危房爆破拆除的危险源辨识与控制

2011-11-15张传真周明安周晓光李是良

采矿技术 2011年5期

关键词：危房抗力危险源

张传真,周明安,周晓光,李是良

(1.国防科学技术大学, 湖南长沙 410072;2.中南林业科技大学, 湖南长沙 410001)

危房爆破拆除的危险源辨识与控制

张传真1,周明安1,周晓光2,李是良1

(1.国防科学技术大学, 湖南长沙 410072;2.中南林业科技大学, 湖南长沙 410001)

采用事故树分析法,对危房爆破拆除施工中作业人员伤亡、起爆时危房未按设计方案倒塌、爆破效应危害 3方面的危险源进行辨识。应用分析结果,对控制危房不稳定性导致的危险源,预处理施工环节危险源控制,爆破施工作业危险源控制提出了相应的措施,对危房爆破拆除中保证施工安全有实际意义。

危险楼房;爆破拆除;事故树分析;危险源控制

0 引言

火灾、泥石流等自然灾害及建筑质量问题,会造成危房。2008年 5月 12日汶川特大地震灾害造成了巨大破坏,举国震惊,世人关注。震后留下大批受损但未倒的楼房,这些楼房结构已受到严重破坏,失去使用功能,有的危及抢险救援人员的安全。在拆除危房过程中爆破拆除技术因其安全高效的特点而得到广泛应用。

然而,爆破拆除危房与常规爆破作业不同,是一种更高风险的作业。危房随时可能丧失稳定性和承载能力而发生坍塌。建立危房爆破拆除危险源辨识体系,控制危房爆破拆除施工中的危险源,对于爆破施工的安全实施具有重要意义。

1 危险有害因素的识别与分析

安全系统工程是事故预测、防护和安全管理的一门学科,它能分析、评价、预测和控制系统中的危险因素,进而控制系统的风险,达到系统的最佳安全状态。常用的风险分析方法有安全检查表、危险指数法、预先危险性分析、故障类型及影响分析、事件树分析、事故树分析、概率危险评价等。对于不同的评价单元可以选择不同的评价方法,对于评价方法的选择以不漏掉任何一个被识别出来的危险源 (危险和有害因素)为目标。

事故树分析法是系统安全分析中最重要的定量分析方法之一。该方法由美国贝尔电话实验室的H.A.Watson(维森)提出,最先用于民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析,之后被广泛应用于各领域。现用事故树分析法,以“危房爆破拆除施工事故”作为顶上事件,进行演绎分析。

顶上事件发生有 3种原因事件:一是施工过程中作业人员伤亡;二是起爆时危房未按设计方案倒塌;三是爆破效应危害。分析基本事件,画出事故树 ,如图1、图2、图3所示。

割集指事故树中某些基本事件的集合,当这些事件均发生时,顶上事件必然发生。如果某一割集中任意去掉一个基本事件时,该集合就不是割集了,称其为最小割集。对事故树进行定性演算,找出导致顶上事件的基本原因事件的组合,通过求最小割集分析事故树逻辑关系。只需采取措施尽可能使最小割集中的某一个事件不发生就可以避免顶上事件的发生。找出最小割集,从而有针对性地采取有效措施,防止顶上事件的发生。用布尔代数化简法求出最小割集为:K1={X1,X2};K2={X3};K3={X4};K4={X5,X6};K5={X7};K6={X8};K7={X9,X10};K8={X11};K10={X12};K11={X14,X15};K12={X13,X16,X20};K13={X17,X18};K14={X17,X19};K15={X17,X21};K16={X22};K17={X23};K18={X24};K19={X25};K20={X26};K21={X27};K22={X28};K23={X29,X30};K24={X31,X32};K25={X33,X34};K26={X35,X36,X37};K27={X38};K28={X39};K29={X40};K30={X41};K31={X42};K32={X43};K33={X44};K34={X45,X48};K35={X45,X49};K36={X46,X48};K37={X46,X49};K38={X47,X48};K39={X47,X49};K40={X50,X51};K41={X52};K42={X53}。

最小割集共有 42个,其中主要因危房结构破损、稳定性差所导致的共有 16个:K4={X5,X6};K8={X11};K10={X12};K11={X14,X15};K12={X13,X16,X20};K14={X17,X19};K19={X25};K21={X27};K22={X28};K23={X29,X30};K25={X33,X34};K26={X35,X36,X37};K36={X46,X48};K37={X46,X49};K38={X47,X48};K39={X47,X49}。由这些因素导致的基本事件的结构重要度总数较大,所以危房拆除爆破中对危房结构破损、稳定性差所导致危险源的控制非常重要。

