危房爆破拆除的危險(xiǎn)源辨識(shí)與控制

張傳真,周明安,周曉光,李是良

(1.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410072;2.中南林業(yè)科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410001)

危房爆破拆除的危險(xiǎn)源辨識(shí)與控制

張傳真1,周明安1,周曉光2,李是良1

(1.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410072;2.中南林業(yè)科技大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410001)

采用事故樹分析法,對(duì)危房爆破拆除施工中作業(yè)人員傷亡、起爆時(shí)危房未按設(shè)計(jì)方案倒塌、爆破效應(yīng)危害 3方面的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)。應(yīng)用分析結(jié)果,對(duì)控制危房不穩(wěn)定性導(dǎo)致的危險(xiǎn)源,預(yù)處理施工環(huán)節(jié)危險(xiǎn)源控制,爆破施工作業(yè)危險(xiǎn)源控制提出了相應(yīng)的措施,對(duì)危房爆破拆除中保證施工安全有實(shí)際意義。

危險(xiǎn)樓房;爆破拆除;事故樹分析;危險(xiǎn)源控制

0 引 言

火災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害及建筑質(zhì)量問(wèn)題,會(huì)造成危房。2008年 5月 12日汶川特大地震災(zāi)害造成了巨大破壞,舉國(guó)震驚,世人關(guān)注。震后留下大批受損但未倒的樓房,這些樓房結(jié)構(gòu)已受到嚴(yán)重破壞,失去使用功能,有的危及搶險(xiǎn)救援人員的安全。在拆除危房過(guò)程中爆破拆除技術(shù)因其安全高效的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

然而,爆破拆除危房與常規(guī)爆破作業(yè)不同,是一種更高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)。危房隨時(shí)可能喪失穩(wěn)定性和承載能力而發(fā)生坍塌。建立危房爆破拆除危險(xiǎn)源辨識(shí)體系,控制危房爆破拆除施工中的危險(xiǎn)源,對(duì)于爆破施工的安全實(shí)施具有重要意義。

1 危險(xiǎn)有害因素的識(shí)別與分析

安全系統(tǒng)工程是事故預(yù)測(cè)、防護(hù)和安全管理的一門學(xué)科,它能分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和控制系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素,進(jìn)而控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到系統(tǒng)的最佳安全狀態(tài)。常用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法有安全檢查表、危險(xiǎn)指數(shù)法、預(yù)先危險(xiǎn)性分析、故障類型及影響分析、事件樹分析、事故樹分析、概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。對(duì)于不同的評(píng)價(jià)單元可以選擇不同的評(píng)價(jià)方法,對(duì)于評(píng)價(jià)方法的選擇以不漏掉任何一個(gè)被識(shí)別出來(lái)的危險(xiǎn)源 (危險(xiǎn)和有害因素)為目標(biāo)。

事故樹分析法是系統(tǒng)安全分析中最重要的定量分析方法之一。該方法由美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的H.A.Watson(維森)提出,最先用于民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的可靠性分析,之后被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。現(xiàn)用事故樹分析法,以“危房爆破拆除施工事故”作為頂上事件,進(jìn)行演繹分析。

頂上事件發(fā)生有 3種原因事件:一是施工過(guò)程中作業(yè)人員傷亡;二是起爆時(shí)危房未按設(shè)計(jì)方案倒塌;三是爆破效應(yīng)危害。分析基本事件,畫出事故樹 ,如圖1、圖2、圖3所示。

割集指事故樹中某些基本事件的集合,當(dāng)這些事件均發(fā)生時(shí),頂上事件必然發(fā)生。如果某一割集中任意去掉一個(gè)基本事件時(shí),該集合就不是割集了,稱其為最小割集。對(duì)事故樹進(jìn)行定性演算,找出導(dǎo)致頂上事件的基本原因事件的組合,通過(guò)求最小割集分析事故樹邏輯關(guān)系。只需采取措施盡可能使最小割集中的某一個(gè)事件不發(fā)生就可以避免頂上事件的發(fā)生。找出最小割集,從而有針對(duì)性地采取有效措施,防止頂上事件的發(fā)生。用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求出最小割集為: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個(gè),其中主要因危房結(jié)構(gòu)破損、穩(wěn)定性差所導(dǎo)致的共有 16個(gè):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}。由這些因素導(dǎo)致的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度總數(shù)較大,所以危房拆除爆破中對(duì)危房結(jié)構(gòu)破損、穩(wěn)定性差所導(dǎo)致危險(xiǎn)源的控制非常重要。

