高危水塔搶險(xiǎn)爆破拆除

李子玉,周曉光,王 強(qiáng)

（湖南鐵軍工程建設(shè)有限公司， 湖南 長沙 412100）

0 前 言

連日暴雨導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)垮塌，垮塌混凝土邊坡對(duì)某縣國稅局25 m高磚混結(jié)構(gòu)水塔底部造成巨大沖擊，導(dǎo)致水塔下部多處出現(xiàn)裂縫，部分墻體出現(xiàn)位移。暴雨仍在持續(xù)，該水塔不立即拆除，一旦意外倒塌，后果不堪設(shè)想。

待拆除水塔現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)6 m為陽光麗景小區(qū)住宅樓，東側(cè)9 m為縣國稅局辦公樓、東南側(cè)25 m為縣國稅局宿舍樓（見圖1）。

圖1 水塔周邊環(huán)境

水塔高度25 m，磚混結(jié)構(gòu)，水塔3.2 m以下外周長13.6 m，水塔筒壁厚度50 cm，水塔3.2 m以下部分設(shè)有混凝土圈梁；水塔3.2 m以上周長12.8 m，水塔筒壁厚度37 cm。水塔東北側(cè)有一高為3.2 m，寬0.9 m的進(jìn)出門，水塔南側(cè)4.2 m以上有一寬0.9 m，高1.5 m窗口。水塔內(nèi)有3根Φ50的金屬水管，因水塔門框變形導(dǎo)致施工無法冒險(xiǎn)進(jìn)入切斷水管。

1 爆破拆除方案

1.1 爆破方案確定

依據(jù)倒塌方式不同，拆除爆破總體分為定向倒塌、原地坍塌、折疊倒塌等方式[1]。結(jié)合該水塔的受損程度和周邊環(huán)境，最終確定控制爆破定向倒塌方案，不設(shè)置定向窗。為避開民房和其他建（構(gòu)）筑物，爆破切口需朝向較開闊的方向，因此，水塔向東偏南 45°空地定向倒塌。將切口位置設(shè)在距地面3.3 m位置，可為鉆孔避開水塔受損部位，保證成孔和爆破效果；高切口也可減少倒塌方向的距離和塌落物質(zhì)量，減輕塌落振動(dòng)。

1.2 爆破參數(shù)確定

切口位置距地面3.3 m，爆破切口采用正梯形，切口下底長6.8 m，上底長5.6 m，切口高度0.9 m，爆破切口布置見圖2。

3.3 m處切口采用梅花型布孔，每個(gè)裝入藥包，每孔一發(fā)雷管；由于水塔下部多處出現(xiàn)裂縫，部分墻體出現(xiàn)位移，水塔內(nèi)3根金屬水管無法冒險(xiǎn)切割，為保證爆破效果，在 1，2排炮孔適當(dāng)加大藥量，爆破具體參數(shù)如表1所示。

1.3 安全施工措施

為保證水塔準(zhǔn)確倒塌和施工過程中人員安全，減少炮孔偏差，提高爆破準(zhǔn)確性，在水塔倒塌側(cè)設(shè)置3.2 m高腳手架，腳手架設(shè)置穩(wěn)固，人員上下佩戴安全帶。為防止施工過程中水塔出現(xiàn)意外倒塌，腳手架上同時(shí)作業(yè)人員不得超過兩人，并有專職的人員采用全站儀不斷監(jiān)測水塔情況，一旦出現(xiàn)異常，立即通知作業(yè)人員停止作業(yè)、撤離現(xiàn)場。

1.4 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

起爆網(wǎng)路采用瞬發(fā)電雷管，每孔一發(fā)起爆雷管，構(gòu)成串聯(lián)網(wǎng)路（見圖3）。

2 爆破安全與防護(hù)措施

2.1 振動(dòng)與飛石距離校核

（1）爆破振動(dòng)校核。本次爆破一次齊爆的最大藥量為5.28 kg。根據(jù)環(huán)境的具體要求和安全允許的振速計(jì)算公式校核[2]：

式中：v為安全允許的振速，cm/s；K為與介質(zhì)和爆破條件因素有關(guān)的系數(shù)，取150；K1為拆除爆破振動(dòng)折減系數(shù)，取0.2；Q為一次齊爆藥量；R為爆源至保護(hù)物的距離；α為衰減系數(shù)，α取1.8。

圖2 爆破切口布置

表1 爆破參數(shù)

