复杂环境下L型楼房的定向对叠爆破控制技术.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 1 7 年4 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 ．4 6N o ．2 A p r ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 1 4 复杂环境下L 型楼房的定向对叠爆破控制技术米 张建平 王俊生张龙飞张建春张福光 内蒙古宏大爆破工程有限责任公司 内蒙古包头，0 1 4 0 1 0 [ 摘要]为了解决环境复杂、倾倒场地狭窄条件下L 型楼房的定向爆破技术和安全问题，将楼房分割为3 个横 截面均为矩形的独立单元，采用了中部单元向外倾倒、两侧单元定向对叠向内倾倒的爆破方案。利用定向切口承 重柱的装药量择向分配的偏炸技术和延时起爆技术，在相应的复合防护体系和减振措施 隔振沟 配合下，成功实 施了L 型楼房的定向倾倒，确保了爆破周围建筑物和设施的安全。该设计方法和参数可为同类工程提供参考。 [ 关键词] 定向爆破；L 型楼房；对叠爆破 [ 分类号] T U 7 4 6 ．5 D i r e c t i o n a l l yP i l e dB l a s t i n ga n dC o n t r o l l i n go fa nL - S h a p e d B u i l d i n gi nC o m p l e xS u r r o u n d i n g s Z H A N GJ i a n p i n g ，W A N GJ u n s h e n g ，Z H A N GL o n g f e i ，Z H A N GJ i a n c h u n ，Z H A N GF u g u a n g H o n g d aB l a s t i n gE n g i n e e r i n gC o ．，L t d ．，I n n e rM o n g o l i a I n n e rM o n g o l i aB a o t o u ，0 1 4 0 1 0 [ A B S T R A C T ] I nd e a l i n gw i t ht h ed i r e c t i o n a lb l a s t i n gt e c h n i q u ea n ds a f e t yp r o b l e m so fa nL - s h a p e db u i l d i n ga tac o n f i n e dl o c a t i o nw i t hc o m p l e xs u r r o u n d i n g s ，ab l a s t i n gd e s i g nw a sp r o p o s e dt h a tt h eb u i l d i n gw o u l db ed i v i d e di n t ot h r e e u n i t s s u e ht h a tt h em i d d l ep a r tw o u l db ec o l l a p s i n gi nt h el a t e r a ld i r e c t i o nw h i l et h et w os i d e so ft h eb u i l d i n gw o u l dc o l l a p s e t o w a r de a c ho t h e ra n dp i l eu p o nt h em i d d l e ．