图1 危房爆破拆除事故分析树

图2 危房爆破未按设计方案倒塌事故分析树

图3 危房爆破拆除爆破效应危害事故分析树

2 危险源的控制

以事故树分析结果为依据,以控制危房结构特点所致危险为重点,提出危房拆除爆破中危险源的控制措施。

2.1 危房不稳定性控制

(1)恰当选择施工时机。危房的拆除爆破应在危房的危险状态停止发展或者恶化速度明显放缓的情况下进行。

(2)结构加固。灾后建筑的残缺结构多数处于“准条件极限状态”,结构载荷稍小于其抗力,极易失去稳定,而导致拆除施工作业中垮塌。在此状态下,如果在关键地点适当支撑,少许加固,调节平衡,可以起到“四两拨千斤”的效果。

(3)建立集中监控分点报警系统。虽然计算出残缺结构的残留抗力,但是由于灾后建筑的复杂性和多变性,不可能在抢险的短时间内,把残缺结构的抗力弄的很清楚,因此,为了保证拆除作业中施工人员的安全,必须建立即时监测系统。监测必须集中,以便于收集信息,对比分析,尽快地弄清楚残留抗力和允许位移、变形值。由于结构的失稳总是从局部开始,逐渐波及到整体的,反映这种规律的报警,应采取分点和集中相结合的方式。出现异常变化及时反馈给现场作业人员,使他能在有限的时间内逃离危险区。可建立两种监控系统。裂缝位移电子监控系统,如图4所示。重点监控危房受损的承重柱、梁、墙壁,在裂缝的两侧安装位移传感器测移动值。如对梁,按几何相似原理,换算成悬臂梁的悬端下沉值或简支梁及连续梁的跨中下沉值。当下沉值超过允许时,立即对该测点和危险波及的其他点测量。要选准最可能出现破坏的构件作为监测对象,如果器材充足可以多选择几处构件设置观测点,以保证监测全面、准确;要正确安装测试裂缝变化的位移传感器,位移计及线路安装必须牢固,不许拉动。位移传感器必须跨越裂缝安装,两端分别固定在裂缝的两侧,且位移传感器的安装方向要与裂缝开合方向一致;位移传感器要进行初始标定,并要设置初始位移,注意位移传感器要免受外力干扰以免产生大的误差。为了把安全信息及时的反馈给现场施工人员,还须安装报警器。在电子监测系统建立之前,或存在非结构垮塌引起的危险因素需要安全监测时,应实施人工监测。由于结构的失稳总是从局部开始,逐渐波及到整体的,结构局部损伤、变形、扩大性裂缝或实物表面剥落,或者产生异常音响、振动、摇晃、颤抖等现象,这些都是显示事故即将发生的先兆和信号。作业过程中,各作业区负责稳定性监测的人员使用对讲机时刻保持联系,若楼房构件稳定性出现异常变化,要立刻反馈给现场作业人员,同时向其他各作业区发出警报,所有作业人员立刻按照预先确定的逃生通道逃离危房。

(4)建立逃生通道。结构垮塌警报发出后,作业人员应以最少的时间和最短的路线,撤离工作地点以逃生。因此采取措施,使灾后建筑物有尽可能长的允许逃生的时间和相应的逃生路线。大多数的钢筋混凝土结构的梁是按“延性结构”设计的,所配钢筋为“适筋截面”,破坏时受拉区钢筋首先屈服进入塑性流变伸长,随之引起裂缝急剧开展,梁的挠度急剧加大和下沉增加,给人员以明显的破坏预兆和一定的逃生时间。而少数“脆性结构”的“超筋截面”,破坏时是受压区混凝土首先压碎,破坏比较突然,没有明显的预兆。为了防止这种突然的破坏,同时也为了尽可能的延长“延性结构”的逃生时间,在重要的施工地点,采用临时支撑改造原结构的支护特性,增加其延性就显得尤为重要。逃生路线越直、越短、越宽敞,实际的逃生时间才能越短。在房屋内“九曲十八弯”的逃生路径、狭窄的逃生险道都是不可取的。挡道的丧失承重能力的墙应打掉,通道应3人以上同时畅通无阻,室内物品和建筑垃圾应清理干净,逃生平台要尽可能近。

图4 裂缝位移电子监控系统

(5)结构抗力计算错误隐患控制。灾后建筑虽然结构失稳而残缺不全,但仍存在一定抗力,只有认识残缺结构的残留抗力,加以正确的检测、评估,在足够的抗力允许下,才可以安全施工。详勘灾后建筑,首先应从最安全的结构处进入,对整个结构物进行详细勘察,手持小锤,“敲梁问柱”,仔细观察判断结构的破坏程度,记下裂缝和变形,以供结构抗力评估用。已知建筑结构的板、梁、柱的尺寸及破坏状况,以及混凝土、钢筋强度和数量,即结构的可见和隐蔽的全部状况,便可计算出残缺结构的结构抗力。当结构抗力大于拆除施工时的荷载组合时,结构处于安全可靠状态。也可采用安全抗力校核。“安全抗力”是从设计该建筑时的建筑规范、使用期载荷组合及其安全等级出发,推算出未受灾前结构稳定、安全所需的抗力,本文称“安全抗力”Sn。将灾后残缺结构的可见状况、拆除时的荷载组合及其安全等级,按结构的实际工作状态,计算出灾后施工安全所需的抗力 Sp,与其对应构件的“安全抗力”比较,并以此推算出安全系数 Kf,即 Kf=Sn/Sp。若 Sp1,则该结构是安全的,否则若 Kf<1,则构件是危险的。框架内围护用的填充墙,按墙的实际工作状态,有时可作承重墙用,并与梁、柱联合工作,由此计算 Kf值。

