9523-1 (Использование процессов, присущих объемному взрыву в различных областях народного хозяйства)

Использование процессов, присущих объемному взрыву в различных областях народного хозяйства.

И. И. Кулаков, член-корреспондент РАРАН, доктор технических наук,

А. И. Ильиничев, научный сотрудник

1. Использование объемного взрыва для сноса зданий и сооружений.

Согласно генеральному плану реконструкции Москвы в течение ближайшего времени должны быть снесены более 2000 панельных домов старой постройки. Аналогичные проблемы стоят перед городскими властями других городов России. В связи с этим возникает необходимость в разработке эффективного метода ускоренного сноса зданий.

Анализ существующих методов разрушения панельных домов показал, что наибольшее распространение имеет метод последовательной разборки, при котором конструкция с помощью башенных кранов и другой строительной техники последовательно разбирается с крыши до нижних этажей.

Недостатками данного метода являются большие сроки выполнения работ (3 ? 4 месяца), опасность проведения высотных работ в условиях нарушения конструкционной целостности строения, особенно в зимнее время, использование дорогостоящей техники и ручного труда, необходимость проведения газосварочных работ в закрытых помещениях, что связано с попаданием в атмосферу вредных газов, высокая стоимость работ.

Очень часто, особенно при разрушении старых построек в центральной части города, используется метод простого механического разрушения домов с использованием копров, экскаваторов, а в последнее время и с помощью специальных манипуляторов. К сожалению, применение такого метода затруднено при разрушении зданий высотой более 20 м, а также имеющих жесткий каркас (панельные дома). Однако данный метод может быть усовершенствован за счет применения технологии ?стягивающейся петли¦. При этом здание охватывается петлей из особо прочных тросов, которые затем с помощью трех-четырех бульдозеров (в зависимости от прочности панелей) затягиваются, что приводит к разрушению конструкций и обрушению здания.

На базе последних достижений физики взрыва разработана и применяется на практике новая технология разрушения зданий с помощью объемного (вакуумного) взрыва. Сущность данного метода состоит в специально организованном процессе, включающем:

? разрушение несущих конструкций дома взрывом, при этом обеспечивается дробление панелей и других элементов на части;

? уборку и вывоз остатков здания, переработку их на дробильно-сортировочном комплексе (до 800 т железобетонных обломков за смену);

? использование конечного продукта в дорожном строительстве и производстве стеновых материалов.

Строительные конструкции довольно трудно поддаются быстрому разрушению вследствие их армирования, упругости и других факторов. В связи с этим для их разрушения традиционными взрывными методами требуются большие материальные и людские затраты, большое количество взрывчатых веществ и различных технических средств. Кроме того, использование большого количества конденсированных взрывчатых веществ (КВВ) часто неприменимо в условиях плотной застройки зданий и сооружений, особенно в городах.

Разработанная на предприятиях военно-промышленного комплекса технология существенно более экономична и в техническом плане основана на ?мягком¦ внутреннем нагружении строительных конструкций.

Практика показывает, что при разрушении строительных конструкций типа железобетонных панелей с помощью традиционных КВВ до приемлемой степени дробления (размер осколков не более 50 см) дельный расход КВВ составляет 0,5?1,0 кг/м³. При этом масса заряда КВВ в шпуре определяется по формуле:

Q = a H W C (1)

где Q ? масса заряда в шпуре, кг; а ? расстояние между зарядами, м; W?величина сопротивления по подошве, м; H ? высота уступа, м; C?удельный расход КВВ, кг /м³.

При разрушении панелей толщиной 0,25 м и расстоянием между зарядами в ряду 0,32 м масса заряда в шпуре составит 0,05 кг.

При размере секции панельного дома в плане 16,0 х 10,1 м и высоте этажа 2,7 м общее количество шпуров может достигать 1700 при массе КВВ на одну секцию до 40 кг.

При производстве взрывных работ опасность для людей и окружающих объектов будут представлять сейсмические и ударные волны, а также разлет кусков бетона и кирпича и падение конструкций на грунт.