圖1 危房爆破拆除事故分析樹

圖2 危房爆破未按設(shè)計(jì)方案倒塌事故分析樹

圖3 危房爆破拆除爆破效應(yīng)危害事故分析樹

2 危險(xiǎn)源的控制

以事故樹分析結(jié)果為依據(jù),以控制危房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所致危險(xiǎn)為重點(diǎn),提出危房拆除爆破中危險(xiǎn)源的控制措施。

2.1 危房不穩(wěn)定性控制

(1)恰當(dāng)選擇施工時(shí)機(jī)。危房的拆除爆破應(yīng)在危房的危險(xiǎn)狀態(tài)停止發(fā)展或者惡化速度明顯放緩的情況下進(jìn)行。

(2)結(jié)構(gòu)加固。災(zāi)后建筑的殘缺結(jié)構(gòu)多數(shù)處于“準(zhǔn)條件極限狀態(tài)”,結(jié)構(gòu)載荷稍小于其抗力,極易失去穩(wěn)定,而導(dǎo)致拆除施工作業(yè)中垮塌。在此狀態(tài)下,如果在關(guān)鍵地點(diǎn)適當(dāng)支撐,少許加固,調(diào)節(jié)平衡,可以起到“四兩撥千斤”的效果。

(3)建立集中監(jiān)控分點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)。雖然計(jì)算出殘缺結(jié)構(gòu)的殘留抗力,但是由于災(zāi)后建筑的復(fù)雜性和多變性,不可能在搶險(xiǎn)的短時(shí)間內(nèi),把殘缺結(jié)構(gòu)的抗力弄的很清楚,因此,為了保證拆除作業(yè)中施工人員的安全,必須建立即時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)必須集中,以便于收集信息,對(duì)比分析,盡快地弄清楚殘留抗力和允許位移、變形值。由于結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)總是從局部開始,逐漸波及到整體的,反映這種規(guī)律的報(bào)警,應(yīng)采取分點(diǎn)和集中相結(jié)合的方式。出現(xiàn)異常變化及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員,使他能在有限的時(shí)間內(nèi)逃離危險(xiǎn)區(qū)?？山煞N監(jiān)控系統(tǒng)。裂縫位移電子監(jiān)控系統(tǒng),如圖4所示。重點(diǎn)監(jiān)控危房受損的承重柱、梁、墻壁,在裂縫的兩側(cè)安裝位移傳感器測(cè)移動(dòng)值。如對(duì)梁,按幾何相似原理,換算成懸臂梁的懸端下沉值或簡(jiǎn)支梁及連續(xù)梁的跨中下沉值。當(dāng)下沉值超過(guò)允許時(shí),立即對(duì)該測(cè)點(diǎn)和危險(xiǎn)波及的其他點(diǎn)測(cè)量。要選準(zhǔn)最可能出現(xiàn)破壞的構(gòu)件作為監(jiān)測(cè)對(duì)象,如果器材充足可以多選擇幾處構(gòu)件設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),以保證監(jiān)測(cè)全面、準(zhǔn)確;要正確安裝測(cè)試裂縫變化的位移傳感器,位移計(jì)及線路安裝必須牢固,不許拉動(dòng)。位移傳感器必須跨越裂縫安裝,兩端分別固定在裂縫的兩側(cè),且位移傳感器的安裝方向要與裂縫開合方向一致;位移傳感器要進(jìn)行初始標(biāo)定,并要設(shè)置初始位移,注意位移傳感器要免受外力干擾以免產(chǎn)生大的誤差。為了把安全信息及時(shí)的反饋給現(xiàn)場(chǎng)施工人員,還須安裝報(bào)警器。在電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立之前,或存在非結(jié)構(gòu)垮塌引起的危險(xiǎn)因素需要安全監(jiān)測(cè)時(shí),應(yīng)實(shí)施人工監(jiān)測(cè)。由于結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)總是從局部開始,逐漸波及到整體的,結(jié)構(gòu)局部損傷、變形、擴(kuò)大性裂縫或?qū)嵨锉砻鎰兟?或者產(chǎn)生異常音響、振動(dòng)、搖晃、顫抖等現(xiàn)象,這些都是顯示事故即將發(fā)生的先兆和信號(hào)。作業(yè)過(guò)程中,各作業(yè)區(qū)負(fù)責(zé)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的人員使用對(duì)講機(jī)時(shí)刻保持聯(lián)系,若樓房構(gòu)件穩(wěn)定性出現(xiàn)異常變化,要立刻反饋給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員,同時(shí)向其他各作業(yè)區(qū)發(fā)出警報(bào),所有作業(yè)人員立刻按照預(yù)先確定的逃生通道逃離危房。

