复杂环境下框剪高楼拆除爆破技术研究

2021-09-06张耀良梁晓国单宝来夏云鹏

工程爆破 2021年4期

关键词：飞石楼房装药

张耀良,梁晓国,单宝来,武哲,夏云鹏

(1.江苏长江爆破工程有限公司，江苏镇江 212000；2.湖南省长沙市公安局，长沙 410000)

1 工程概况

1.1 周边环境

待爆楼房位于长沙市开福区，东侧(倒塌方向)56 m处为基坑支护和悬臂剪力墙；西侧8 m处为长沙市的主要交通干道芙蓉中路；南侧33 m处是地下停车场的出入口，72 m处为富兴金融大楼；北侧70 m处为好来登酒店(见图1)。

图1 待爆大楼周边环境Fig.1 Environmental of the building to be blasted

待爆大楼附近地上地下管网错综复杂，主要集中位于待爆楼房西侧人行横道以及辅道处，共有电力、燃气、自来水、路灯供电线路、通信、军用光缆、城通管线等10种不同类型的管线及重要设备，距离弱电线路(最近)为1.5 m(见图2)。

图2 待爆大楼周边管线Fig.2 Pipeline around the building to be blasted

1.2 楼房结构

楼房属于钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地面以上18层，地面以下1层，地面以上建筑高73 m，主楼长48.85 m，宽17.075 m，高73 m，裙楼宽4.4 m，高8.6 m，大楼总面积13 707.9 m2。大楼东西向4排钢筋混凝土承重立柱自东向西分别编号为A、B、C、D轴，大楼外墙、电梯井及楼梯间均为剪力墙支撑。主楼中每层承重立柱尺寸分为3种：1 000 mm×1 000 mm、600 mm×600 mm和800 mm×800 mm，剪力墙厚度均为25 cm；墙柱钢筋最大直径为φ28 mm(见图3)。

图3 待爆大楼结构Fig.3 Structure of the building to be blasted

待爆大楼有2个电梯井，2个人行楼梯，分别在大楼的东半部的A、B轴之间。其中南侧的电梯井只到10楼。大楼地下室层高4 m，1层层高4.5 m，2层层高3.6 m，3～8层层高4.0 m，9～14层层高3.6 m，15层层高6 m，16层层高5.7 m，17层层高3 m，18层层高5.8 m(见图3b)。

楼内10层以上的剪力墙主要分布在楼的东半部，西半部10～15层的C、D轴间为漏空(见图3)；西侧中部9～15层外墙为大面积玻璃幕墙，幕墙支撑为钢结构。

2 施工难点分析

1)倒塌场地受限。待爆大楼高73 m，其四周只有向东56 m的空场地，其他方向均无倒塌场地。

2)环境十分复杂。待爆大楼东侧的基坑支护及悬臂剪力墙不能承受较大的侧向和正向冲击荷载；西侧的芙蓉中路车流量大；南侧富兴大厦有大面积玻璃幕墙以及地下停车场的出入口和地下通道幕墙顶棚；北侧好来登酒店，除入住客人外，还有一月嫂会所，必须严格控制爆破飞石和爆破振动。

3)管线特别丰富。在待爆大楼的西侧有电力、燃气、自来水、通信、军用光缆等10条管线通过，距离大楼最近的管线仅有1.5 m，其中电力电缆为芙蓉中路沿线主要供电线路，因此待爆大楼的后坐不得损坏任何管线。

4)结构比较异样。楼内10～15层西半部楼板漏空，剪力墙集中于东半部，所以整个大楼“偏重”东侧，且剪力墙的厚度较厚，东侧相当坚固。

5)预处理工作量大。楼房向东单向折叠倒塌的剪力墙、电梯井均分布在东侧的切口内，必须提前预处理，且上部切口机械无法展开，只能人工处理，其预处理工作量较大。

6)高空防护较难。上部切口开设在10～12层，且周边有大面积玻璃幕墙，切口部位的遮挡防护工作量及防护难度都比较大，还要做好防风、防雨的措施。

7)警戒清场任务重。由于待爆大楼周边有密集的商铺、酒店、写字楼和居民小区，并有交通流量较大的城市干道，还有建筑工地施工现场，清场、警戒任务较重。

3 方案设计

3.1 单向折叠爆破技术

如采用底部单切口定向爆破的方式，73 m高的楼房按2/3倒塌长度计算近50 m，而从楼边到基坑边缘只有56 m，楼内剪力墙不会在倒塌过程中解体，整体压向基坑边缘会对基坑支护产生振动和冲击。为确保基坑安全，故采用双切口向东单向折叠的爆破技术，即在10～12层及底部1～3层分别开设切口(见图4)。

图4 单向折叠Fig.4 Unidirectional successive folding

3.2 预处理

1)电梯井、楼梯间。2个电梯井及2个楼梯间正好位于倒塌方向一侧，如处理不利索，在倒塌过程中将会形成新的支撑“剪力筒”，出现楼房炸而不倒的现象。因此，必须对切口范围内的电梯井和楼梯踏步进行彻底处理。为确保折叠倒塌的可靠性，对下部切口的电梯井处理至1～4层，上部切口的电梯井处理10～12层，人行楼梯每跑横向打断2个踏步(见图5)。