T h es a f e t yo fs u r r o u n d i n gb u i l d i n g sa n di n f r a s t r u c t u r e sh a sb e e ng u a r a n t e e db y i n c l i n e db l a s t i n gw i t hc h a r g e de x p l o s i v e st o w a r d st h es a f es i d eo ft h ep i l l a r sa n db yi g n i t i o nd e l a y i n gt e c h n i q u e st h a tr e d u c e t h em a g n i t u d eo ft h ei n s t a n t a n e o u se x p l o s i o n ，f u r t h e r m o r ew i t ht h eC O - c o r p o r a t i o no ft h ec o r r e s p o n d i n gn e a ra n dr e m o t ep r o t e c t e dp a c k a g ea n dm e a s u r e so fd e c r e a s e de a r t h q u a k e ’Se n e r 勖 ．T h er e s u l t sc o u l db e r e f e r e n c e db ys i m i l a rb l a s te n g i n e e r i n gp r o j e c t s ． [ K E Y W O R D S ] d i r e c t i o n a lb l a s t i n g ；L - s h a p e db u i l d i n g ；f o l d i n gb l a s t i n g 引言 在我国的城市改造和建设中，楼房的定向爆破 拆除技术已渐成熟，圳，特别是对一些高耸楼房爆破 拆除更显示出突出的优越性。对于一些高度较低、 高宽比小的楼房，一般都采取机械拆除方法。但是， 在环境复杂、场地狭小的情况下，对于一些强度高、 整体性好的钢筋混凝土结构的楼房，机械拆除受到 作业场地和空间的限制而无从下手，而人工拆除工 期长、工人劳动强度大，又存在较长时间的扰民和环 境污染。在这些特殊的情况下，采取控制爆破仍然 是一种高效、经济和绿色环保的拆除方法。本文中， 介绍了在复杂环境、狭窄场地条件下一栋截面为L 型的楼房的定向对叠爆破控制技术。 1 工程概况 1 ．1 楼房结构 待拆除的包头名流大楼位于包头市昆区乌兰道 与市委广场路东南角。该建筑建于2 0 0 7 年，为钢筋 混凝土框架剪力墙结构。横截面形状呈L 型。楼 房东部主体为7 层，3 排钢筋混凝土承重柱，其横截 面尺寸为外柱7 0 0m m 7 0 0m m ，内柱6 5 0m m 6 5 0m m 。西部9 层，4 排钢筋混凝土承重柱，其截面 尺寸为7 5 0m mx7 5 0m m 。地面一层层高4 ．2m ，二 层层高3 ．6m 三层及以上层高3 ．4m ，地下室高度 4 ．5m 。楼房的L 型截面的长边长5 6 ．5m ，宽1 8 ．3 昔} 收稿日期2 0 1 6 _ 0 3 ．1 8 作者简介张建平 1 9 6 0 一 ，男，博士，高级工程师．主要从事拆除和土岩爆破技术的设计和研究。E - m a i l z h a n g j i a n p i n 9 6 0 h o t m a i l ．e o m 万方数据 2 0 1 7 年4 月复杂环境下L 型楼房的定向对叠爆破控制技术张建平，等 6 l m ；L 型截面的短边长3 0 ．3m ，宽2 1 ．5m 。在楼房的 南、北侧及西侧都有外伸挑梁，西侧高3 3 ．0m ，东侧 高2 8 ．5m ，建筑面积1 30 0 0m 2 。 1 ．2 周围环境 拆除的楼房周围环境复杂。北侧距乌兰道1 5 ．0 m 。距对面的居民楼及学校3 0 ．0m ；西侧距市府东巷 6 ．0i n 。距南北方向架空通讯线4 ．0m ，距市政府办 公楼2 7 ．0I T I ；东侧和东南侧4 ．5I T I 为新建的大厦混 凝土基础．东侧1 3 0m 也是居民楼．大楼南侧距施工 开挖基坑2 8 ．5m 。