复杂环境高层扇形建筑物控制爆破拆除.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 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 0 ．0 2 ．0 1 5 复杂环境高层扇形建筑物控制爆破拆除 邓祖明，廖孙念 广西煤炭科学研究所，南宁5 3 0 0 2 3 摘要介绍复杂条件下，通过采用高爆破切口、适合的爆破区域划分和区域问的爆破时间差等爆破技术 参数，使建筑物能够安全的倒塌在预定的范围内；通过采用远体防护、减振沟和松散垫层等措施，有效的控制 了爆破飞石、爆破振动和建筑物触地振动的危害；同时，通过此次成功的爆破经验，为非线形排柱支撑建筑结 构的爆破提供了参考。 关键词高爆破缺口；时间差；扇形结构；复杂环境 中图分类号n J 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 0 0 5 7 0 5 C o n t r o l l e dE x p l o s i v eD e m o l i t i o no fH i g h - l e v e lA r c B u i l d i n g si nC o m p l e xE n v i r o n m e n t D E N GZ u r u i n g ，L I A OS u n n i a n C o a lS c i e n c eI n s t i t u t eo fG u a n g x i ，N a n n i n g5 3 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et e c h n i q u ep a r a m e t e r so fh i g hb l a s tc u t ，r e a s o n a b l eb l a s ta r e ad i v i s i o na n di t sd e l a yt i m eo fe a c ho t h - e rw e r em a d es u r eo fs a f e l yc o l l a p s e dw i t h i np r e d i c t i o nz o n eu n d e rc o m p l e xs u r r o n d i n gc o n d i t i o n ．T h ef l y r o c k s ．b l a s t i n g v i b r a t i o na n dt o u c h d o w nv i b r a t i o nw e r ee f f e c i e n f l yc o n t r o l l e db yb o d yp r o t e c t i o n ，d a m p i n gd i t c ha n dl o o s i n gb u f f e rb y - e l “ ．T h e nt h i ss u c c e 黯o fb l a s t i n gp r o v i d e sc o n f e r e n c ef o rd e m o l i s h i n g0 fn o n l i n e a rl O Wo fc o l u m n sb m l d i n g s ． K e yw o r d s h i g hb l a s tc u t ；t i m ed e l a y ；a r cs t r u c t u r e ；c o m p l e xs u r r o u n d i n g 1工程概况 柳州市迎宾馆位于柳州市中心广场路，楼房主 体结构为1 3 层，局部为1 4 层，楼房高度4 3 ．3m ，平 面布置为扇形，其上部结构情况为横向采用框架一 剪力墙结构体系，对位轴线上框连剪力墙及框架皆 贯通，其他不对位处之框架借助现浇结构连为共同 体。纵向亦为框架．剪力墙结构体系。剪切墙厚度 0 ．2m ，楼板为现浇钢筋砼，厚度为0 ．1 5m 。柱截面 有6 0 0m m 4 0 0m m 等5 种。 楼房周边环境东面2 ．