Проведенный анализ показывает, что наибольшее ограничение на массу взрываемых зарядов накладывает действие ударных воздушных волн (УВВ), образующихся при взрыве.

Наиболее слабым конструктивным элементом сооружений является остекление. Радиус опасной зоны действия УВВ на остекление можно определить по формуле:

(2)

где r_в ? радиус опасной зоны, м; Ку ? коэффициент укрытия; К_t?коэффициент замедления (в близкой зоне при взрывании с замедлением 20 мс равен 1,3);

Q_в ? масса эквивалентного заряда одной группы, кг. При взрыве шпуровых зарядов

Q_в = 0,25QК_з + Q_дш

где Q ? фактическая масса шпуровых зарядов одной группы, кг; К_з ? коэффициент забойки; Q_дш ? масса ВВ в магистрали ДШ одной группы, кг.

При расположении зарядов внутри здания и их распределения по объему коэффициент укрытия составит

Ку = 0,5

При расположении соседнего здания на расстоянии 30 м эквивалентная допустимая масса ВВ составит только 0,81 кг. Эквивалентная масса ВВ одного шпура составляет 0,01 кг (Q = 0,05, длина забойки 0,1 м и К_з = 0,37, длина магистрали ДШ на один шпур l_дш= 0,35 м). Следовательно, допускается подрыв одновременно только 81 шпура общей эквивалентной массой ВВ 4 кг. Это приводит к необходимости разнесенных по времени подрывов, что значительно усложняет схему подрыва и часто делает применение взрывного метода вообще неприемлемым.

Применение для разрушения конструкций здания зарядов ОДС (объемно-детонирующие системы) позволяет существенно снизить количество необходимых взрывчатых веществ.

Известно, что по работоспособности ОДС в 3? 4 раза превышает КВВ, а в случае замкнутого объема ? до 10 раз. Наилучшие результаты могут быть получены при сочетании применения ОДС и КВВ. При помощи подрывов зарядов КВВ производится нарушение целостности конструкции, а основная работа по обрушению здания выполняется с помощью подрыва заряда ОДС.

Расчеты показывают, что для разрушения секции панельного дома, имеющей размеры в плане 16,0 х 10,1 м и высоту этажа 2,7 м, потребуется не более 0,5 кг такой горючей композиции ОДС, как аэрозин. При этом количество необходимого для разрушения одной секции КВВ снижается до 2?3 кг (против 40 кг КВВ при традиционном способе). Таким образом, становится возможным применение взрывного метода даже в условиях очень плотной застройки.

Рис.1

Практика показала, что мягкое внутреннее нагружение разрушаемого здания не приводит к какому-либо повреждению соседних сооружений, даже находящихся в непосредственной близости. Присутствующий при объемном взрыве эффект вакуумирования препятствует разлету элементов и панелей здания, поэтому обломки здания занимают его первоначальную площадь (рис. 1).

При реализации предлагаемого (взрывного) метода бригада из пяти взрывников обеспечивает разрушение пятиэтажного панельного дома в течение 7?10 дней. Вывоз разрушенных конструкций осуществляется в течение 14?21 дней (всего 21?31 день). После сноса здания заказчику передается площадка, полностью готовая к строительству нового жилья. Срок выполнения всего комплекса работ 25? 31 день. При наличии нескольких домов, расположенных рядом, общий срок выполнения работ сохраняется.

При использовании дробильно-сортировочного комплекса выручка от реализации вторичных строительных материалов, а также экономия от сокращения объема перевозок и отсутствия платы за содержание свалки составит 0,2?0,5 млн. руб. в зависимости от качества получаемых материалов, расстояния до свалки и ряда других факторов.

Таким образом, впервые предлагается программа работ по ускоренной разборке и полной переработке конструкций дома с дальнейшим использованием конечного продукта в дорожном строительстве и производстве стеновых материалов.

2. Применение объемного взрыва для снижения грозовой активности.

