105 m高電纜車間爆破拆除與振動危害控制

邢光武， 張北龍， 賈海波， 張建平， 張朝陽

(1. 廣東中人集團(tuán)建設(shè)有限公司， 廣州 510515； 2. 河南省前進(jìn)化工科技集團(tuán)股份有限公司， 河南洛陽 471600； 3. 內(nèi)蒙古宏大爆破工程有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古包頭 014010)

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105m高電纜車間爆破拆除與振動危害控制

邢光武1， 張北龍1， 賈海波2， 張建平3， 張朝陽2

(1. 廣東中人集團(tuán)建設(shè)有限公司， 廣州 510515； 2. 河南省前進(jìn)化工科技集團(tuán)股份有限公司， 河南洛陽 471600； 3. 內(nèi)蒙古宏大爆破工程有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古包頭 014010)

摘要：介紹了105 m高框架-剪力墻結(jié)構(gòu)電纜車間定向爆破拆除案例，根據(jù)車間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、周圍環(huán)境復(fù)雜、混凝土強(qiáng)度高及解體難度大等特點(diǎn)，制定了向正東方向倒塌的爆破方案。布置一個爆破切口，將暗柱及大面積的剪力墻進(jìn)行預(yù)拆除。采取減振堤降低塌落振動，采取草袋、鐵絲網(wǎng)、橡膠輸送帶、雙層密目尼龍安全網(wǎng)等安全防護(hù)措施防止飛石危害，達(dá)到了良好的拆除爆破效果，可為類似控制爆破拆除工程提供參考。

關(guān)鍵詞：電纜車間； 爆破拆除； 定向爆破； 爆破振動； 預(yù)拆除； 振動危害； 減振措施； 減振堤

1工程概況

1.1周邊環(huán)境

番禺嶺南電纜廠交聯(lián)電纜車間需要爆破拆除。該車間在廠區(qū)大院內(nèi)，東側(cè)距國泰路140m；南側(cè)距南村小學(xué)95m；西側(cè)距鶴溪路36m，距電子電器廠約45m，距居民樓55m；北側(cè)距興南路80m，周圍環(huán)境如圖1所示。

1.2結(jié)構(gòu)特征

待拆除車間為一幢17層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，高約105m，長、寬均為15m，首層層高為10m，標(biāo)準(zhǔn)層層高5 ～10m，混凝土強(qiáng)度為C40，A軸、D軸分別布置兩根立柱，墻間含暗柱。建筑總面積約為4 700m2。A軸立柱截面規(guī)格為1 500mm×1 600mm；D軸立柱截面規(guī)格為1 500mm×1 200mm；B軸的兩根暗柱截面規(guī)格均為1 000mm×500mm，見圖2～圖4。

圖1　周圍環(huán)境示意圖Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

圖2　一層平面結(jié)構(gòu)Fig.2　Plane structure of the first floor

圖3　二層平面結(jié)構(gòu)Fig.3　Plane structure of the second floor

圖4　電纜車間主體結(jié)構(gòu)Fig.4　Major structure of the cable workshop

2工程難點(diǎn)

(1)待拆除車間周邊環(huán)境復(fù)雜，安全控制要求高。

(2)車間較高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、剛性大，倒塌后解體難度大。東南側(cè)貨梯井和西北側(cè)樓梯強(qiáng)度很高，必須預(yù)拆除處理。處理不當(dāng)容易造成倒塌后解體不充分、爆堆過高，不便于爆后機(jī)械破碎。

(3)剪力墻面積較大，預(yù)拆除工作難度大〔1〕。

(4)施工組織難度大。因工程地處住宅區(qū)及重要交通要道，環(huán)境復(fù)雜，需要主管單位、建設(shè)單位、施工單位、周邊街道、相鄰單位等精心配合，才能保證工程順利實(shí)施〔2-4〕。

3爆破方案

3.1定向爆破拆除方案

(1)采用定向爆破拆除技術(shù)，倒塌方向?yàn)檎龞|方向。布置一個爆破切口，高8.70m。

(2)根據(jù)車間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先清理爆破切口范圍內(nèi)的暗柱，把大面積的剪力墻進(jìn)行預(yù)拆除，保留A軸立柱、D軸立柱、B軸暗柱，將整個筒體結(jié)構(gòu)簡化成框架結(jié)構(gòu)，再實(shí)施爆破拆除。