(4)建立逃生通道。結(jié)構(gòu)垮塌警報(bào)發(fā)出后,作業(yè)人員應(yīng)以最少的時(shí)間和最短的路線,撤離工作地點(diǎn)以逃生。因此采取措施,使災(zāi)后建筑物有盡可能長(zhǎng)的允許逃生的時(shí)間和相應(yīng)的逃生路線。大多數(shù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁是按“延性結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)的,所配鋼筋為“適筋截面”,破壞時(shí)受拉區(qū)鋼筋首先屈服進(jìn)入塑性流變伸長(zhǎng),隨之引起裂縫急劇開展,梁的撓度急劇加大和下沉增加,給人員以明顯的破壞預(yù)兆和一定的逃生時(shí)間。而少數(shù)“脆性結(jié)構(gòu)”的“超筋截面”,破壞時(shí)是受壓區(qū)混凝土首先壓碎,破壞比較突然,沒有明顯的預(yù)兆。為了防止這種突然的破壞,同時(shí)也為了盡可能的延長(zhǎng)“延性結(jié)構(gòu)”的逃生時(shí)間,在重要的施工地點(diǎn),采用臨時(shí)支撐改造原結(jié)構(gòu)的支護(hù)特性,增加其延性就顯得尤為重要。逃生路線越直、越短、越寬敞,實(shí)際的逃生時(shí)間才能越短。在房屋內(nèi)“九曲十八彎”的逃生路徑、狹窄的逃生險(xiǎn)道都是不可取的。擋道的喪失承重能力的墻應(yīng)打掉,通道應(yīng)3人以上同時(shí)暢通無(wú)阻,室內(nèi)物品和建筑垃圾應(yīng)清理干凈,逃生平臺(tái)要盡可能近。

圖4 裂縫位移電子監(jiān)控系統(tǒng)

(5)結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算錯(cuò)誤隱患控制。災(zāi)后建筑雖然結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而殘缺不全,但仍存在一定抗力,只有認(rèn)識(shí)殘缺結(jié)構(gòu)的殘留抗力,加以正確的檢測(cè)、評(píng)估,在足夠的抗力允許下,才可以安全施工。詳勘災(zāi)后建筑,首先應(yīng)從最安全的結(jié)構(gòu)處進(jìn)入,對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行詳細(xì)勘察,手持小錘,“敲梁?jiǎn)栔?仔細(xì)觀察判斷結(jié)構(gòu)的破壞程度,記下裂縫和變形,以供結(jié)構(gòu)抗力評(píng)估用。已知建筑結(jié)構(gòu)的板、梁、柱的尺寸及破壞狀況,以及混凝土、鋼筋強(qiáng)度和數(shù)量,即結(jié)構(gòu)的可見和隱蔽的全部狀況,便可計(jì)算出殘缺結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)抗力。當(dāng)結(jié)構(gòu)抗力大于拆除施工時(shí)的荷載組合時(shí),結(jié)構(gòu)處于安全可靠狀態(tài)。也可采用安全抗力校核?！鞍踩沽Α笔菑脑O(shè)計(jì)該建筑時(shí)的建筑規(guī)范、使用期載荷組合及其安全等級(jí)出發(fā),推算出未受災(zāi)前結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全所需的抗力,本文稱“安全抗力”Sn。將災(zāi)后殘缺結(jié)構(gòu)的可見狀況、拆除時(shí)的荷載組合及其安全等級(jí),按結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài),計(jì)算出災(zāi)后施工安全所需的抗力 Sp,與其對(duì)應(yīng)構(gòu)件的“安全抗力”比較,并以此推算出安全系數(shù) Kf,即 Kf=Sn/Sp。若 Sp1,則該結(jié)構(gòu)是安全的,否則若 Kf<1,則構(gòu)件是危險(xiǎn)的。框架內(nèi)圍護(hù)用的填充墻,按墻的實(shí)際工作狀態(tài),有時(shí)可作承重墻用,并與梁、柱聯(lián)合工作,由此計(jì)算 Kf值。