8m 有地下煤气管道，8 收稿日期2 0 1 0 0 3 2 6 作者简介邓祖明 1 9 7 4 一 ，男，工程师、学士，从事工程爆破和安全 评价工作，E m m l d e n g z u m i n 9 5 1 5 s i n a ．t o m 。 m 处为1 3 层商住楼；东北面3 6m 为住宅楼；西面为 已拆除的柳州市人民医院工地，较开阔；南面7m 紧 临广场路，5m 处有地下煤气管道；北面5 0m 为本 宾馆的待拆楼房。楼体结构如图1 所示。 2 爆破拆除方案的确定 拆除爆破是“拆除”和“保护”的统一体⋯，由于 爆破环境复杂，故在选择爆破方案时必须慎重起见， 主要考虑了以下问题 2 ．1 确保爆破的安全性 1 必须有效地控制爆破坍塌的影响范围，楼房 主轴偏向北3 。左右，要认真测算，不能使倒塌物超 过东面与之距离2 ．8m 的煤气管道。 2 控制好倒塌长度，防止楼顶水池脱出翻滚， 万方数据 5 8爆破2 0 1 0 年6 月 危害东北面的住宅楼。 3 采取措施保护东面和南面的地下煤气管道。 同时控制爆破所产生的振动、飞石、噪音等，塌落触 地振动不能引起危害。 4 爆破参数必须能有效地对楼体实施破坏；爆 破网路必须能确保所有药包起爆，确保楼体的倒塌 方向、坍塌范围和爆堆高度满足要求。 图11 、2 层结构布置平面图 单位m m 2 ．2 扇形排柱支撑安全有效性 由于楼房的平面结构为扇形，这与正常的线形 排柱支撑不同，必须进行充分考虑。 定向爆破倒塌方向场地的水平距离不宜小于 2 ／3 的楼房高度心】，通过以上分析，决定采取如下爆 破方案 1 为避免由于楼房主轴向北偏3 。而使楼房倒 塌向东北面的煤气管道和围墙，采取分区毫秒微差 爆破方法，使楼房主体倒塌稍稍向西北面偏移。 2 由于楼房整体性好，为防止第1 条措施效果 不明显，必须控制楼房倒塌长度不能超过3 0m ，因 此决定采取较高的爆破缺口高度和在2 5 楼布置 炮眼的爆破方法。 3 各排柱子的爆破时间差对建筑物的倒塌长 度有一定影响，通过分析决定采取毫秒微差1 、4 、7 、 1 0 段，共计分4 个爆破区。 4 安全上采取如下措施 1 由于楼顶水池与楼房主体是分开的，为防 止楼房触地后水池向前翻滚，决定用钢丝绳把水池 和楼房主体捆连在一起。 2 采用远体防护方法，即在爆破缺口范围内 全部采用竹排架和竹跳板进行安全防护。 3 在东面、南面挖减振沟减小爆破和触地振 动，在楼房倒塌范围内采用垫渣减振层，同时减小同 段爆破炸药量。 3 爆破技术设计 3 ．1 切口及最小爆破高度的确定 框架结构的爆破切口高度按重心法计算 H ≥6 ／[ 1 a ／b 2 ] ∽ 式中，日为爆破切F - I 高度，m ；a 为楼房高度，a 4 3 ．3 m ；b 为楼房宽度，b 1 5 ．3r l l 。 由此 ／t ≥6 ／[ 1 a ／b 2 ] ∽ 5 ．0 9n l 考虑到楼房为框架一剪切墙结构，且楼房倾倒方向为 北偏东约3 。，且楼房与东北侧的住宅楼距离仅3 6m 楼房高约4 3 ．3 0n 1 ，为了确保倒塌方向上的楼房 的安全，爆破切口高取1 3I n ，即炸高2 ～5 层楼。如 图2 所示。 万方数据 第2 7 卷第2 期 邓祖明，廖孙念复杂环境高层扇形建筑物控制爆破拆除 5 9 ＼／ F 3 7 ．0 1 ／1 ＼／ F 3 3 ．8n l ＼／ F 3 1 ．0n l ＼／ F 2 8 ．0 m ＼／ F 1 6 ．8m 一＼ ＼／ F 1 4 ．0 m ＼／、 F 1 1 ．2 m 够啦 可。／77I ＼ 2 F 18 ．4 m函；在 乡．＼／p ／／ I F 4 ．2 m 镌蒯． 多≥≥，＼／夕杉 O ．O m ＼／ y ／ ／ Qa o o n o o o o n 厂 o o ● 6 0 0 三一工剖面图 图2 爆破切1 2 1 及炬眼布置图 单位l n l n 3 ．2 爆破参数楼梯则对2 3 层的楼梯用液压破碎锤进行彻底 各爆破参数列于表1 。 破坏。 表1 爆破基本参数表 3 ．3 起爆顺序 为了进一步确保北东侧住宅楼的安全，倾倒方 向为北偏西约1 5 。，采用1 段、4 段、7 段、1 0 段分别 起爆第1 区域、第2 区域、第3 区域、第4 区域。如 表2 和图3 所示。采用孔内延期相的方式。 3 ．4 墙、梯处理 为使楼房顺利倒塌，对切口内、外墙作处理。剪 力墙每隔2 ．51 1 1 留宽1 ．