城市建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术.pdf
第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 .2 9N o .4 D e c .2 0 1 2 d o i 1 0 .3 9 6 3 /j .i s s n .1 0 0 1 4 8 7 X .2 0 1 2 .0 4 .0 2 9 城市建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术半 李廷春1 ,刘建章1 ,张海东2 ,高翔2 1 .山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛2 6 6 5 9 0 .2 .泰山医学院,泰安2 7 1 0 1 6 摘要城市废弃离层建筑物最经济快速的拆除方法是爆破拆除,但是可能造成的危害种类较多,粉尘危 害是其中之一。通过分析拆除爆破粉尘的产生机理及来源,提出的综合防尘降尘技术包括装药点含水围帘 覆盖、楼层顶板悬挂爆炸水袋、建筑物围裹含水帘幕、屋顶架设柔性水帘喷管、建筑物屋内外地面洒水、倒塌 区周围预置高压水枪、爆破后流动水车向爆堆喷水除尘等。结舍工程实际,提出综合防尘降尘技术应用设计 实例。为今后废弃高层建筑物爆破拆除时的粉尘防护起到借鉴作用。 关键词建筑物;爆破拆除;防尘;降尘 中国分类号T U 7 5 1 .9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 1 2 0 4 一0 1 1 7 一0 5 I n t e g r a t e dT e c h n o l o 留o fD 哪tP r e V e n 廿o ni nE x p l o s i v e D e m o l i t i 蚰o fU r b 锄B l l i l d i n g s Ⅱ丁地如u n l ,Ⅱu 肋n 粕8 增1 ,z 删ⅣG 舶i 一幽n 9 2 ,G A o 胁增2 1 .S h 拍d ∞gP r o V 砌a lK e yL a b o r a t o r yo fC i 、r i lE n g i n e e r i I l gD i 哪t e r 胁v e n t i o n 帅dM i t i g a t i o n , s h 蛐d o n gU n i v e 飓i t y0 fS c i e n c e 肌dT e c h n o l o g y ,Q i n g d ∞2 6 6 5 9 0 ,C h i m ; 2 ..I 缸s h 肌M e d i c du n i v e r s i t y ,1 Ⅻ柏2 7 1 0 1 6 ,C h i n a A h s t r 哥c t A B 叽e0 ft l “ m o s te c o f 岫m i ca n dm p i dm e t h o d0 fu r b 帅h i g h r i s eb L I i l d i n 8 吕d e m o l i t i o n ,e x p l o s i v e d e m o l i t i o nc 明8 e 咖yP 0 t e n t i dh 删s u c h 鹪d u s t h a 珊.T h m l l g I It | l ea I I a l y s i s0 fd u 8 tg e n e r a t i 肌m e c h 蚰i s ma I l d s o u r e ej nd 唧0 J i t i o nb l 船t i I l g ,帅i n 把g m t e dt e e h l l o l o 甜0 fd u s tp 陀v e 血o nw 踮p u tf o r w a r ds u c h 髓c o v e r i n gm i s tc u r - t a i n s 啪岫dc h 田署ea r 阻,h a n g i n gw a 把rb a 窟;so nn o o 玛l 且b ,c o v e d n g b u i l d i n gb ym i s tc u n a i n 8 ,s e t t i n gu pf l e x i b ks p a r - 画n gw a t e rp i p e so nt o p 。