大楼的周围环境见图1 。 居民楼 l { 居民楼 l | 学校 习 府 东 巷 线 臻 瓣憾 图1 楼房横截面及周围环境示意 单位I T I F i g ．1 T h eb u i l d i n ga n di t ss u r r o u n d i n g s u n i t 1 1 1 2 技术难度和爆破方案 2 ．1 技术难度 按照周围场地情况，只有南侧宽度2 8 ．5m ，长 度7 8 ．0m 的狭长带和楼房占地面积是爆破后楼房 废渣的堆积范围，大楼只能向南倾倒。但是，楼房横 截面为L 型，西部宽度较大，高宽比1 ．1 ，整体倾倒 的惯性矩大；而且，楼房东侧及东南侧4 ．5m 外的新 建大楼的混凝土基础及部分主体已经建好，不允许 受到此次爆破产生的振动扰动和楼房倾倒的直接冲 击影响。所以很难实现楼房整体向南倾倒。另外，楼 房的北侧是人口密集的居民区，必须严格控制爆破 危害．确保周围居民楼和设施的安全。 2 ．2 定向爆破方案 为了确保周围设施的安全。保证楼房爆破解体 充分．采取了分割单元楼方法。即采取人工风镐作 业把整个楼房分割为西、中、东部3 个横截面都为矩 形的独立单元楼，不仅在有限的场地条件下，调整了 楼房的倾倒方向，缩小和控制了废渣堆积范围，而且 增大了分割后各部分的高宽比，使其定向倾覆力矩 增大．保证楼房顺利倾倒。楼房的分割如图l 、图2 所示。人为分割后的西、中、东部的高宽比分别为 1 ．5 、1 ．6 、2 ．4 。定向爆破方案确保合理的延时起爆 控制下，实现中部先向南定向倾倒，腾出空间，西部 向东、东部向西对叠定向爆破倾倒在中部的渣堆上。 图1 中．3 个切割单元箭头所指的方向即为倒塌方 向。此方案能保证楼房西侧的通讯线、东侧和南侧 新建大楼的混凝土基础的安全，调整了定向切口的 方向，使东、西部切口爆破碎块飞溅互为遮挡，有效 控制了爆破碎块向东、西、北方向的飞溅。 西 图2 分割的L 型楼房 F i g ．2 T h ed i v i s i o no fL - s h a p e db u i l d i n g 楼房中部向南定向倾倒，最大堆积范围按照楼 房中部高度的2 ／3 估计，为1 9m ；楼房东、西部对叠 倾倒其渣堆上，预测的爆堆堆积范围为东、西方向 8 0m ，南、北方向3 6m 。 3 定向爆破参数确定 3 ．1 定向切口位置 中部准确地向正南方向倾倒是保证西部和东部 分别向正东和正西方向解体并对叠倾倒在其废渣上 的关键。为避免个别碎石的飞溅，尽可能降低中部 的爆堆堆积高度．防止中部倾倒缓慢而影响到西、东 部的定向倾倒或造成倾倒方向的偏离，按照中楼高 切口、低布置的原则，切口从地面一层开始向上布 置，形状为梯形。支撑区确定为最后一排柱。按照 西、东部定向切口位置高于中部，并兼顾中部倾倒解 体破碎效果和有效控制爆破切口碎块飞溅的原则， 西、东部定向爆破切口都从地面二层开始向上布置， 形状为梯形。由于西部的底部宽度大，选择后两排 柱作为支撑区，宽度3 ．0m ，并且在爆破前割断支撑 区最后排柱的竖筋。以降低其钢筋的抗拉应力，使倾 倒铰支点前移，增大倾覆力矩，有利于楼房倾倒。东 部选择后两排柱作为支撑区，宽度3 ．3m ，提高支撑 力．防止东部后坐影响东侧基坑的新建混凝土。 3 ．2 定向切口高度和长度 定向切口形成的瞬间，切口以上的楼房相当于 大悬臂梁在倾覆力矩作用下绕支撑区铰支点的弯曲 倾倒．如果支撑力足够，铰支点一般在楼房切口的最 ■● ●切割黪一一，● 西楱●●-●●●●● 万方数据 6 2 爆破器材第4 6 卷第2 期 下层支撑柱和墙的上部。如果楼房的高宽比小，高 度很大的定向切口才能使楼房的重心偏出定向切口 一侧的外支点，这在工程中不现实。实际定向爆破 的切口高度并不完全保证使楼房重心超过倾倒一侧 的支点。而是当切口闭合后、楼房在其倾倒动能的惯 性作用下，如果重心已经获得一定的速度，就可产生 与速度方向一致的倾倒。此时，其速度的垂直分量 因楼房切口闭合、楼房上部触地而消耗，而速度的水 平分量会使楼房继续向前运动，若与此相应的动能 足以使楼房重心升高，以致楼房重心的水平位移超 过了楼房触地支点，楼房即可翻滚倾倒。