聚能切割爆破在拆除特大型钢结构厂房中的施工技术研究解放军理工大学工程兵工程学院二零零二年九月控制爆破拆除多应用于混合结构、框架结构等建（构）筑物的拆除，而钢结构的控制爆破拆除是一个全新的课题，目前国内还没有这方面成功实例及相关经验可供借鉴。

聚能装药做为一种特殊的装药形式，多应用于军事领域，它可以将炸药爆炸时的爆炸能聚集起来，达到对金属穿孔、切割、破坏等目的，如穿甲弹、破障弹、线型反坦克履带雷等。

航天工业上利用聚能装药的特性，形成线型切割器，切割金属结构，实现运载火箭的各级脱离。

采用线性聚能装药的爆炸来快速切割钢结构物，达到拆除钢结构物目的，这在理论上是成立的，实际上能否成立，还有许多问题有待解决。

上海宝钢集团第一钢厂，为建设国内最大的不锈钢基地，需将原第二炼钢车间厂房拆除，其拆除目标是在安全的前提下达到快速拆除整个车间，为不锈钢基地建筑节约宝贵的时间。

该车间主厂房总计占地32200M2，东西长318M，南北宽110M，其中，钢砼框架结构厂房占地14560M2，钢结构厂房占地17640M2，整幢厂房总建筑面积69505M2，爆破目标南侧50M为上海市重点保护单位吴淞煤气厂制气车间，北侧100M为厂内正在生产的高炉锅炉房及化学水处理站。

国内该类厂房拆除施工多采用“倒装法”拆除，“倒装法”拆除：一是安全性差，二是工期较长，三是成本较高，无法满足工程建设需要，迫切需要一种新的拆除施工方法。

结合上钢一厂二炼钢拆除的实际工程，对聚能切割爆破在拆除特大型钢结构厂房中的施工技术进行如下研究。

一、进行工程勘察1．工程概况1.1概述：工程地点：宝山区长江路735号，拆除对象为上海一钢厂二炼钢厂房及厂房内的大型基础。

二炼钢厂房由钢结构主厂房和钢筋混凝土结构厂房组成，其中：钢结构主厂房包括：加料跨、过渡跨、精炼跨，钢筋混凝土结构的厂房包括过渡跨及出坯跨。

建、构筑物分布情况见附图1总平面图。

1.2 拟拆除的建、构筑物结构简况：加料跨厂房为大图1、环境平面示意图型钢结构厂房（钢结构梯型屋架）。

长318m，跨度19.7m，屋面标高最高为▽+24.6m，天窗屋面高为▽+29m，屋面为大型砼预制板，山墙为镀锌瓦围护结构；加料跨厂房与炉子跨厂房共用G列厂房柱，柱距18m，与过渡跨厂房，共用F列房柱。

过渡跨厂房为单层钢结构厂房，屋面为钢结构梯型屋架，预制砼屋面板。

长240m，跨度6m，柱距6m，屋面高▽+20.0m；跨内搭设有各种操作室、仪表室、值班室、调度室、分析室等建构筑物。

精炼跨为单层钢结构厂房（屋面为钢结构梯型屋架，大型预制砼屋面）长 306m，跨距29m，柱距一般为6m，最大为12m：屋面标高▽+18.8m，天窗屋面标高▽+22.13m，山樯为镀锌瓦围护结构。

（该部分厂房为混凝土立柱结构，不是本篇的重点，略）丁字跨为相对独立的钢结构厂房，两列立柱呈南北向布置，西侧有5根立柱，东列有4根立柱，宽24米，长24米。

1.3 拆除区域的周边环境，二转东路东侧约150M为待拆除区；南为二转南路，南侧50M是上海吴淞煤气厂制气车间，爆破区距要保护目标约100米，西为钢二路，钢二路西面为不锈钢项目的建设工地；北面为二转北路，爆破区距要保护的化学水处理站及高炉锅炉房约100米。

