电子雷管在异型楼房拆除爆破中的应用

周浩仓

(1.江西国泰集团股份有限公司，南昌 330096；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 长沙 410012)

1 工程概况

待拆楼房为 “目”字型框剪结构的艾溪湖瑞丰大厦，地面以上高36.0 m，地下室高3.9 m，一层占地面积5 175.60 m2；楼房长114.0 m、宽45.4 m、高30.0 m，建筑面积46 580.4 m2。该楼房临近城市主干道路和居民小区，进出人员多，过往车辆密集，工程环境复杂，施工与爆破警戒难道大，需要严格控制爆破危害效应。东面50.0 m处是输电线路和创新一路，65.0 m处是空地，南面100.0 m处为兴中科技厂房；南面20.0 m范围内是绿化场地，120.0 m以外为待拆除的江西联思触控技术有限公司厂房；西面108.0 m处是输电线路，134.0 m为昌东大道东路；北面109.0 m处是艾溪湖北路，246.0 m处为居民小区(见图1)。

图1 待拆楼房四周环境Fig.1 Environment around the building to be demolished

待拆楼房共有各种型号的承重立柱132根，有4个电梯井，东西南北4个角分别有1个楼梯间，中间对应有2个楼梯间和电梯井。楼梯间、电梯井均为剪力墙结构，墙厚为20 cm(见图2)。

图2 楼房结构(主视)Fig.2 Building structure (front view)

2 爆破设计

根据待拆楼房的结构特点[1-9]，决定先对楼房地面部分采用拆除爆破法，再对地下室及承台采用机械拆除法。由于承台和地下室在地面拆除爆破的楼体塌落过程中部分被冲击压碎，所以再用液压锤破碎和挖机清理。当后续机械拆除无法满足要求时，采取局部松动控制爆破，以加快清理进度。

1)爆破难度及解决措施。由于待拆楼房长宽比为2.51，长高比为3.8，且楼房南北方向、东西方向及中间均有楼梯、电梯间和大量剪力墙结构，加之楼房整体为“目”字型结构，显示出“四平八稳”状态，所以稳定性极强，不易失稳和倒塌。通过模拟与计算得知：不论从楼房中间或一端起爆都不能百分之百确保整栋楼房顺利倾倒和塌落。

注：1～22表示水平方向立柱编号；A～K表示纵向立柱编号图3 楼房切口位置设计Fig.3 Building incision location design

因此，决定采用矩形、梯形、三角形相结合的爆破切口(见图3)，即在立柱A、B、C、D、E与1～5、18～22立柱交汇范围内采用矩形切口， 以形成较大爆破切口； 而在1～5立柱和18～22范围内的F立柱取炸高0.8 m，让立柱F、G、H、J和K共同形成短暂支撑铰链，使楼房在第一段起爆后能按照设计要求倾倒而不下坐，以确保楼房顺利倒塌；另外立柱G、H、J、K与1～5立柱、18～22立柱交汇范围内采用梯形切口，梯形切口的高度与矩形切口高度一致，这样就会将“目”字型两头撕裂，有利于楼房倾倒；其余部分按照划分的爆破区域采用常规三角形切口，以控制楼房倒塌速度和降低塌落振动。这样做的目的是增加楼房首次倒塌动能、倒塌速度，对未起爆部分起到拉扯作用和增加失稳，同时降低了对楼梯间、电梯井和剪力墙的预拆除工作量，保障工程按期完成。

2)预拆除和钻孔。爆破施工前，先对待拆楼房的所有门、窗、管线和空调管道等附属设施进行预拆除，以便于楼房爆破时顺利倒塌。

另外对楼房内部的电梯间、楼梯间、剪力墙等部位，利用机械和人工等方式进行必要的掏空预处理，使支撑立柱曝露，便于爆破的穿孔作业；削弱非承重结构的支撑强度，防止非承重结构对爆破倒塌产生影响。但预处理范围和位置须经过抗压承载安全校核，以保证楼房承重结构安全，并尽量减少爆破施工量，降低爆破有害效应和爆破时的扬尘，同时有利于大楼的安全倒塌。

在确保楼房承重结构不发生质变的情况下，对所有需预处理部分完成掏空作业后，组织钻孔队伍对大楼爆破切口部位的立柱、预留剪力墙进行钻孔作业，所有钻孔的参数必须严格按照设计要求进行。

进行预处理和爆破钻孔作业时，必须派出专职安全员、爆破技术人员对整栋楼进行安全与技术巡查， 禁止非爆破施工人员入内。

根据待拆楼房的特点制定安全有效的防护措施，保证施工人员、临近楼房和周边环境安全。爆破前对倒塌范围内的设施进行拆除或转移，如倒塌方向的围墙、管线和通讯设施等。清理承台部分和地下室时，应待上部爆破堆渣清理完毕或保证安全的情况下进行。

