复杂环境下异型16层楼房拆除爆破

刘德禹，李本伟，胡浩川，陈 晨，周祥磊

(1.中钢集团 武汉安全环保研究院有限公司,武汉 430081;2.中铁二十三局集团(湖北)爆破有限公司，武汉 430081)

1 工程概况

1.1 周围环境

太平洋大厦位于湖北省武汉市硚口区解放大道218号，该楼房周围环境复杂，周围需要保护的建(构)筑物较多。东北方向紧临地铁站出口，距离仅为2 m；东面距离地铁宗关站D出口地下通道18.8 m；东南面距离地下电力管线13.5 m；南面距离二环线高架桥墩54.9 m；西南面距离居民小区152 m。如图1所示。

图 1 周围环境图(单位：m)Fig. 1 Surrounding environment map(unit:m)

1.2 建筑物结构

该楼房为框剪结构，南北呈L型，在中间2号梯位置发生偏转，楼房总共建筑面积约为19 160 m2。

矩形区域为框架结构，长39.7m，宽14.6 m，高40 m，共11层，爆破部位的立柱截面为500 mm×500 mm、600 mm×600 mm、500 mm×800 mm 3种规格；异型区域为框剪结构，长38 m、宽14.57 m、高55 m，共16层，爆破部位的立柱截面为500 mm×500 mm、500 mm×800 mm 2种规格，剪力墙厚度为250 mm。楼房立柱和剪力墙截面尺寸如表1所示。

表 1 楼房立柱和剪力墙截面尺寸

2 爆破总体方案设计

待拆楼房具有南北呈“L”型，两侧楼体非对称不规则的特点，若选择整体定向倾倒的爆破方案，两侧楼体相互约束，会导致倒塌方向不可控、楼房倒塌不充分的风险；若采取原地倒塌的方案，会有爆堆过高挤压地铁站出口的风险。同时考虑到待拆楼房周围仅有西南方向有倒塌空间，决定将待拆楼房分离，分别倒塌。考虑到宗关地铁站D出口距离待拆楼房过近，防止爆堆对地铁站出口造成挤压破坏，采用机械切割的方法，在中间2号梯的位置切割掉宽度约5.8 m的楼体，将楼房分离成为矩形Ⅰ区和异型Ⅱ区；考虑到异型区域倒塌触地振动过大的问题，同时限制爆堆的前冲，将异型区域的爆破切口高度提高，设置两个切口；考虑到两侧楼体分别定向倒塌，在空中会有相撞风险，爆区之间需要设定足够的延时时间来保证两侧楼体分别定向倒塌、互不影响，通过设定孔内延时时间控制楼房倒塌时间、设定孔外延时时间控制切口爆破时间。

根据上述楼房结构特点、周边环境，拟采用“孔内、孔外延时相结合，分区顺次定向倒塌”的一次爆破拆除总体方案。同时需要对楼房二层以下裙楼以及切口范围内的楼梯、剪力墙进行预处理。在楼房2号楼梯处，将楼房分离为矩形Ⅰ区和异型Ⅱ区，“Ⅰ区”切口设置在楼房底部，“Ⅰ区”先向西南方向定向倾倒；“Ⅱ区”切口设置在楼房底部和中部，“Ⅱ区”随后向西方向三层折叠爆破，如图2所示。本次工程孔内采用澳瑞凯Exel长延时导爆管雷管、孔外低段非电导爆管雷管接力延时起爆网路[1,2]。

图 2 总体爆破方案示意图(单位:m)Fig. 2 Schematic diagram of the overall blasting plan(unit:m)