5m 的扁立柱。电梯井则对 2 5 层的墙部份破坏，留下四角的柱与切口同时爆 破。非承重墙则全部采用机械或人工进行预拆除。 表2 起爆顺序表 3 ．5 爆破网路设计 以传爆雷管作为连接元件，采用“一把抓”的形 式用导爆雷管接力，按各楼层各起爆段将每捆约1 5 根导爆管绑在2 个接力导爆雷管上，引至本楼层的 西部，再捆绑2 个接力雷管引出外面，每束约1 5 根 导爆管再捆绑在一起引至激发元件。端部采用瞬发 电雷管起爆。 ∽ ∽ ㈣ ㈣ p 岱 H 0 ● ．● 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 图3 起爆区域顺序图 4 爆破安全 4 ．1 爆破振动 1 振动计算公式 V k k Q 1 力／R 。 式中，∥取0 ．5 ；K 取1 5 0 ；Q 取几个段别中最大起爆 药量，为1 8 ．5k g ；R 取爆心至楼房最近的距离取3 0 m ，则 V 0 ．5 1 5 0 1 8 ．5 1 刀／3 0 1 一 0 ．9 4c m ／s 经计算，最大一段爆破振动在正常范围内，不会 造成对建筑的破坏H J 。 2 爆破触地振动速度计算 楼房爆破触地振动公式如下 V 0 ．0 8 1 1 力／R 4 式中，，为建筑物落地冲量，， m 2 9 h 1 尼；r a 为建筑 物质量，2 ．5 0 1 0 5k g ；h 为中心落地高度，2 0m ；a 为地面衰减指数，1 ．4 5 。代人上式得落地振动速度 为3 ．0c m ／s 5 ．0c m ／s 。同时采用建筑废渣做防护 垫层。一定程度上缓冲了触地冲击。所以爆破建筑 物触地振动对周围框架结构的房屋来讲是安全 的‘4 1 。 4 ．2 爆破效果 爆破后，楼房即向主轴的垂直方向倾斜，紧跟着 楼房在重力的作用下产生下座。最终楼房在二者的 综合运动下触地倾倒，爆破完满成功。经现场观察， 爆破向前倒塌约2 5r n ，完全符合3 0m 以内的设计 要求。楼房在重力作用下，1 楼完全压垮，爆破缺口 以上2 层楼的剪力墙和承重柱也几乎完全破碎，倒 塌的楼房剩下9 层，约2 5m 。东北面楼房最前端触 地处距离煤气管道1 ．8m ，事后经煤气公司技术人 员对爆破现场检测，爆破没有对煤气管道造成影响。 爆破飞石得到很好的控制。经业主和周围单位技术 人员检查，爆破振动和触地振动没有对周围建筑和 财产构成危害。楼顶的水池由于有2 条钢索的牵 拉，触地后水池水池脱离楼体1m 但并未翻滚出来。 从爆破的录像看，楼房倒塌时没有能够按原来向西 北方向稍少偏向的1 5 0 的设计要求，这也是我们对 整体性好的楼房控制偏向不好把握而采取高爆破缺 口减小楼房倒塌长度的原因。 5 体会 1 整体性好的楼房毫秒微差爆破使楼房发生 偏移的技术不是很明显，也许是段间时间差太短的 缘故。 2 通过与我工程处2 0 0 3 年南宁市1 3 层航运大 厦的空间交叉爆破的比较，毫秒差与半秒差的爆破 对楼房倒塌长度的影响差别显著。 3 采用以2 楼或以上楼层作为支撑的方案时， 各排立柱爆破时间差和爆破缺口高度应充分考虑由 于楼房过重而产生的下座的因素，避免由于楼房过 快下座而产生斜而不倒的现象产生。 4 楼房爆破采用远体防护效果较好，同时楼顶 水池用钢丝绳牵拉是有效的。 5 爆破时间差设计合理时，楼房非线形支撑爆 万方数据 第2 7 卷第2 期邓祖明，廖孙念复杂环境高层扇形建筑物控制爆破拆除 6 1 上接第2 4 页 由判别分析结果可以看出，能否导致目标毁伤 可以由频谱综合等效值判断，而频谱综合等效值的 大小与水下爆炸的距离和方向角显著相关。在其它 因素固定或忽略不计时，可设等效值是目标距离和 方向角的函数厂 R ，a ，称该函数为频谱等效函数。 显然，频谱等效函数八R ，理 应是非线性函数，由于 数据量的限制，考虑用二次多项式进行拟合。为了 求得其近似表达式，将该函数进行T a y l o r 展开，得到 其近似表达式为 八R ，o t a 0 o l R a 2 a 鸭砰 a 4 R o t a 5 ∥ 占 6 式中，占 o a 2 R 2 为近似误差。利用最小二乘法 对表 2 中的综合等效值进行拟合，得到其等效函 数的估计为 厂 R ，a 一2 7 ．5 8 43 4 ．6 7 13 R 1 4 ．0 7 57 a 1 ．