圖3 爆破起爆網(wǎng)絡(luò)

經(jīng)計(jì)算，在R=9 m，R=12 m，R=25 m距離上，爆破產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度分別為 1.65，0.98，0.26 cm/s，小于安全允許的振動(dòng)速度。

（2）塌落振動(dòng)校核。由于水塔為高聳建筑物，爆破使其傾倒時(shí)會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，其振動(dòng)遠(yuǎn)大于炸藥爆破時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，因此，應(yīng)重點(diǎn)控制水塔倒塌時(shí)的振動(dòng)。建筑物爆破傾倒后沖擊地面引起的振動(dòng)大小與其質(zhì)量、重心高度和觸點(diǎn)土層的剛度有關(guān)[3]。根據(jù)中國科學(xué)院力學(xué)研究所提供的經(jīng)驗(yàn)公式，建筑物塌落作用于地面造成的振動(dòng)速度可按下式計(jì)算：

式中：M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；H為構(gòu)件重心高度，m；L為重心高度落點(diǎn)處距被保護(hù)對(duì)象的距離，m；e為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；g為重力加速度，9.8 m/s2；β為塌落振動(dòng)速度衰減指數(shù)，取-1.80～-1.66；Kt為塌落振動(dòng)速度衰減衰減系數(shù)，取 3.37～4.09。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)[4]，采取減振措施后，塌落振動(dòng)可減少70%。經(jīng)計(jì)算，水塔塌落振動(dòng)為0.63 cm/s，水塔塌落觸地振動(dòng)速度較小，對(duì)建筑物危害不大。

（3）飛石距離校核。個(gè)別飛石按下式計(jì)算[5]：

式中：v石為飛石初速度，m/s；Qd為單孔最大藥量，為0.1 kg；W為最小抵抗線，取0.2 m；k為防護(hù)系數(shù)，取0.2；S為個(gè)別飛石水平方向的距離，m；γ為飛石的拋射角，取 45°，帶入式（3）、式（4）得S=32.83 m，而警戒距離為150 m能夠保證安全要求。

2.2 減振與飛石防護(hù)措施

從爆破拆除水塔倒塌方向下部開始至倒塌方向30 m，倒塌位置兩側(cè)各10 m位置鋪設(shè)土工布2層、細(xì)沙50 cm，細(xì)沙上部鋪設(shè)彩條布作為緩沖層，并在倒塌方向靠近保護(hù)建筑物一側(cè)設(shè)置減振溝，主要用于減輕水塔塌落振動(dòng)。

根據(jù)無防護(hù)條件下個(gè)別飛石最大飛散距離估算結(jié)果以及周邊環(huán)境實(shí)際情況，對(duì)爆破飛石應(yīng)采取預(yù)防技術(shù)措施, 并適當(dāng)防護(hù)，以降低飛散距離。爆破切口處采用兩層棉被覆蓋，并用鐵絲固定；棉被外加兩層鋼絲網(wǎng)，由鐵絲圍繞水塔固定；在鋼絲網(wǎng)外圍再加兩層塑膠網(wǎng)，用鐵絲固定于水塔上。

3 爆破效果及結(jié)語

3.1 爆破效果

2018年5月8日，高危水塔成功爆破拆除，周邊的建筑物安然無損，安全隱患得以排除，搶險(xiǎn)工作取得圓滿成功。切口爆破后，水塔朝著預(yù)定方向倒塌，未產(chǎn)生后座，爆破后水塔傾倒在緩沖層防護(hù)材料上，減小了塌落振動(dòng)及塌落飛石對(duì)周圍的沖擊。爆破前后對(duì)比見圖4。

圖4 爆破前后對(duì)比

3.2 爆破結(jié)語

（1）對(duì)于高危水塔的爆破拆除，科學(xué)管理，考慮全面，切不可急于求成，以防次生災(zāi)害傷及施工人員。在施工過程中一定要注意觀測高危建筑物的變化過程，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)撤離人員，保證作業(yè)人員安全。采用精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工，確保水塔倒塌方向和有害效應(yīng)的控制。

（2）緩沖層、減振溝能有效減小塌落振動(dòng)，防護(hù)材料及緩沖層能有效控制爆破飛石。選用細(xì)沙作為緩沖層材料時(shí)，在上部鋪設(shè)彩條布或土工布；安全防護(hù)材料一定要綁緊扎牢，保證爆破時(shí)起到防護(hù)作用。