建筑物与周边的距离见图1的平面示意图。

，危险品容器及场所（包括各种化学处理池）已由厂方清理干净、并在施工前出具相关证明。

二、确定技术指标1.工期要求1.1业主计划不锈钢项目是宝钢集团的重点技改项目，总投资达壹百多亿，建设空间必须保证；第二炼车间是上钢一厂效益最好的车间，多生产一天就多一份效益。

拆除第二炼钢车间，是为不锈钢建设项目扫除障碍，最短时间内拆除第二炼钢车间才能实现生产与建设效益的最大化。

拆除计划为：3月15日二炼钢停产，6月30日实现全部拆除施工，为后续建设扫除障碍。

1.2我方计划按照受控有序，安全可行的总体要求，在满足业主要求的前提下，适当留有余地，我方的工期计划为：3月20日开始拆除施工，6月10日完成全部拆除施工，总计80日历天。

2.安全要求南侧的吴淞煤气厂，北侧的高炉锅炉房要确保其安全，确保施工人员的安全。

2.1爆破震动国家爆破安全规程GB6722-86规定的爆破地震安全距离规定如下：一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求，主要类型的建(构)筑物地面质点的安全震动速度规定如下：a.土窑洞、土坯房、毛石房屋 1.0cm/s；b.一般砖房、非抗震房的大型砌块建筑物2～3cm/s；c.钢筋混凝土框架房屋 5.0cm/s；为确保保护目标的安全，确定本工程的安全爆破振动标准为：2.0cm/s。

对于拆除控制爆破，爆破地震安全距离可按下式计算R=（KK’/V）1/αQ m式中：R—爆破地震安全距离，m；由于本工程中的吴淞煤气厂是不可移动的，必须保证其安全，即爆破的安全距为R=50m；Q—炸药量，Kg；齐发爆破取总炸药量；微差爆破或秒差爆破取最大一段药最；V—地震安全速度，cm/s；本工程取V=2.0cm/s；m—药量指数，取1/3；K、α—与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，可按下表一、选取，或试验确定。

K’—系数，K’=0.25～1，近爆源且临空面少时取大值，反之取小值。

有资料认为KK’=7.06，α=1.36。

表一、爆区不同岩性的K、α值岩性K α坚硬岩性 50～150 1.3～1.5中硬岩性 150～250 1.5～1.8软岩性 250～350 1.8～2.0由于本工程采用的是控制爆破，其装药又是外部装药，为保证安全，取K=150、α=1.5则由上式可反求出一次齐爆药量Q=177.8㎏也可用萨道夫经验公式V=KK’（Q1/3/R）α，cm/s式中各符号代表含义与上式相同。

进行被保护目标振动速强度验算。

得：V=0.094 cm/s，该值远远小于国家标准，故可以确保安全。

2.2爆破空气冲击波超压表二、空气冲击波对建筑物的破坏等级破坏等级建筑物被破坏的程度超压ΔP×105，Pa1 砖木结构完全破坏>2.02 砖墙部分倒塌，土房倒塌 1.0～2.03 木结构梁柱倾斜，部分折断，砖结构房顶撕掉，墙0.5～1.0部分移动或裂缝，土墙开裂或局部倒塌4 木板隔墙破坏，木房架折断，顶棚部分破坏0.3～0.55 门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏0.15～0.30.07～0.156 门窗部分破坏，玻璃破坏，屋面瓦部分破坏，顶棚抹灰脱落0.02～0.077 砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落表三、空气冲击波超压对人体的伤害情况序号伤害程度超压ΔP（×105，Pa）伤害情况1 轻微0.2～0.3 轻微挫伤2 中等0.3～0.5 听觉、气管损伤、中等挫伤、骨折3 严重0.5～1.0 内脏严重挫伤、可能造成死亡4 极严重>1.0 大部分人死亡由表二、表三确定本工程的安全超压值取ΔP=0.03×105Pa。

由于目前的控制爆破及常规爆破中对外部装药控制爆破的空气冲击波超压没有专门的计算公式，只能借用现有的计算公式进行计算：ΔP=（14*Q/R3+4.3*Q1/2/R2+1.1*Q1/3/R）×105,Pa由该公式计算得表四表四、药量、距离、超压关系表由表四可以得出在100M位置，安全超压的最大单次齐爆药量为：16㎏。