2.2 預(yù)處理施工環(huán)節(jié)危險(xiǎn)源控制

拆除爆破中預(yù)處理是指在爆破前將建筑物的非承重墻、門窗、管道等預(yù)先人工拆除以減少鉆孔工作量;破壞樓梯間等影響樓房倒塌的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度以確保樓房可靠倒塌。在一般的拆除爆破作業(yè)中,預(yù)處理以“拆”為主,但是在危房拆除爆破中,危房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,為降低預(yù)拆除風(fēng)險(xiǎn),提出“加固與拆除相結(jié)合”的預(yù)處理方式。

(1)制定預(yù)處理方案前要對(duì)危房結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、穩(wěn)定性認(rèn)真考察,找出危險(xiǎn)點(diǎn),在關(guān)鍵部位進(jìn)行支撐加固,增強(qiáng)危房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;確定需預(yù)拆除結(jié)構(gòu)后,應(yīng)由建筑方面專家論證方案是否可行,確保預(yù)處理后危房無(wú)坍塌危險(xiǎn)方可實(shí)施方案。

(2)預(yù)處理前首先是要?jiǎng)澏ň浞秶?同時(shí)要派出戴有醒目標(biāo)志的安全員,并要用警戒繩封閉,在警戒繩上要有紅色警戒旗,夜間施工要在警戒線上配備紅色警戒燈。

(3)對(duì)沒有護(hù)欄的樓梯和樓梯口、電梯口等危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)處理要用鋼管搭設(shè)穩(wěn)固護(hù)欄,對(duì)臨時(shí)過(guò)道也要搭設(shè)護(hù)欄,護(hù)欄上要懸掛醒目的警示標(biāo)志。

(4)對(duì)預(yù)處理施工工具、安全材料要進(jìn)行檢查。對(duì)安全帽是否按正確方式佩戴也要作檢查。

(5)預(yù)處理高度超過(guò) 2 m,必須搭設(shè)腳手架和配拴安全帶、安全繩。

(6)嚴(yán)禁同一投影面上下多層同時(shí)預(yù)處理作業(yè),在對(duì)框架或筒結(jié)構(gòu) 2層以上墻體進(jìn)行預(yù)處理時(shí),嚴(yán)禁相鄰柱間墻體整體倒塌,以免沖擊破壞板件從而危及下面多個(gè)層面上的施工人員和機(jī)具的安全。

(7)在進(jìn)行預(yù)處理時(shí)不能影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,特別是對(duì)承重墻開設(shè)弧形洞時(shí),嚴(yán)格按設(shè)計(jì)人員的指定區(qū)域、范圍大小進(jìn)行預(yù)處理。

(8)為了保證爆破缺口的形成,對(duì)缺口內(nèi)的各種管道也要作預(yù)處理,特別是下水管道的口徑和重量大,在作預(yù)處理前,先在中上部用鐵絲進(jìn)行固定,待用大錘擊碎底部后再松鐵絲讓其倒下,以免在處理過(guò)程中由于其倒塌方向不穩(wěn)定而擊傷施工人員。