fb u i l d i n g ,s p r a y i n gn o o rl I l 8 i d ea n do u t s i d e ,蛐n i n gu ph i g l I p 砖s s u T ew m e rg u n sb e s i d e 山e c o H a p B e da 弛a ,s p r a y i n gb l a s t i n gm u c kp i l eb yw 且t e 刑h e e l s .c 加l b i n e d 、时t l le n 画n e e r i n gp r a c t i c e ,ad e s i g n 既a m p l eo n i n t e g m t e dt e c h n 0 1 0 9 y0 fd u s tp r e v e n t i o nw 鹊p u tf o r 删船ar e f e r e n c ef o ru r b 帅b u i l d i n g s 如m o l i d o ni nf u t u r e . 1 【e yw o “b u r b 蚰b u i l d i n g s ;e x p l o s i v ed e r n d i t i o n ;d u 吕‘p m v e n t i o n 爆破法是城市高层建筑拆除最有效的方法之 一,但是,在建筑物拆除的施工准备期间和实施爆破 后都会产生粉尘。粉尘不但严重影响爆破地点附近 居民的正常生产、生活和身体健康,而且会对周围的 收稿日期2 0 1 2 一0 7 一1 8 ’ 作者筒介李廷春 1 9 6 8 一 ,男,博士、副教授、硬士生导师,主要从 事岩石工程爆破及裂隙岩体力学特性方面的研究工作, E m a i l t c h l i _ s d 1 6 3 .c Ⅷ。 基金项目国家自然科学基金 5 1 2 7 9 0 9 6 ;山东省自然科学基金 z 魁0 1 2 E E M 0 3 0 ;中国煤炭工业协会计划项目 “ r K J 2 0 D 9 _ 2 8 7 ;M r I 2 0 1 0 - 3 4 4 建筑物造成重度污染。尤其是在城市人口和建筑物 密集的区域进行建筑物爆破拆除,在建筑物起爆瞬 间和倒塌后,建筑物内外粉尘弥漫,以巨大的粉尘球 源向外辐射,爆破区周围的建筑物被粉尘覆盖,复原 和清理工作极其困难。因此,城市建筑物爆破拆除 的综合防尘降尘技术研究具有极其重要的意义。 拆除爆破粉尘成分主要包括二氧化硅、粘土、硅 酸盐等物质。由于拆除爆破粉尘的组成物质具有良 好地吸水性,利用这一特点,广州体育馆在爆破后的 万方数据 1 1 8爆破 2 0 1 2 年1 2 月 除尘方案中加入了直升机投水弹的方法⋯;贵阳市 第一商场和新华书店在爆破降尘技术中利用了爆破 前地面布置水池、楼顶悬挂水桶的降尘技术心o ;青 岛海天大酒店对供热站烟囱爆破拆除后,应用了悬 挂普通水袋、地面洒水的方法来除尘pJ ,等等。目 前的防尘降尘技术往往局限于某一种或几种,没有 从拆除爆破粉尘的产生机理及来源综合分析,并提 出相应的防尘降尘技术,最大限度的消除粉尘危害。 而且,部分方法成本太高,不利于大面积推广。为 此,提出以粉尘的产生机理及来源为基础的综合防 尘降尘技术,亟待有效消除城市建筑物拆除爆破产 生的粉尘,充实城市建筑物爆破拆除技术。 1 粉尘的产生机理及来源分析 在对城市废弃高层建筑物进行爆破拆除时,由 于所使用的砖和混凝土等建筑材料易产生粉尘、建 筑物在使用期间易粘附粉尘以及拆除时的爆破、倒 塌、触地等原因,产生粉尘是不可避免的。 拆除爆破粉尘主要有施工准备粉尘和爆破粉尘 2 种类型,施工准备期间产生粉尘称为施工准备粉 尘,产生原因有凿岩机钻孔、锤击砖墙及板以及砖 墙和板落地3 部分。