9 5 84 R 2 4 ．0 2 39 R o t 一1 ．0 1 89 a 2 7 利用该等效函数可以确定目标在各个方向上的 毁伤距离。令厂 R ，a 0 ，求得目标的毁伤距离曲 线如图4 所示。 伤目标试验工况 距离曲线 目标试验工况 2 7 0 图4 极坐标系中目标的毁伤距离曲线 性，虽然这种分析方法没有明确的物理意义，但其结 果能对水下爆炸试验的直观结论和定性认识做出合 理解释。通过分析发现所得到的毁伤距离曲线是 合理的。 本文的试验环境是较理想的试验水池，对于复 杂的实际水下环境，该方法还有待进一步验证。另 外有必要寻找物理意义清晰，又能对目标毁伤效果 进行可靠判定的评估方法。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 4 结论 [ 1 0 3 基于频谱特性分析的目标毁伤评估方法，具有 [ 1 1 ] 其它方法所不具备的在处理随机因素方面的优越 参考文献 王刚．圆柱壳在水下径向爆炸载荷下的弹塑性动力 响应[ J ] ．上海交通大学学报，1 9 9 7 ，3 1 1 1 1 0 6 - 1 1 1 ． 刘忠族．水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动力响 应[ J ] ．华中理工大学学报，1 9 9 7 ，2 5 9 1 0 0 1 0 3 ． R A J E N D R E NR ．D a m a g eP r e d i c t i o no fC l a m p e dC i r c u l a r P l a t e sS u 蝻t e dt oC o n t a c tU n d e r w a t e rE x p l o s i o n [ J ] ．I n _ t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fI m p a c tE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 2 5 3 7 3 3 8 6 ． J O H NMB ．T i m e ．R e s o l v e dM e a s u r e m e n to ft h eD e f o r m a - t i o no fS u b m e r g e dC y l i n d e rS u r e c t e dt oL o a d i n gf r o ma N e a r b yE x p l o s i o n [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fI m p a c tE n g i n e e r i n g ，2 0 0 0 2 4 8 7 5 - 8 9 0 ． 周俊祥，于国辉，李澎．R D X ／A I 含铝炸药水下爆炸 实验研究[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 4 - 6 ． K W O NYW ．C o m p a r i s o no fU S A D Y N AF i n i t eE l e m e n t M o d e l sf o raS t i f f e n e dS h e l lS u b j e c t e dt oU n d e r w a t e r S h o c k [ J ] ．C o m p u t e r s ＆S t r a c t u r e s ，1 9 9 8 1 1 2 7 1 4 4 ． 张振华．水下爆炸冲击波的数值模拟研究[ J ] ．爆炸与 冲击，2 0 0 4 ，2 4 3 2 1 - 2 6 ． 刘建湖．舰船非接触水下爆炸动力学的理论与应用 [ D ] ．中国船舶科学研究中心，2 0 0 2 ． 刘润泉，白雪飞，朱锡．舰船单元结构模型水下接触 爆炸破口试验研究[ J ] ．海军工程大学学报，2 0 0 1 ， 1 3 5 4 1 4 6 ． 皇甫堪，陈建文．现代数字信号处理[ M ] ．北京电子 工业出版社，2 0 0 3 ． 张尧庭，方开泰．多元统计分析引论[ M ] ．北京科学 出版社，1 9 8 2 ． 万方数据