3)爆破切口及爆破参数。立柱A～E和立柱1～5、8～10、13～15、18～22交汇范围内采用矩形切口，切口长32.7 m，高16.2 m；立柱F～K和立柱1～22交汇范围内采用梯形切口，切口长12.7 m，高16.2、0.8 m；立柱A～D和立柱6～7、16～17交汇范围内采用梯形切口，切口长13.7 m，高16.2、0.8 m，爆破参数如表1所示。

表1 爆破参数

3 起爆网路

1)起爆网路设计[1,5,10]。采用楼房两端向中间爆破、前面向后面爆破的多头分区起爆法，第1层楼房起爆延时分区如图4所示，先从西头起爆，东头比西头延时1 200 ms起爆，形成西头向西南方向拉扯楼房，东头向东南方向拉扯楼房的倒塌趋势。同时楼房整体由南向北延时爆破，促使爆破过程中对楼房的扭曲、拉断和破碎作用，以增加楼房倾倒、塌落和降低爆堆高度，促使楼房在东西方向和南北方向同时受到破坏，以避免因楼房长度过大、宽度较厚和高度不高而出现瞬间稳定，从而导致楼房出现“爆而不倒”的现象。

注：长方形方块表示起爆延时分区；1～22表示水平方向立柱编号；A～K表示纵向立柱编号图4 楼房起爆延时分区Fig.4 Building detonation delay zone

电子雷管起爆网路可以实现在线编程，在线重复检测，网路完整性检测和快速准确定位故障发生点，有利于爆破作业人员对网路连接错误的及时排查和修复，确保网路正常安全起爆；其次可自由、精确设计多段延时起爆时间，满足大型爆破工程对延时时间的需要，实现对爆破危害的有效控制。同时实现定人、定点、定位起爆，有效保障施工安全和避免爆破器材流失而产生不良危害等优点。因电子雷管起爆网路避免了电雷管起爆网路和导爆管起爆网路的缺点，而且能提供比电雷管起爆网路和导爆管起爆网路更多、更精确、更安全、更准爆的起爆网路，所以本次楼房拆除爆破全部采用三码合一电子雷管起爆网路。按照设计的分区范围和楼房结构设置各分区延时时间，各分区延时时间如表2所示。属于或临近各分区范围的剪力墙及爆破炮孔，按照就近原则划入最近分区，与分区同一个时间起爆；第1层起爆网路延时时间设计与表2所示的延时时间相同，第2层及以上楼层属于切口范围内的炮孔，按照上下对应原则采用同一段延时，只是不同楼层从下往上延时时间增加100 ms，以增加楼房空中解体破碎和缩小倒塌范围。

表2 各分区延时时间

2)网路连接方法。选择合格的电子雷管依次注册和编号，按照爆破网路设计进行各楼层、各炮孔雷管布设，连接起爆网路应由上部楼层向一楼推进，连接好网路的楼层严禁非爆破检查人员进入，在整栋楼内起爆网路连接好并检查无误后，且在起爆工作准备就绪后，才可向起爆站连接主网路。应注意保护好起爆网路和做好网路防水，以防止网路受到损害，确保起爆网路安全准爆。

由起爆网路设计者和有经验的爆破员进行起爆主网路敷设连接，实行2人连接1人监督检查，爆破现场技术负责人应加强敷设起爆网路的现场指导、监督、检查。

电子雷管爆破网路应使用同厂、同芯片和同批次的雷管，所用电子雷管的各项参数应符合国家或行业标准的有关要求，并与产品说明书内容一致；使用符合要求的连接线，且不得有脱皮现象，所使用的连接导线应满足电子雷管的准爆要求。

网路接头采用电工接线法，做好接头处的绝缘和防水。网路不得布设在潮湿有水的地方，以防止接头和卡扣接触到水或浸泡在水中。不允许在炮孔、药包和防护体内出现接头。

将每个子网路接入主网路并检查无漏接子网路后，使用信安控制盒检测仪检测电流、引爆电流及雷管编码、延时时间值、子网路和主网路等，检测结果均应符合设计方案要求。若发现有误差或超出允许范围，必须立即查明原因并予以处理，否则不允许进入起爆流程。

3)起爆注意事项。起爆应使用与其芯片相配套的专用起爆器，每台起爆器按照其允许起爆数量的80%核定，起爆网路的总线长不应超过电子雷管起爆系统允许规定的最远通信距离，单个起爆器所起爆的电子雷管数量或起爆线长度超过其能力时，应采用多个起爆器串联进行起爆。

4 安全校核

1)个别飞散物。个别飞散物距离计算[2]：

(1)

式中：Rf为未进行防护条件下拆除爆破飞散物的飞散距离，m；v为飞散物初始速度，取10～30 m/s；g 为重力加速度，m/s2,取9.8。

经计算，R=202÷(2×9.8)=20.4 m，而爆破后现场实测，最远个别飞散物距离爆堆前沿为12.56 m。因此，通过安全防护后，可将飞散物危害控制在允许的安全范围之内。