实施爆破时产生的粉尘称为爆 破粉尘,产生原因有 1 炮孔周边的介质被炸药炸 碎; 2 建筑物倒塌时,内部结构断裂、解体、相互挤 压碰撞; 3 建筑物上附着的尘土在倒塌过程中被 扬起; 4 建筑物触地时所产生的扰动气流对地面 灰尘的扰动M ,5J 。 在建筑物倒塌瞬间,建筑物内部和周围的空气 由于受到剧烈的扰动而形成高压气流,在高压气流 和爆生气体膨胀的作用下,形成的爆破粉尘具有浓 度高、扩散速度快、影响范围大、粉尘颗粒影响范围 广等特点。因此,爆破粉尘在建筑物起爆后能够迅 速扩散并长时间随气流流动,对附近居民和建筑物 的危害极大。因此,主要对爆破粉尘进行综合防尘 降尘技术研究。 2 综合防尘降尘技术 综合防尘降尘技术包括装药点含水围帘覆盖、 楼层顶板悬挂爆炸水袋、建筑物围裹含水帘幕、屋顶 架设柔性水帘喷管、建筑物屋内外地面洒水、倒塌区 周围预置高压水枪、爆破后流动水车向爆堆喷水除 尘7 个方面。 2 .1 建筑物屋内外地面洒水 在爆破之前,要先清理长期沉积在屋外地面和 屋内地板上的灰尘以及打孔堆积的残渣,然后对屋 内地板和屋外地面用喷水管充分润湿,以减轻施工 准备粉尘的污染和建筑物倒塌过程中气浪在屋内、 屋外引起的粉尘污染。 在屋内洒水时,要由底层到顶层逐层洒水,洒水 主要针对地面,但是对于未拆除的墙面和未能处理 的残渣,也要用水充分润湿。 在屋外洒水时,为保证建筑物主体倒塌方向地 面的水量充足,有条件时进行蓄水,其余地面用水充 分润湿即可。 2 .2 装药点含水围帘覆盖 在装药点处,由于周边介质被炸碎而产生大量 的粉尘和飞石,在装药点所在的梁、柱周围,用铁丝 捆扎1 层浸水的草帘,可以同时起到防粉尘和飞石 的作用。 2 .3 楼层顶板悬挂爆炸水袋 在楼层顶板悬挂爆炸水袋除尘的方法,是利用 水袋爆炸后在空气中所形成的水雾来捕捉建筑物爆 破、倒塌时,因内部结构破碎、断裂、解体、相互挤压 碰撞形成的粉尘。 2 .3 .1 爆炸水袋的构造 爆炸水袋所用的水袋以聚乙烯塑料薄膜制成, 将导爆索悬挂在雷管下端作为药包,并用防水薄膜 包好放置于水中。 制作药包时,为保证爆炸水袋抛雾效果最佳,要 合理控制比药量 Ⅳ 和药包置水深度 K ,使之满 口[ 6 ] 匕 Ⅳ 号 o .1 5 1 嚣 o .6 2 式中Q 为炸药含药量,k g ;I ,r 为水袋含水量,m 3 ;K 为药包置水深度,m ;形为水深,m 。 爆炸水袋的构造如图1 所示。 2 .3 .2 起爆时间 由于爆炸水袋爆炸后o ,水雾在空气中的持续 时间大约在1 .5 3s ,而混凝土完全破碎时间仅为 6 0m s ,因此,要严格控制水袋起爆时间,在混凝土 梁、柱起爆前1s 引爆爆炸水袋中的药包。 2 .4 建筑物围裹含水帘幕 建筑物围裹含水帘幕,不仅可对由楼内向外冲 出的粉尘和楼倒塌时被扬起的附着粉尘进行消除, 还能够对飞石进一步阻挡。 含水帘幕为1 2m 1 .2m 0 .0 6m 浸水草帘, 对建筑物进行围裹时,草帘由屋顶悬挂到地面,在爆 破切口部位悬挂2 层浸水草帘。 万方数据 第2 9 卷第4 期 李廷春,刘建章,张海东,等城市建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术 1 1 9 聚乙烯水 图1 爆炸水袋构造示意图 F i g .1 S c h e m a t i cd i a 印瑚0 fb l 鹊t i n gw a t e rb a g 具体施工方法如下 1 在女J L 墙外侧围绕建筑物安装膨胀螺丝,膨胀 螺丝孔距离女儿墙顶部2 0 0 Ⅱ髓,膨胀螺丝间距1 2 0 0H 脚。 2 相邻两个膨胀螺丝之间以直径为7m m 的 铁丝连接,墙两边不足1 2 0 0m m 处可忽略。 3 用细铁丝将含水帘幕绑扎在膨胀螺丝之间 的铁丝上。 4 从楼顶到地面,利用同样的方法,在上一块 含水帘幕末端的楼外墙上打膨胀螺丝、连接铁丝、绑 扎下一块含水帘幕,并将上一块含水帘幕的末端绑 扎在末端膨胀螺丝之间的铁丝上。 5 含水帘幕到达地面时,用砖块压实。 建筑物上含水帘幕的示意图如图2 、图3 。 C q7 卜p 叫 、, 一 二二.