Грозы относятся к числу весьма сложных и опасных явлений природы, от которых зависит регулярность работы многих отраслей народного хозяйства ? воздушного транспорта, энергетики, лесного хозяйства и др. К сожалению, технический прогресс в этих отраслях практически не уменьшает их зависимости от грозовых процессов, поэтому подавление интенсивных грозовых явлений ? чрезвычайно актуальная задача.

Отказы в работе самолетных радионавигационных систем из-за поражения молнией, а иногда и более существенные повреждения летательных аппаратов, особенно опасные при посадке, являются одной из серьезных причин, заставляющих самолеты уходить на запасные аэродромы, если они еще в состоянии это сделать. Известно достаточно много тяжелых аварий, причиной которых были молнии. Статистический анализ показывает, что в среднем на 2500 летных часов поршневых самолетов или на 10000 часов реактивных приходится один случай попадания молний.

Другая, не меньшая опасность ? поражение молнией наземных объектов. Так, например, только в западных штатах США ежегодно из-за молний возникает около 10000 лесных пожаров, в том числе около 400 приносят огромный ущерб.

Крупные линии электропередачи и электротехнические системы обычно оборудуются грозозащитной, но, тем не менее, во время сильных гроз и они нередко оказываются выведенными из строя.

Для более отчетливого понимания сложности данной проблемы кратко остановимся на основных современных взглядах на грозовые явления.

Грозовое облако состоит из одной или нескольких ячеек [1], которые являются центрами конвективной, осадкообразующей и электрической активности. Горизонтальные размеры ячеек могут изменяться от 1 до 10 км. Высота грозового облака превышает 6?7 км и может достигать 14?18 км.

Электрическое строение типичного грозового облака биполярно ? основной положительный и отрицательный заряды располагаются в верхней и нижней частях облака соответственно. Вблизи основания облака под отрицательным зарядом обычно располагается дополнительный положительный заряд. В зависимости от условий (в частности, от широты местности) возможны различные значения верхнего положительного и нижнего отрицательного зарядов.

Электрическое поле в облаках обусловлено распределением объемных зарядов, создаваемых всеми носителями зарядов в данном облаке. В грозовых облаках происходит весьма быстрое накопление больших объемных зарядов. Средняя плотность объемного заряда может составлять порядка (0,3?3)-10-⁸ Кл/м³, а средняя скорость накопления зарядов (0,1?10) • Ю-⁹ Кл/(м³ • с). Области с максимальной плотностью зарядов имеют размеры порядка нескольких сотен метров. В таких локальных объемах облака создаются условия, благоприятные для инициирования молний. По современным представлениям наиболее часто встречаются объемы с максимальной плотностью зарядов (зоны неоднородности) размером 200?400 м.

Электрическая активность гроз, выраженная частотой разрядов молний, изменяется в широких пределах ? от одного до нескольких десятков разрядов в минуту. Молниевая активность гроз зависит от размеров и количества грозовых ячеек.

Принципиально возможны следующие основные пути подавления грозовых явлений. Могут быть предприняты меры к тому, чтобы развивающееся грозовое облако ?разрядить¦ на землю до подхода к охраняемому объекту, заставив разряд пройти по искусственно созданному пути, либо создать условия для ?короткого замыкания¦ внутри облака, либо подать в облако заряд, нейтрализующий естественно образующийся, либо попытаться разрушить облако, либо, наконец, воздействуя на его химический состав, воспрепятствовать развитию в нем электрических явлений.

Искусственно вызванный разряд облака на землю реализовывался практически неоднократно [2]. Известны опыты, когда в результате глубинных взрывов в море, поднимавших фонтаны воды на высоту около 70 метров под грозовым облаком, происходили разряды облаков в море. Также практически были проведены разряды грозовых облаков на поверхность земли (моря) с помощью проволоки, которая доставлялась к облаку ракетой. Обычно разряд происходил, когда ракета поднималась на высоту порядка 100 м. Этого оказывалось достаточным, чтобы разрядить на землю грозовое облако с высотой нижней границы около километра. Были также попытки использовать в целях создания канала для молнии пучок протонов, полученных на синхротроне, а также с помощью лазеров. Основными недостатками указанных методов являются ряд чисто технических трудностей.