图5 预处理Fig.5 Pretreatment

2)剪力墙。剪力墙的存在，尤其是与倒塌方向一致的剪力墙，将阻碍切口的闭合，影响楼房爆破后的倒塌和解体，剪力墙的预处理如图6所示。

图6 剪力墙预处理Fig.6 Shear wall pretreatment

3)楼内管线。楼内有多道铸铁或钢制的上下水管以及消防水管，必须切断切口范围内的所有管线，否则它将影响楼房的倒塌。

4)外立面玻璃幕墙。外立面玻璃如不处理，在楼房倒塌过程中，会被“抖”在楼内的“压缩气体”冲击飞出，对周边造成幕墙的损伤。因此必须在爆破前将“密闭”的玻璃幕墙敲碎，让爆后楼内的气体自由释放出来。

5)南侧路灯杆和树木。在倒塌方向的反方向(西侧)的11 m处有5棵树和3个路灯杆，爆后楼房的后座会造成树木和路灯杆的损坏，在爆前将其移走。

3.3 防护措施

1)爆破部位的多次覆盖防护。在需要装药的立柱和预处理后余留下的剪力墙外侧用5层高强度安全网、1层塑料骨骼网和1层地毯外包门板的组合覆盖防护，组成“第1道防线”，防止个别飞石的溢散(见图7)。

图7 覆盖防护Fig.7 Covered protection

2)切口外侧的近体防护。在切口部位的外侧外挂2层抗拉密目遮阳网全切口近体覆盖，在网的外侧再用铁丝拉紧，与楼房“捆为一体”，形成“第2道防线”。个别飞石即使突破“第1道防线”后，触碰“第2道防线”后，被“柔性反弹”而“跌落”。

3)周边排架的遮挡防护。在距待爆大楼的两侧10 m，倒塌方向53 m处搭设悬挂双层安全网的双排高位遮挡防护排架，组成“第3道防线”，防止突破“第2道防线”的个别飞石和着地飞溅对周边幕墙的损坏(见图8)。

图8 待爆大楼防护Fig.8 Protection of the building to be blasted

4)对重要目标的主动防护。在距离待爆大楼南侧33 m处，有富兴广场地下车库的出入口，其上部有平面覆盖着大面积玻璃幕墙，而上部切口位于36 m的高处，爆后个别飞石的抛射极易损坏此处的幕墙。因此，在此玻璃顶盖的西、北及顶部采用全覆盖离空悬挂安全网，主动防护预防个别飞石的“直击”(见图9)。对东北角上的56 m处的配电柜，采用四周及顶部全覆盖的脚手架与安全网，确保配电柜的安全(见图10)。

图9 地下车库防护Fig.9 Underground garage protection

图10 配电箱防护Fig.10 Distribution box protection

5)开挖减振沟。在倒塌方向与在建大楼基坑悬臂剪力墙之间开挖一条宽2 m，深度大于基坑底的减振沟，防止爆破振动和塌落振动对基坑的影响。

6)堆筑防冲堤。为防止待爆大楼倒塌着地时，顶部水箱、楼顶活动顶盖的“冲、滚”，在待爆大楼东侧的52 m处堆筑了一道高2.5 m，底宽3.5 m，顶宽2 m的防冲堤，确保基坑内悬臂剪力墙不受损坏(见图11)。

图11 防冲堤Fig.11 Fending groin

7)设置减振“墙”。在倒塌方向一侧距待爆大楼30 m处，设置1道由2道3层轮胎叠加并铁丝相互固定的减振墙，以减小楼房着地时的塌落振动(见图12)。

图12 轮胎减振墙Fig.12 Tire damping wall

8)在管线部位铺设钢板。在待爆大楼西侧的10 道管线上铺设厚2 cm的钢板，以防止后坐冲击管线，确保管线的安全(见图13)。

图13 待爆大楼管线防护Fig.13 Pipeline protection of the building to be blasted

为防止爆后二次事故的发生，爆前30 min关闭大楼西侧的水、电、气等易燃易爆的管线，并组织水、电、气、通信、医疗、消防等多行业的应急抢险分队，在距爆区不远的指定地点待命。一旦发生意外情况可立即前去抢险，把可能发生的风险降至最低。爆后15 min检查确认安全后再进行通气、通电、通水。

3.4 合理精确的技术设计

1)精确计算爆破参数。本次爆破的参数是根据楼房的结构和现场条件结合以往的经验而确定的，具体参数如表1所示。

表1 爆破参数

2)爆前试炮调整参数。在正式装药前要选取不同类型的立柱、剪力墙进行爆前试炮，摸清其砼强度、内部配筋，判别装药是否合理，防护是否有效，试炮时应按正常设计时1∶1的装药和防护进行，爆后根据效果调整参数。