2.3爆破噪声爆破噪声对建筑物的损坏，见表五表五、爆破噪音对建筑物的损坏声压级（dB ）超压（105Pa ）建筑物损坏状况 169 0.06 窗玻璃开始破裂 171～174 0.08～0.1 窗玻璃部分损坏 177～1800.15～0.2窗框和外廊木窗破坏为确保爆不对周围建筑物，特别是南侧的吴淞煤气厂及北侧高炉锅炉房及化学水处理站的安全，确定安全声压标准为169dB 。

声波强度BB=20*Lg （P/P 0），dB式中：B —声压水平，表示声波强度，dB ； P —测点声压，N/m 2；P 0—基准声压（正常听到最小声压）2×10-5N/m 2。

用该公式可以对爆破噪声超压进行安全校核。

则一齐爆16㎏炸药时，在100m 位置其爆破噪声为163.5dB 。

该值小于安全值，爆破不会对保护目标造成破坏。

3钢立柱爆破切割指标确定 3.1典型钢立柱结构4 G （1～8、22～43）轴上柱16㎜ 15 5 G （9～21）轴上柱 30㎜ 6 图2.1典型立柱下部结构示意图由该表可以得出，16㎜是本次爆破切割钢立柱的主体，为方便加工切割器，确定16㎜为本次爆破的主要切割指标。

由于待切割的钢立柱所处的状态与试验要切割的钢板的状态不同，一个为受压态，一个自由态，为确保证切割器工作可靠，确定切割器的最小切割厚度指标增加20%，即切割器的最小切割厚度为20㎜。

三、选择切割器1.聚能切割爆破的原理在某种特定药包形状的影响下，可以使爆炸的能量在空间重新分配，大大增强对某一个方向的局部破坏作用，装药的这种作用叫做聚能效应。

利用装药的聚能效应，将炸药加工成一定的形状，再罩上药型罩（如金属、玻璃等材料），可制成切割器，它使炸药爆炸产生的能量会聚成一条直线或一个面，形成金属射流以及伴随其后的杵体，这种金属射流和杵体具有很强的穿透能力，作用在金属等物体上，产生洞或切缝。

材料和厚度是决定切割器切割能力的主要因素。

2．确定切割器罩材料延展性好的其聚能切割效果好于延展性差的材料，装药密度大的爆破效果好于装药密度小的切割器。

通过试验，最好是选用铜、铅等做罩体，选用压装的法生产的聚能装药。

在压装法生产的装药又分为分体压装法生产和整体压装法生产，这两种方法同样可以达到设计的装药密度，但分体压装法生产的装药不利于施工，整体压装法生产的装药可以方便地进行施工安装。

只有铅可以实现整体压装法生产，确定选用铅管整体压装法生产的聚能切割器。

3．切割器参数爆破目标：材质：45#钢；厚度：16㎜；罩体：角度：90°；母线长：15㎜；厚度：2㎜；装药：炸药类型：R852；密度：1.69g/cm3，线密度：350g/m四、超大型钢结构厂房倒塌设计1．结构爆破拆除原理任何类型的建筑物或构筑物在正常条件下其底部结构的支撑力与上部结构的重力处于平衡的稳定状态。

建、构筑物拆除爆破，是在认真分析和研究建筑物或构筑物的结构形式、构造特点、受力状态、荷载分布和各部位构件承载能力的基础上，运用控制爆破技术将承重结构的某些关键部位爆松或爆除，使之失去承载能力，同时破坏结构的刚度，打破建筑物或构筑物原有的平衡的稳定状态，建、构筑物在其重力失衡和整体结构失去稳定性的情况下，依靠自身的重力作用原地坍塌，或在偏心力矩的作用下定向倾倒。

建、构筑物在原地坍塌或定向倾倒落地过程中，在巨大惯性力作用下，上部结构与地面或下部结构发生猛烈碰撞，在结构中产生强烈地压缩或剪切作用，使其解体破碎。