2.2 预处理施工环节危险源控制

拆除爆破中预处理是指在爆破前将建筑物的非承重墙、门窗、管道等预先人工拆除以减少钻孔工作量;破坏楼梯间等影响楼房倒塌的结构的强度和刚度以确保楼房可靠倒塌。在一般的拆除爆破作业中,预处理以“拆”为主,但是在危房拆除爆破中,危房结构稳定性差,为降低预拆除风险,提出“加固与拆除相结合”的预处理方式。

(1)制定预处理方案前要对危房结构现状、稳定性认真考察,找出危险点,在关键部位进行支撑加固,增强危房结构稳定性;确定需预拆除结构后,应由建筑方面专家论证方案是否可行,确保预处理后危房无坍塌危险方可实施方案。

(2)预处理前首先是要划定警戒范围,同时要派出戴有醒目标志的安全员,并要用警戒绳封闭,在警戒绳上要有红色警戒旗,夜间施工要在警戒线上配备红色警戒灯。

(3)对没有护栏的楼梯和楼梯口、电梯口等危险区域预处理要用钢管搭设稳固护栏,对临时过道也要搭设护栏,护栏上要悬挂醒目的警示标志。

(4)对预处理施工工具、安全材料要进行检查。对安全帽是否按正确方式佩戴也要作检查。

(5)预处理高度超过 2 m,必须搭设脚手架和配拴安全带、安全绳。

(6)严禁同一投影面上下多层同时预处理作业,在对框架或筒结构 2层以上墙体进行预处理时,严禁相邻柱间墙体整体倒塌,以免冲击破坏板件从而危及下面多个层面上的施工人员和机具的安全。

(7)在进行预处理时不能影响结构的整体稳定,特别是对承重墙开设弧形洞时,严格按设计人员的指定区域、范围大小进行预处理。

(8)为了保证爆破缺口的形成,对缺口内的各种管道也要作预处理,特别是下水管道的口径和重量大,在作预处理前,先在中上部用铁丝进行固定,待用大锤击碎底部后再松铁丝让其倒下,以免在处理过程中由于其倒塌方向不稳定而击伤施工人员。

(9)若拆除体的楼梯间其稳定性很好,为了保证爆破效果,要对楼梯踏步进行间隔预处理,对爆破缺口以外的各层楼梯踏步可以提前预处理,并用钢管或其它物件封闭爆破缺口顶层向上通行的楼梯口,爆破缺口内的楼梯踏步由于施工所用,在起爆前2 h由专人带队预处理,处理时要注意保护爆破网路。

2.3 爆破施工作业危险源控制

(1)防机具伤害。凿岩要配备熟练的和足够的作业人员,按作业要求进行作业;高压风管接头应牢固,及时更换破旧风管;使用质量合格的钎杆。

(2)防物体打击。作业时按规定戴好安全帽,工具、器具摆放有序,及时清理作业面的松散浮物,避免立体交叉作业。

(3)防高空坠落。首先进行排险,防止防高空坠物伤害人员。人员戴好安全帽,设置安全标志及设施。

(4)防意外坍塌。施工作业时钻孔作业、震动等都有致危房坍塌的可能。除建立监测系统、开设逃生通道之外,还应严格控制进入危房作业的人数,建立出入危房登记制度。

(5)防早爆。严格按照爆破操作规程作业,采取有效的防外界电能措施,禁止在雷雨天气条件下起爆,爆破现场禁止一切烟火,爆破前拆除施工用电系统,清除易燃易爆物品。

(6)做好安全警戒管理。配备警报器的音量要足够大,数量足够,确保处于理想工作状态。警戒人员要认真切实履行职责。

(7)防楼房倒塌失误。危房往往给人造成容易炸倒的错觉,加之作业条件困难,危房爆破比普通楼房爆破风险更大,且技术难度也更大,往往造成一次爆破炸不到“危上加危”,或倾倒方向发生偏差。因此危房爆破设计时应对楼房结构及稳定性进行认真分析论证,确定合理的爆破方案,装药设置可采用炮孔法及外部装药相结合的方法,合理选择爆破切口、爆破参数及起爆网络,确保一次性爆破成功。

(8)防爆破危害。爆破飞散物、地震波的防护同普通楼房爆破类似。因危房爆破常需采用外部装药,因此必须要有可靠的防冲击波的措施。能采用炮孔装药的部位,尽可能采用内部装药;确需采用外部装药量时,也尽可能避免裸露装药,可用沙袋、土袋或水袋覆盖,不仅可减少单个装药量,还可大大削弱空气冲击波的强度;采用微差延期起爆。