chǎn)生灰塵的建筑垃圾;在爆破后,利用自然風(fēng)吹散和人工噴灑水霧等降塵措施。

3 防護(hù)策略

為進(jìn)一步控制拆除爆破所產(chǎn)生的危險(xiǎn)有害因素,在采取上述主動(dòng)防護(hù)策略之外,還應(yīng)搭配有效的被動(dòng)防護(hù)策略。

3.1 振動(dòng)防護(hù)

由2.3和2.4可知,為更有效地管控振動(dòng)危害,可在倒塌方向上砌筑減振土堤、開挖減振溝來阻斷塌落振動(dòng)能量傳播[6]。

3.1.1 布設(shè)減振土堤

減振土堤可以有效降低塌落振動(dòng)。減振土堤采用現(xiàn)場(chǎng)紅土堆砌,頂寬2 m,底寬4 m,高度3 m,頂部壓3層土袋,禁止在上面直接放建筑垃圾。根據(jù)爆破方案,預(yù)計(jì)主體倒塌長(zhǎng)度不超過40 m,所以從待爆大樓的基礎(chǔ)前沿開始算起,每隔10 m砌筑一道減振土堤,由南向北共搭設(shè)4道。減振土堤搭設(shè)如圖2所示。

圖2 減振土堤搭設(shè)示意圖

3.1.2 開挖減振溝

開挖減振溝可以有效降低爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)的30%～70%。具體做法是在爆破建筑物與被保護(hù)對(duì)象之間開挖一定深度的溝槽,以阻斷爆破振動(dòng)波與塌落振動(dòng)波的傳遞路徑。根據(jù)爆破方案,減振溝開挖部位為待爆大樓的四周,開挖深度3 m,開挖寬度 1.5 m。為防止雨水積聚,可在爆破前1天開挖。若溝內(nèi)有積水,爆破前必須排干。減震溝位置如圖3所示。

圖3 減振溝位置示意圖

3.2 飛石防護(hù)

由2.5可知,為更有效地管控飛石危害,可通過覆蓋防護(hù)和近體防護(hù)減弱爆破飛石飛濺,并在倒伏地面敷設(shè)尼龍網(wǎng)控制觸地飛濺。

3.2.1 爆破飛石防護(hù)

爆破飛石防護(hù)分為源頭覆蓋防護(hù)和近體圍網(wǎng)防護(hù)。其中,源頭覆蓋防護(hù)是對(duì)爆破部位加強(qiáng)防護(hù),使用竹笆、稻草、棉被或舊麻袋進(jìn)行包裹,用鐵絲捆扎結(jié)實(shí)。所謂爆破部位指爆破切口內(nèi)裝填炸藥的部位,主要包括立柱、剪力墻、梁等。源頭覆蓋防護(hù)如圖4所示。

圖4 源頭覆蓋防護(hù)

此外,為切斷飛石飛濺路徑布設(shè)近體圍網(wǎng)防護(hù),在爆破切口外圍靠近高壓線一側(cè),掛20層密目安全網(wǎng),并連接成為整體,防止個(gè)別飛石損壞高壓線。近體圍網(wǎng)防護(hù)如圖5所示。

圖5 近體圍網(wǎng)防護(hù)

源頭覆蓋防護(hù)和近體圍網(wǎng)防護(hù)的材料在阻擋飛石運(yùn)動(dòng)中被砸碎、破壞和擊倒,通過吸收碎塊動(dòng)能,有效降低碎塊飛出速度,減小碎塊飛散距離。

3.2.2 觸地飛石防護(hù)

在以往拆除爆破實(shí)踐案例中,拆除物倒塌后觸地引發(fā)飛石飛濺也會(huì)損壞高壓線。在倒塌方向正前方砌筑減振土堤、在地面鋪滿黑網(wǎng),可控制飛石觸地飛濺。觸地飛石防護(hù)如圖6所示。

圖6 觸地飛石防護(hù)

3.3 灰塵防護(hù)

目前,常用比較有效的灰塵防護(hù)措施為爆破后立即灑水降塵。通過降低空中揚(yáng)塵量減少電力設(shè)施本體上積塵量,待自然風(fēng)吹拂或雨水沖刷消除積污效應(yīng)。若為梅雨潮濕天氣,可采用帶電水沖洗消除污垢,防止污閃發(fā)生。

4 實(shí)施效果

4.1 倒塌情況

爆破項(xiàng)目在2018年8月30日15時(shí)59分3秒開始實(shí)施,爆破過程持續(xù)時(shí)間約5 s,大樓定向爆破拆除效果如圖7所示。經(jīng)排查,未對(duì)周邊防護(hù)物產(chǎn)生破壞或形成隱患。

圖7 大樓定向爆破拆除效果圖

4.2 振動(dòng)效果

項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在距爆破區(qū)域水平距離約77 m的大樓西南側(cè)110 kV高壓線塔處,以及大樓東側(cè)約300 m的220 kV變電站巡維中心站處。由于北側(cè)10 kV電纜為埋地敷設(shè),振動(dòng)波經(jīng)大地衰弱效應(yīng)顯著,所以未獨(dú)立進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表5。

表5 定向爆破拆除過程中振動(dòng)最大值統(tǒng)計(jì)表

其中,大樓南面110 kV高壓線塔振動(dòng)速度最大值波形圖如圖8所示。

圖8 大樓西南面110 kV高壓線塔振動(dòng)速度波形圖

此外,大樓東側(cè)220 kV變電站巡維中心站振動(dòng)速度最大值波形圖如圖9所示。

圖9 大樓東側(cè)220 kV變電站巡維中心站振動(dòng)速度最大值波形圖

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明爆破涉及到的高壓電塔和變電站設(shè)施的有害振動(dòng)效應(yīng)均控制在安全范圍內(nèi)[7-8]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,爆破區(qū)域西南側(cè)110 kV高壓線塔無飛石擊傷情況,塔基無異常,塔身、絕緣子和導(dǎo)線飄積部分灰塵,在稍后的雨水沖刷下恢復(fù)正常;東側(cè)220 kV變電站變電設(shè)備本體無異常,附屬建構(gòu)筑物無異常;北側(cè)10 kV埋地電纜無異常。

5 結(jié) 語

結(jié)合爆后儀器監(jiān)測(cè)參數(shù)和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)核查情況,表明定向爆破拆除樓房項(xiàng)目對(duì)周邊電力設(shè)施安全的管控策略是有效的,達(dá)到了預(yù)期的保護(hù)和防護(hù)效果。供電企業(yè)在嚴(yán)格管控拆除爆破危險(xiǎn)因素之外,還應(yīng)該嚴(yán)格落實(shí)法定程序和管理要求,配合施工單位做好爆前電力設(shè)施地理位置分布摸查,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況針對(duì)性提出防范技術(shù)措施。此外,必要時(shí)供電企業(yè)應(yīng)要求施工單位組織爆破類危大項(xiàng)目專家評(píng)審論證會(huì),對(duì)爆破設(shè)計(jì)方案、第三方論證報(bào)告、第三方振動(dòng)監(jiān)測(cè)和第三方水平位移監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行審定。在爆破施工過程中,若出現(xiàn)異常和危及到電力設(shè)施安全運(yùn)行的情形,供電企業(yè)應(yīng)立即向公安機(jī)關(guān)報(bào)告并暫停爆破作業(yè),待異常排除后方允許繼續(xù)施工。