假设楼房 质量均匀，其重心在楼房结构的几何中心，根据楼房 绕铰支点运动的能量守恒原理，确定的最小定向切 口高度‘5 剖为 h 百D ．≥兰。 1 可。万蒂。 ⋯ 式中D 为楼房倾倒的铰支点至切口最外侧柱的水 平距离，西、中、东部分别对应为1 7 ．6 、1 5 ．9 、1 0 ．1 m ；H 为楼房倾倒的铰支点以上的楼房高度，西、中、 东部分别对应为2 5 ．2 、2 4 ．3 、2 0 ．7m 。 根据式 1 计算，得最小切E l 高度分别为9 ．8 、 6 ．5 、4 ．4I n 。实际确定的西、中、东部的爆破切口高 度分别为1 0 ．0 、7 ．0 、4 ．5i n 。 定向切口长度为楼房倾倒一侧的底部宽度减去 支撑区的宽度。西、中、东部分别为1 6 ．1 、1 3 ．4 、8 ．4 m 。爆破切口的布置及尺寸见图3 。 一东 ／1 - ／ 号 。 了 畸 南 一 西 一 ＼ 、＼ 转i臼{ 卜 譬 a 西部 b 中部 c 东部 图3 楼房定向切口示意 单位m F i g ．3 D i r e c t i o n a lb l a s t i n gc u to ft h eb u i l d i n g u n i t m 3 ．2 ．1 炮孔布置 立柱是楼房的主要承重构件．按照立柱的截面 尺寸布置单排孔，并采取柱中心线两侧0 ．1m 交错 布孔方式，使立柱的炸药能量分布均匀。为了减少 墙体的钻孔工作量，爆破前对楼房定向切口内的钢 筋混凝土剪力墙、电梯间和步梯采用液压破碎锤或 人工预处理。对定向切口内的每一个梁柱节点布置 4 个钻孔，与切口立柱同时爆破，破坏楼房的整体性 和梁柱的抗弯强度，提高楼房的解体效果。 3 ．2 ．2 孔网参数 楼房的中、东部各3 排柱，外排柱 7 0 0m m 7 0 0m m 的孔深0 ．5 0i n ，孔距0 ．3 5m ；内排柱 6 5 0 m mx6 5 0m m 的孔深0 ．4 5m ，孔距0 ．3 5m 。楼房 西部相同横断面的4 排柱 7 5 0m mx7 5 0m m 的孔 深0 ．5 5n l ，孔距0 ．4 0m 。所有梁柱节点 8 0 0m mx 3 0 0m m 的孔深为0 ．5 5m 。 3 ．2 ．3 每孔装药量 考虑到北侧居民区的安全．采取了立柱装药量 择向分配的偏炸技术。根据经验和试爆结果确定的 炸药单耗q 为10 0 0 11 0 0g ／m 3 。 柱 7 5 0m mx 7 5 0m m ，孑L 间距0 ．4 0m ，计算单 孔装药量Q q 0 ．7 5X 0 ．7 5X 0 ．4 0 2 2 5 ～2 4 8g 柱 7 0 0m mx 7 0 0m m ，孔间距0 ．3 5m ，计算单 孑L 装药量Q q 0 ．7 0 0 ．7 0X 0 ．3 5 1 7 2 ～1 8 9g 柱 6 5 0m m 6 5 0m m ，孔间距0 ．3 51 T I ，计算单 孔装药量Q q X 0 ．6 5X 0 ．6 5X0 ．3 5 1 4 8 ～1 6 3g 在复杂环境下爆破，采用装药量择向分配的偏 炸技术主要考虑两个方面 1 被爆破承重立柱与被保护对象之间的距离。 即迎向居民区．柱中心线一侧的炮孔的炸药量适当 减小，取计算单孔药量的下限，这样在有效爆破能量 的同时减少飞石的飞散距离；而设计倾倒方向一侧． 立柱的炮孔的炸药量适当增加，取计算单孔药量的 上限，确保柱体的破碎和解体效果。 2 被爆承重立柱所处的高度位置。不同楼层 高度不同，爆破后产生飞石的飞散范围就不同，高处 的飞石飞散的距离较低层的飞石要远一些。因此， 以计算单孑L 药量为基准．切口内的同层支撑柱装药 量分配为承重柱上部2 孔减2 0 ％。下部3 孔加 2 0 ％，中部正常装药；切口内的不同层支撑柱药量分 配时，以底层柱为基准值，每高一层减少1 0 ％，同时 增加防护强度。 