3)合理选择延时时间。网路能否可靠起爆，是解决必须“响”的第一要素，而段间及切口间的时差是决定楼房倒的是否彻底，是否会产生前冲、后坐的关键。此次爆破，我们采用段间半秒，切口间1.5 s的延时时间。起爆延时时间如表2所示，起爆网路如图14所示。

表2 起爆延时时间

图14 起爆网路Fig.14 Detonation network

3.5 严密组织施工

装药前要根据设计将每柱、每墙、每孔的装药情况绘制成每层的装药图，装药前对所有施工人员进行技术交底，进行分药、装药、填塞、网路连接的明确分工，并讲清各环节的技术要点，便于施工人员明白地按图施工。

按装药图由上至下、由前至后、由右向左，每层、每段、每柱进行分割装药，一柱二人领药领雷管，签字确认，确保分装药准确，填塞严密。

对每孔、每柱、每段、每层的药量和雷管段别实行分药组、装填组、连接网络组三级复核，确认无误后方可连接起爆网络。

在待爆四周需要防护的重点目标附近布置了24个检测点，并且专业检测公司、监理和爆破公司三方同时布置不同点进行检测，对于周边的“危房”等可能会引起争议的建筑(设施)，爆前请专业的第三方鉴定和取证，避免爆后纠纷。

3.6 爆破安全计算

1)爆破振动校核

(1)

式中：v为爆破允许质点振动速度，cm/s；Q为单段最大起爆药量，kg；R为保护对象至爆破点的距离，m；k、α分别为与爆区地形、地质条件有关的系数和衰减指数；k′为修正系数，k′=0.25。

对最近的地下停车场入口(距待爆大楼33 m)，通过计算得出炸药爆炸产生的爆破振动速度为0.35 cm/s，根据爆破安全规程(GB 6722-2014)，爆破振动速度不会对爆区建筑物及设施造成影响

2)触地振动校核

(2)

式中：vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s；R为观测点至冲击地面中心的距离，m；m为下落构件的质量，t；H为构件的高度，m；σ、g、kt、β分别为地面介质的破坏强度、重力加速度、触地振动速度衰减系数、触地振动速度衰减指数，可按经验取σ=10 MPa，g=9.8 m/s2，kt=3.37～4.09，β=1.66～1.80。

经计算，在采取减振沟、缓冲墙等措施，衰减系数kt仅为原状地面的1/4～1/3，因此计算的触地振动速度为1.81 cm/s，在允许范围内。

3)飞石距离校核

Rmax=KtqD

(3)

式中：Kt为与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，结构物爆破一般取Kt=1.0～1.5；q为炸药单耗,kg/m3；D为药孔直径，mm。

经计算，Rmax为101 m,此计算是在无任何防护措施下所达到的飞石距离，爆破时采取一系列的防护措施，完全可以将飞石控制在安全范围内。

4 结果与讨论

4.1 爆破解体情况

2019年12月23日1时18分待爆大楼起爆，4.5 s完成，大楼定向折叠在预先设计的范围，解体比较彻底。经爆后现场测量,密集坍塌长度45 m，楼顶个别构件抛至最远处50 m，密集坍塌宽度54.9 m，个别至59 m，爆堆最高12 m，后坐8 m，西侧有3棵树和2根路灯电线杆被挤倒(预先需拆的)。

图15 爆破过程Fig.15 Blasting process

大楼按预定方向倒塌，说明了①折叠效果明显，对东侧基坑丝毫没影响；②多向闭合复式网路设计可行，起爆可靠；③防冲堤坚固，阻挡了楼顶水箱等构件的冲出，反冲效果明显；④虽然后坐明显，但在预计之中。

4.2 爆后周边情况

待爆大楼折叠着地后，产生的强有力的“气浪”将东、北两侧防护架吹倒，南侧临近楼房触地中心处排架上悬挂的防护网部分被吹落，但周边幕墙和门窗无损坏。说明3道防护强有力地阻挡了个别飞石的产生；尽管“气浪”冲倒了排架，但排架上悬挂的安全网有效阻挡了个别飞石和“气浪”中夹带的保温材料及二次飞溅，减少了对周边环境的损坏和污染，防护效果明显。

4.3 单向折叠效果结果

从现场和视频中可以看到，起爆后，折叠“点头”的效果非常明显，大大缩短了倒塌距离，有效防止了前冲。但是现场折叠效果表明上下切口的时差略长了一点，在上部结构形成了明显的“点头”下落的趋势后，下部切口才起爆。这样下部切口起爆后形成的向东推力已“推不动”上部结构，上部结构着地时，反而阻碍了下部结构“向前运动”，因此只能向后“挤”，导致后坐加大。

上下切口的延时时间在1 s左右，但这要看切口范围内剪力墙、电梯井等影响切口闭合的“障碍”处理得是否彻底。如处理彻底，则切口闭合速度加快，上下切口的延时时间就要短些；如处理不是太彻底，上下切口的闭合速度就会慢些，延时时间就要略长一些。