(9)若拆除體的樓梯間其穩(wěn)定性很好,為了保證爆破效果,要對(duì)樓梯踏步進(jìn)行間隔預(yù)處理,對(duì)爆破缺口以外的各層樓梯踏步可以提前預(yù)處理,并用鋼管或其它物件封閉爆破缺口頂層向上通行的樓梯口,爆破缺口內(nèi)的樓梯踏步由于施工所用,在起爆前2 h由專人帶隊(duì)預(yù)處理,處理時(shí)要注意保護(hù)爆破網(wǎng)路。

2.3 爆破施工作業(yè)危險(xiǎn)源控制

(1)防機(jī)具傷害。鑿巖要配備熟練的和足夠的作業(yè)人員,按作業(yè)要求進(jìn)行作業(yè);高壓風(fēng)管接頭應(yīng)牢固,及時(shí)更換破舊風(fēng)管;使用質(zhì)量合格的釬桿。

(2)防物體打擊。作業(yè)時(shí)按規(guī)定戴好安全帽,工具、器具擺放有序,及時(shí)清理作業(yè)面的松散浮物,避免立體交叉作業(yè)。

(3)防高空墜落。首先進(jìn)行排險(xiǎn),防止防高空墜物傷害人員。人員戴好安全帽,設(shè)置安全標(biāo)志及設(shè)施。

(4)防意外坍塌。施工作業(yè)時(shí)鉆孔作業(yè)、震動(dòng)等都有致危房坍塌的可能。除建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、開設(shè)逃生通道之外,還應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)入危房作業(yè)的人數(shù),建立出入危房登記制度。

(5)防早爆。嚴(yán)格按照爆破操作規(guī)程作業(yè),采取有效的防外界電能措施,禁止在雷雨天氣條件下起爆,爆破現(xiàn)場(chǎng)禁止一切煙火,爆破前拆除施工用電系統(tǒng),清除易燃易爆物品。

(6)做好安全警戒管理。配備警報(bào)器的音量要足夠大,數(shù)量足夠,確保處于理想工作狀態(tài)。警戒人員要認(rèn)真切實(shí)履行職責(zé)。

(7)防樓房倒塌失誤。危房往往給人造成容易炸倒的錯(cuò)覺,加之作業(yè)條件困難,危房爆破比普通樓房爆破風(fēng)險(xiǎn)更大,且技術(shù)難度也更大,往往造成一次爆破炸不到“危上加?！?或傾倒方向發(fā)生偏差。因此危房爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)樓房結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性進(jìn)行認(rèn)真分析論證,確定合理的爆破方案,裝藥設(shè)置可采用炮孔法及外部裝藥相結(jié)合的方法,合理選擇爆破切口、爆破參數(shù)及起爆網(wǎng)絡(luò),確保一次性爆破成功。

(8)防爆破危害。爆破飛散物、地震波的防護(hù)同普通樓房爆破類似。因危房爆破常需采用外部裝藥,因此必須要有可靠的防沖擊波的措施。能采用炮孔裝藥的部位,盡可能采用內(nèi)部裝藥;確需采用外部裝藥量時(shí),也盡可能避免裸露裝藥,可用沙袋、土袋或水袋覆蓋,不僅可減少單個(gè)裝藥量,還可大大削弱空氣沖擊波的強(qiáng)度;采用微差延期起爆。

3 結(jié) 論

應(yīng)用事故樹分析法,能將引起事故的所有基本事件一目了然地列舉出來(lái),并通過(guò)結(jié)構(gòu)重要度分析使安全管理的目標(biāo)更加清晰明確。有重點(diǎn)地控制危房爆破拆除中的危險(xiǎn)源,有利于危房爆破拆除安全順利的實(shí)施。

[1] 劉 翼,等.爆破拆除危樓安全施工的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].爆破,2006,23(2).

[2] 王如君,等.安全評(píng)價(jià)師[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2008.

[3] 汪旭光.中國(guó)典型爆破工程與技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[4] 傅光明,周明安.軍事爆破工程[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,2008.

2011-06-26)

張傳真 (1988-),男,主要從事爆破工程方面的學(xué)習(xí)和研究。