根据爆破周围环境条件，采取装药量择向分配 偏炸技术既满足了承重柱的充分破碎所需的炸药能 量，又有效地控制了个别碎块的飞散方向和距离，可 有效保证周围建筑物和设施的安全。 表1 为爆破切口内不同位置和高度时立柱 7 0 0 m mx7 0 0m m 炮孑L 择向分配的装药量。 4 起爆网路设计 起爆网路的可靠性和延时时差的合理性是保证 万方数据 2 0 1 7 年4 月 复杂环境下L 型楼房的定向对叠爆破控制技术张建平．等 6 3 表17 0 0m m 7 0 0m m 立柱炮孔择向 分配的装药量 T a b ．1 E x p l o s i v e si nh o l e so ft h e7 0 0m m 7 0 0m m p i l l a r sa r r a n g e da sc h a r g e dp o s i t i o n s 楼房分割后的中部向外倾倒、东部和西部对叠定向 爆破方案的关键。为了保证起爆网路的可靠性，采 取了中部非电导爆管雷管毫秒孔内延时、西部和东 部非电导爆管雷管半秒孔内延时技术，孔外采取了 导爆管簇联复式交叉起爆网络技术[ 9 - 1 0 ] 。为了使 中、西、东部倾倒过程中方向准确、互不干扰，起爆顺 序为中部的定向切口采取从外向里孔内2 、4 段非 电毫秒导爆管雷管先起爆；西部和东部的定向切口 都采取从外向里3 、4 段非电半秒导爆管雷管同时起 爆．与中部的起爆延时时差为8 5 0m s 。 5爆破安全 5 ．1 爆破地震波降振措施 爆破楼房北侧是密集的居民住宅楼，必须严格 控制楼房爆破的地震波和触地振动强度可能产生的 危害。为此，爆破前在楼房的北侧、东侧和西侧开挖 了深度4 ．0m 、宽度不小于1 ．5m 的隔振沟。采用 T C - 4 8 5 0 u S B 型爆破测振仪对楼房北侧3 0m 的居民 楼的地震波振动强度进行监测，测点布置见图1 。 采用周家汉提出的建 构 筑物爆破拆除时的 塌落触地振动主振波形的峰值速度计算公式【1 1 ] 计 算2 。测点的最大质点振速 『 墨 下 口。 K l I ，M g H 、了II 。 2 L 、盯7J 式中秒．为爆破拆除后建 构 筑物塌落触地引起的 质点峰值振动速度；M 为建 构 筑物塌落体的质 量．取中部大楼质量M 20 0 0t ；g 为重力加速度， 9 ．8m ／s 2 日为塌落体重心所在的高度，中部大楼高 约2 8m ，塌落体重心高度取1 4m ；盯为建筑物爆破 后解体混凝土构件的破坏强度，一般取1 0M P a ；R 为震中距，4 5I n ；K 。、J B 为塌落振动主振波形峰值振 速的衰减系数和指数，没有减振措施的条件下，高耸 构筑物 如烟囱 爆破拆除时，衰减系数K 3 ．3 7 ～ 4 ．0 9 、衰减指数届 一1 ．6 6 ，建筑物 如框架结构楼 房 的爆破拆除时，衰减系数K ．为烟囱K 的1 ／3 ～ 1 ／2 ，即K 1 ．1 2 ．1 。 计算可得，采取减振沟后，2 ’测点的最大质点振 速为0 ．5 8 1 ．0 6c m ／s ，符合爆破安全规程的要 求。而实测值是1 ”测点的爆破地震波最大质点振 动速度0 ．9 7c m ／s ，发生在起爆后0 ．2 1S ；2 。测点的 楼房触地最大质点速度0 ．7 6c m ／s ，发生在起爆后 1 ．6 8s ，最大主振频率8 ．o o 一3 0 ．6 5H z 。将监测结 果与理论计算值对比可知，所采取的延时爆破技术 和减振沟降振措施非常有效，把地震波强度控制在 了安全范围，保证了周围建筑物和设施的安全。 5 ．2 爆破碎块飞溅防护 由于西部和东部的爆破定向切口爆破时受到向 南倾倒的中部遮挡，有效地阻挡了向东和向西的碎 块飞溅，但是对其迎向居民区的北侧可能产生的碎 块飞溅必须防护中部定向切口向南是施工区，个别 飞溅的碎块也必须防护。东、西部对叠倾倒在中楼 渣堆有一定的缓冲，不会产生触地碎块的二次飞溅。 对碎块飞溅的直接近体防护措施是对所有装药部 位，特别是立柱，包裹了双层苇帘及铁丝网防护【l2 | 。 