、√ 一 . 冀雾冀雾雾 含水帘碧I \ \ I 装鳕鬃錾嚣 一 砖 卜酬酣㈣ 、 图2 含水帘幕示意图 立面 单位m m F i g .2 S c h e m 砒i cd i a g 姗o fc u r t a i n 8c o n t a i n e d w 砒e r e l e v 砒i o n u n i t m m 2 .5 屋顶架设柔性水帘喷管 在屋顶架设柔性喷水帘喷管,利用喷管喷水时 形成的水帘可以进一步对建筑物倒塌时由建筑物内 部向楼外冲出的粉尘以及被扬起的附着粉尘进行及 时有效的消除。 H ●- | ;‘ 含水帘幕 重 \. 圣 双层含水帘幕 爆捌 T弋厂‘ 、 辇露 一 、一 图3 含水帘幕示意图 侧面 单位m m F 远.3 S c h e m a t i cd i a 差掣H no fc u 砌i n sc o n t a i n e d w 砒e r s i d ev i e w u n i t m m 为防止爆破时屋顶变形影响水管的喷水效果, 选取管径为9 0m m 的微柔性P V C U 管作为水帘 喷管,并在喷管的一侧沿管轴开一列直径约5m m 的小孔,小孑L 间距2 0 0m m 。 安装时,首先,在屋顶女儿墙顶上沿女儿墙打一 圈钢钉,钢钉间距5 0 0m m ;然后,将P v C U 管用粗 铁丝绑扎在钢钉上,有小孔的一侧向外,管与管之间 用柔性连接头接好;最后,铺设由地面到水帘喷管的 柔性供水管,柔性供水管采用消防用的天然胶衬里 消防水带。屋顶柔性喷管结构如图4 。 图4 柔性喷管示意图 F i g .4 S c h e m a t i cd ia I ;r a mo fn e x i b l es P a 球n gw a t e rp i p e s 2 .6 倒塌区周围预置高压水枪 建筑物倒塌时,落地产生的的冲击波会瞬间将 倒塌区内的粉尘向四周喷出。在倒塌区周围密集布 置高压水枪,利用密布水枪喷水形成的水幕可以有 万方数据 爆破2 0 1 2 年1 2 月 效的阻止粉尘的扩散。 2 .6 .1 射高S 口的确定 由于高压水枪喷嘴需要布置在建筑物的塌散范 围之外,所以高压水枪并不是垂直射流,其喷出的水 可视为抛物运动,因此高压水枪射高S B 要大于建筑 物高度J l ,.s 。计算简图如图5 。 ∥ 建 筑 物 k J 图5s 。计算简图 F i g .5C a l c u l a t i 叫d i 8 伊眦o fS B 由图5 知 M √z 2 2 3 p a r c t a n 孚 4 当高压水枪喷嘴布置在塌散范围边缘时,可令 s 口 肘 5 式中| s B 垂直射流时射流总高度,m ;肘为喷嘴至楼 顶的直线距离,m ;卢为喷嘴与楼顶的连线与地面的 夹角,。;7 l 为建筑物高度,m ;Z 为塌散范围,m 。 2 .6 .2 喷头人口水压计算 水压的计算与喷嘴的形态有关,本技术采用圆 形喷嘴,射高 s 。 与水压 日 及喷嘴直径 d 关系 式为‘8 ’9 ] .S 。 忐 6 a 揣 7 式中H 为喷头人口处水压,m H O ;0 [ 为系数;d 为喷 嘴内径,m m 。 由式 6 可得 肌去 8 由式 8 可知,必须满足1 0 [ s 。 O ,式 8 才 有意义。 。 2 .7 爆破后流动水车向爆堆喷水除尘 爆破完成后,利用流动水车围绕建筑物倒塌后 的爆堆进行喷水,可以防止建筑物爆破后的爆堆继 续向周围散发粉尘,将粉尘污染降到最低。 3 综合防尘降尘方案设计 3 .1 工程概况 潍坊市粮油食品股份公司营业大楼 简称粮油 大楼,亦叫潍坊大厦 位于潍坊火车站广场东侧,东 距居民楼4 8m ,南距火车站行李房和售票厅3 0m , 西为火车站广场,距顺达宾馆1 8 8m ,北为扩建火车 站广场拆迁的空地。 大楼主体为1 4 层,钢筋砼框架结构,高5 5m , 南北长3 5 .9m ,东西宽1 8 .6m ,最底层为地下室,最 上层为直径1 2 .8m 的观光厅、电梯机房和水箱间。 爆破时,采用了向正北倒塌的定向倒塌方案。 