3 爆破参数设计

3.1 预拆除方案

(1)机械拆除二层以下裙楼。

(2)在2号梯处，采用人工与机械结合方式将大楼整体切割，将大楼分为矩形Ⅰ区和异形Ⅱ区，切割宽度为5.8 m。如图3所示。

图 3 预拆除效果图Fig. 3 Pre-demolition picture

(3)削弱爆破切口范围内的楼梯，爆破切口位置内的电梯井、剪力墙进行“化墙为柱”处理[3]。

3.2 爆破切口设计

Ⅰ区爆破切口设置在1～3层的位置，Ⅱ区的爆破切口分别设置在1～3层、8～9层的位置。爆破切口分布如表2所示。

表 2 立柱炸高统计表

3.3 布孔形式与孔网参数

本次工程的布孔形式采取单排布孔的形式，立柱底部钢筋最为密集，药量也需适量加强，以确保立柱破坏失稳，不同立柱的单耗见表3。

表 3 孔网参数表

3.4 爆破网路

本次工程采用孔内高段非电导爆管雷管、孔外低段非电导爆管雷管接力延时起爆网路。Ⅰ区孔内使用Exel-7段雷管(1500 ms)，根据图2中右侧虚线，将Ⅰ区按起爆顺序分为A→B→C三个区域，各区域间连接雷管采用2发MS9(310 ms)，Ⅰ区切口1层～3层由下至上层间采用2发MS7(200 ms)连接；Ⅱ区孔内使用Exel-11段雷管(3400 ms)，根据图2中左侧虚线，将Ⅱ区按起爆顺序分为D1→D2→E→F1→F2→G六个区域，其中D2与E、F1与F2间连接雷管采用2发MS7(200 ms)，其余区域间连接雷管采用2发MS9(310 ms)，Ⅱ区1层～3层由下至上层间采用2发MS7(200 ms)连接，切口间采用2发MS13(650 ms)连接。“Ⅰ区”与“Ⅱ区”间隔1900 ms，孔内起爆雷管采取就近原则，不多于20发扎成一束，用2发1段导爆管雷管连接，同一区捆扎一起，再依次连入主网路，最后用激发枪起爆。起爆网路如图4所示[4,5]。

图 4 起爆效果图Fig. 4 Detonation effect picture

4 爆破安全防护措施

(1)单体防护：加强装药部位的覆盖，就地取材采用两层土工格栅和棉被进行覆盖防护[6,7]。

(2)整体防护：在切口周围挂设3层密目防晒网[8,9]。

(3)重点区域防护：增加被动防护措施，在地铁站出口与待拆大楼之间紧贴地铁站出口安全防护棚边墙搭设6 m高的双层防护排架进行围挡，排架上覆盖棉被并绑扎双层竹排架及密目安全网。

(4)触地振动防护：将砼渣沿楼房倒塌方向前铺设2条6 m高的缓冲层，并在砼渣上铺设2层防晒网[10]。

5 爆破效果

起爆后，矩形Ⅰ区先向西南方向顺利倾倒，异型Ⅱ区随后向西方向顺利倾倒，空中没有碰撞。

(1)矩形Ⅰ区向前倾约20 m；异型Ⅱ区向前倾约21 m。

(2)整个楼房触地后解体充分，爆堆破碎完全，爆堆高约为7 m。

(3)安全防护措施得当，爆破分散物最远约为12 m，未对周围建(构)筑物造成影响。触地振动最大值为0.4 cm/s,满足爆破安全规程[11]。

6 结语

(1)机械切割分区方法对于类似的异型结构楼房是十分必要的，将楼房分为两个独立的区域，确保分别定向倒塌。

(2)异型Ⅱ区两个爆破切口的合理布置，有效地控制了爆堆的发育，将触地振动控制在安全规程允许的范围内。同时通过合理的孔内延时时间设定，保证了两侧楼体倒塌过程顺利，空中没有发生相撞的危险。

(3)此次工程中采取的安全防护措施是十分有效的。一方面，通过机械方式切除地铁站前部分楼体，另一方面通过在地铁站搭建防护排架进行被动防护。两种措施的相互结合，在本次工程实践中体现了其有效性，为以后类似爆破工程防护提供了施工经验。