间接远体防护措施分两部分一是楼房装药部位的 中部1 2 层、西部2 4 层及东部2 3 层的所有门 窗及通视口，全部用双层苇帘外加铁丝网柔性封闭 防护二是对于重点防护区域，例如楼房北侧的居民 区和西侧政府办公楼方向，在距楼房5m 搭设了高 度1 5m 的防护钢管排架，并悬挂双层苇帘及一层铁 丝网远体柔性防护装置。爆破后的远体柔性防护装 置仍然完好，完全把碎块控制在安全范围内。 6 爆破效果 整个楼房共钻孔11 5 0 个，炸药质量2 3 6 ．0k g ， 延时导爆管雷管12 6 0 发。楼房完全按照设计方案 定向倾倒，爆破解体效果好。楼房坍塌的堆积范围 控制在设计范围内，没有对周围的新建基础和设施 产生任何影响。爆破堆积范围及解体效果见图4 。 7结论 1 将L 型结构楼房人为分割成若干个独立单 万方数据 6 4 爆破器材第4 6 卷第2 期 a 东、西部向中部定向倾倒合拢解体 b 东、西部对叠定向倾倒在中部渣堆上 图4 解体效果和爆堆 F i g ．4D u m p i n ga n dd i s i n t e g r a t e do ft h eb u i l d i n g 元楼房和适当增加支撑区宽度，增大了分割后单元 楼房的高宽比和定向爆破倾倒的支撑力，并采取微 差延时起爆技术和调整楼房倾倒方向。实现了楼房 两侧向中部对叠定向爆破倾倒，为狭窄空间下的异 型结构楼房爆破拆除提供了一种新的方法。 2 根据工程周围环境条件，应用装药量择向分 配的偏炸技术，通过对定向爆破切口内的不同部位 的立柱和同一立柱不同部位、不同方向的炮孑L 装药 量调整，有效地保证了支撑立柱充分破碎和解体以 及个别碎块的飞散距离和方向的控制。 3 爆破效果和实际监测结果表明，所采取的防 止碎块飞散的近体和远体复合柔性防护体系以及爆 破地震波合理的延时起爆技术和开挖减振沟的降振 措施是非常有效的，确保了周围居民楼和设施的安 全，其方法可供同类工程所借鉴。 [ 2 ] 参考文献 杨年华，张志毅，邓志勇，等．复杂环境下高层框架楼 定向爆破拆除实例与分析[ J ] ．爆破器材，2 0 0 6 ，3 5 6 3 0 3 2 ． Y A N GNH ，Z H A N GZY ，D E N GZY ，e ta 1 ．A ne x a m p i ea n a l y s i sf o rh i g hf r a m eb u i l d i n gd i r e c t i o n a lb l a s t i n g d e m o l i t o i ni nc o m p l e xc i r c u m s t a n c e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 6 ，3 5 6 3 0 - 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s i n g v i b r a t i o n v e l o c i t yc a u s e db yb l a s t i n gd e m o l i t i o n [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 9 ，1 5 1 1 - 4 ，4 0 ． [ 1 2 ]李勇，汪浩．复杂环境下多跨框架不规则高楼的逐跨 坍塌爆破[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 1 5 9 - 6 1 ，6 8 ． L IY ．W A N GH ．S p a n b y - s p a nb l a s t i n gd e m o l i t i o no fa n i r r e g u l a rb u i l d i n gu n d e rc o m p l e xe n v i r o n m e n t [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 0 5 ，2 2 1 5 9 - 6 1 ，6 8 ． 万方数据