3 .2 除尘方案设计 采用综合防尘降尘技术,施工步骤如下 1 用水对大楼内所有的地面、未拆除的墙体 以及未能处理的残渣进行充分润湿,同时对大楼外 的东、西、南方地面喷水润湿处理,对大楼外北侧的 地面进行蓄水。 2 由于本次爆破的装药点大多数位于柱上, 故仅需对柱的装药位置覆盖含水围帘即可,柱的含 水围帘覆盖示意图如图6 。 图6 柱上围帘示意图 F i g .6 S c h e I n a t i cd i a 伊哪o fc l I n a i 璐c o n t a i n e dw a t e l 。 删n dc h 8 r g i n gp o i n t s ∞p i U 啪 3 制作爆炸水袋时,选取容积为1 0L 的聚乙 烯塑料袋,根据式 1 、式 2 可得药包含药量为 1 .5k g ,药包置水深度为爆炸水袋中水深的O .6 倍。 在楼层顶板悬挂爆炸水袋时,先在顶板上按 5m 5m 的间距打钢钉,然后用O .5m 长的铁丝将 爆炸水袋悬挂在钢钉上。悬挂时要保证每1 层的顶 板都布置有爆炸水袋。 4 安置屋顶含水幕帘和柔性喷管。由于爆破 切口开在l 、2 、3 、7 、8 层,所以在这些位置铺设双层 含水幕帘,其余为单层。在起爆前开启柔性喷管喷 水即可。 5 为了使高压水枪形成有效的水幕,喷嘴应 用直径3 0m m 的圆形铜喷嘴,喷嘴布置间距2m 。 。根据爆破实例【l0 | ,取东、西方向塌散范围为 万方数据 第2 9 卷第4 期 李廷春,刘建章,张海东,等城市建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术 1 2 1 7m ,南方8m ,正北方2 3m ,粮油大楼高5 5m ,代人 式 3 一式 5 的分别求得每个方向的射高| s 。和夹 角卢,并利用式 7 求得系数a O .0 0 4 3 9 。将求得 的各个方向的| s 。和a 代人式 8 可得每个方向高 压水枪喷头人口处所需水压,如表1 所示。 表l 各方向喷头入口处水压及喷水角度 T a b I e1T h en 伽啦e 明I 咖c ew a t e rp 心鹦删他a n d a n g l 姻0 f 棚d i r a 嘣。璐 为避免喷水导致起爆网路受损,起爆前3s 启 动高压水枪。 ’ 6 配置2 辆消防车和2 辆洒水车,在爆破完 成后,利用消防车水管向爆堆喷水,同时利用洒水车 在周边洒水。 3 .3 预期成果及分析 本技术预期得到的成果如下 1 爆破过程中,爆破大楼在产生大量粉尘的 同时产生大量水雾,使粉尘迅速沉降,对火车站和居 民楼几乎不会造成影响,附近的道路1 0I n i n 之后可 满足通行要求。 2 由于整套技术所用的材料和设备成本低, 使用水除尘的过程中,水的利用率高,可以达到事半 功倍的效果。 3 技术简单易操作,工人可以多个方面同时 施工,因此,施工速度快,施工质量高。 4 结论 1 阐述了建筑物拆除爆破时粉尘的产生机理、 来源和性质,指出使用水是除尘最经济有效的方法。 2 设计了装药点含水围帘覆盖方法、爆炸水 袋、建筑物含水幕帘围裹方法、屋顶柔性喷管架设方 法,并计算了高压水枪喷头处入口水压和喷水角度, 进而提出了一套经济高效的的城市建筑物爆破拆除 的综合防尘降尘技术。 3 利用综合防尘降尘技术,以潍坊市粮油食 品股份公司营业大楼爆破拆除为例,设计了一套综 合防尘降尘方案,并对除尘效果进行了预测和分析。 4 城市建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术 能够高效合理的对建筑物爆破拆除后产生的粉尘进 行及时消除,并把粉尘的危害降到最低。因此,城市 建筑物爆破拆除的综合防尘降尘技术可以为今后废 弃高层建筑物爆破拆除时的粉尘防护起到借鉴作用。 参考文献 R e f e r e n c 髑 [ 1 ] 郑炳旭,魏晓琳.城市爆破拆除的粉尘预测和降尘措 施[ J ] .中国工程科学,2 0 0 2 ,4 8 6 9 _ 7 3 . 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