2)爆破振动。爆破振动速度计算[3]：

(2)

式中：Q为药量，kg；R为爆破楼房至监控点的距离，m；取K=32.1，α=1.58。

《爆破安全规程》规定[4]：一般民用建筑物安全允许爆破振动速度2.0 cm/s，工业和商业建筑物安全允许爆破振动速度为3.5 cm/s。本次楼房爆破最大段药量约100 kg，据此计算的各被保护物的爆破振动速度如表3所示。

表3 保护对象的安全振速

从表3计算结果和实际测振结果可以看出，爆破对周边建(构)筑物引起的振动处于可控的安全范围之内。

3)塌落振动。楼房塌落对地面会形成较大冲击与振动，因此把待拆楼房划分成若干个爆破单元，使各单元逐个依次延时爆破，失稳、塌落触地，从而降低楼房爆破总体塌落振动。

塌落振动速度计算公式[3]：

(3)

式中：vt为楼房塌落振动速度，cm/s；Kt取3.37；σ取10 MPa；β取-1.66；R为观测点至楼房塌落点的距离，m；m为楼房质量，t；h为楼房高度，m。

待拆楼房每层平均面积约3 200 m2，去除底层，楼房共分为15跨依次延时落地，最重一跨质量约522 t，重心高度约16 m。距塌落中心最近的保护物为东面50 m处输电线路，经计算爆破在该处引起的塌落振动值为0.75 cm/s，最终实测该距离的输电线路振动速度值为0.29 cm/s。计算值和实测值均小于标准允许振动值2.0 cm/s，故楼房塌落振动不影响周围的被保护物，是符合安全要求的。

根据以往类似工程经验，采用划分单元分区进行楼房爆破，以使楼房在空中产生扭曲、破碎、碰撞、拉扯，从而提高楼房解体效果。最终有效降低了塌落范围、触地质量和触地速度，减小了爆破振动与塌落振动引起的各种危害，保障了周边建(构)筑物安全。

5 爆破效果

起爆1.3 s后楼房西南角按照设计依次下坐、倾斜、塌落和倒塌，2.5 s后楼房东南角也开始依次下坐、倾斜、塌落和倒塌，塌落过程犹如“大鹏展翅”，从两端不断向中间延伸、同时由南向北扩散。5 s后西、东两边的倒塌汇聚于楼房中间门洞的东侧位置，在此处形成碰撞、扭曲、折断，并有短暂停留、稳定现象的出现，随之门洞西侧剪短后快速倒塌，随着西侧全部倒塌，东侧也扭曲、变形、断裂和快速下落坍塌，8 s后楼房全部倒塌结束，整个倒塌过程缓慢、连续且收敛，爆破塌落过程如图5所示。

图5 爆破塌落过程Fig.5 Blasting collapse process

爆堆呈南低北高、西低东高和中间低洼的形态，最高处3.5 m，爆堆最大长度125 m，宽53 m。楼房中间横梁、立柱及楼板塌落后逐层叠起、破碎、断裂、紧密堆积在一起，钢筋裸露，混凝土脱离。楼房西端、北端和东端柱子向内倒塌折叠，实现了楼房“缓慢下落、逐层重叠、分区破碎、扬尘扩散快”的设计目标，同时从本次爆破楼房塌落范围与以往楼房塌落范围比较可以看出：实现了楼房在倒塌过程中向东西方向和南北方向拉扯的目的，有效地实现楼房顺利倒塌和降低爆堆的目的，爆破效果如图6所示。

图6 爆破效果Fig.6 Blasting effect

6 结语

电子雷管除具有更加可靠的安全性外，在城市拆除爆破中还可以满足对起爆方式和延时时间的不同设置。对于异型楼房或较大规模楼房的拆除爆破，采用电子雷管起爆网路，能够安全、可靠、有效地优化各爆破单元之间的延时时间与倒塌顺序，并将延时精度控制在±1%以内的一次起爆药量振动水平，实现降低塌落振动和增加楼房解体之目的。

电子雷管起爆网路检测简单、便捷，联网效率高，最大限度地降低了爆破施工人员的劳动强度和爆破施工时间，降低了拆除爆破总体安全管理风险。

电子雷管可组成逐跨、逐排、逐区和分单元的多层次起爆网路，能可靠保障起爆系统的安全准爆和全面改变起爆系统的设计思路。

对于大型异形结构楼房拆除爆破，要根据其结构和特点，在确保楼房整体稳定的情况下做好预拆除工作尤为重要。它不仅可以减少爆破工作量，而且可以促进楼房爆破塌落过程中不出现短暂稳定、瞬间支撑或局部平衡的现象，确保楼房从爆破开始就持续不断的产生失稳、倒塌及整体塌落，同时选择合适的爆破切口、一次起爆长度、多点起爆和合理延时等综合爆破手段，以确保爆破目的实现。