(3)由于車間較高，需采取有效防護(hù)措施防止塌落振動及爆破飛石對周圍環(huán)境造成危害。

3.2預(yù)處理

3.2.1預(yù)拆除的原則

(1)對稱原則。保證結(jié)構(gòu)對稱，處理整齊。

(2)先墻后暗柱原則。為了確保安全，所有需要預(yù)拆除的暗柱在防護(hù)工作完成后再處理。保留B軸的兩根暗柱。

3.2.2預(yù)拆除

(1)采用人工和機(jī)械方法清理南、北兩側(cè)的暗柱，清理高度須比爆破切口高0.30m，對爆破切口范圍內(nèi)暗柱之間剪力墻徹底預(yù)拆除。

(2)預(yù)拆除一層電梯井剪力墻，預(yù)拆除高度3m。

(3)對切口后側(cè)的樓梯預(yù)拆除3個臺階，預(yù)拆除部位的頂部比切口高出0.30m，保留鋼筋連接。

(4)做防護(hù)工作前，對截面長邊超過1m的立柱，鑿掉爆破部位下方20cm處混凝土，露出西面、南面、北面的外層豎筋，并用氣割切斷，便于渣石拋出。

(5)爆破法拆除一層?xùn)|側(cè)剪力墻，代替主裝藥前的試爆，檢驗(yàn)爆破炸藥單耗。預(yù)處理范圍見圖5。

圖5　預(yù)處理范圍示意圖Fig.5　Schematic diagram of pretreatment range

3.3爆破切口

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)爆破切口高度為8.70m，見圖6。

圖6　爆破切口示意圖Fig.6　Schematic diagram of blasting cut

炮孔布置在一層爆破切口范圍內(nèi)的立柱上, 開口位置在立柱的短邊一側(cè),且每根立柱布設(shè)1 ～3排炮孔，由下向上成直線均勻分布。爆破參數(shù)如表1所示。

表1　切口爆破參數(shù)

3.4起爆網(wǎng)路

爆破切口各排立柱炮孔的起爆延時時間見表2。

表2　起爆延時時間

首先將立柱或剪力墻體的孔內(nèi)導(dǎo)爆管每10 ～20發(fā)集束為一把，然后每把用電工膠布綁緊兩發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管作為傳爆雷管，再將傳爆雷管的導(dǎo)爆管大把抓接入網(wǎng)路，最后將整個網(wǎng)路用擊發(fā)針起爆，見圖7。

圖7　起爆網(wǎng)路示意圖Fig.7　Schematic diagram of initiation network

4爆破安全校核

4.1建筑倒塌的可靠性分析

從圖5爆破切口設(shè)計(jì)可知，爆破切口角度a=tan-1(8.7/15)= 33.6°。采用大切口、大懸臂、寬支撐設(shè)計(jì)，加上該車間的高聳建筑結(jié)構(gòu)特殊性，可以保證準(zhǔn)確定向倒塌。

4.2預(yù)處理安全性驗(yàn)算

預(yù)處理集中于一層，主要考慮一層的穩(wěn)定性。 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算出一層立柱的軸向壓力設(shè)計(jì)值N=8.6875×104kN；一層預(yù)處理后，保留的全部立柱截面積總和S=9.4×106mm2。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)〔5〕，得C40混凝土軸心承壓柱的抗壓強(qiáng)度為19.1N/mm2，N/S=9.24N/mm2<19.5N/mm2，且車間是規(guī)則的筒體結(jié)構(gòu)，重心方向與一層樓層平面的幾何中心基本重疊，因此預(yù)拆除后樓體是安全的。

4.3爆破振動驗(yàn)算

根據(jù)爆破振動計(jì)算公式〔6〕：

v=K′K(Qmax1/3/R)α

(1)

式中：K為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，取100；α為地震波衰減系數(shù)，取1.5；K′為修正系數(shù)，取0.3；施工中最大一段藥量Qmax=55.44kg；R為保護(hù)目標(biāo)至爆點(diǎn)距離，R=36m。計(jì)算得v=1.036cm/s，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)〔6〕可知，爆破振動速度在安全范圍內(nèi)，爆破是安全的。

4.4塌落振動驗(yàn)算

建筑物塌落振動經(jīng)驗(yàn)公式〔7〕：

(2)

式中：vt為塌落引起的地面振動速度,cm/s; M為下落構(gòu)件的質(zhì)量, 約5 640t; g是重力加速度, 9.8m/s2; H是構(gòu)件的重心高度, 約 52.50m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度, 一般取10MPa;R為觀測點(diǎn)至沖擊地面中心的距離, 取36m; Kt,β為塌落振動速度衰減系數(shù)和指數(shù)，Kt取1.6，β值取-1.8。經(jīng)計(jì)算，vt=4.79cm/s。塌落振動計(jì)算值大于建構(gòu)筑物的振動安全允許值，因此采取修筑減振堤的措施減小塌落振動危害。

4.5爆破防護(hù)措施

(1)首先在爆破部位用草袋、鐵絲網(wǎng)等進(jìn)行近體包扎，然后吊掛橡膠輸送帶進(jìn)行松弛圍擋，再采用雙層密目尼龍安全網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。

(2) 在車間傾倒方向25，45，75m處分別修筑減振堤。減振堤底寬2.5m、上寬1m、高2.5m，采用沙袋壘砌，每道長25m，在塌落范圍全部鋪設(shè)雙層密目安全網(wǎng)，見圖8。

圖8　減振堤示意圖Fig.8　Schematic diagram of anti-vibration dams

5爆破效果

在做好安全警戒后實(shí)施爆破，車間按預(yù)定方向傾倒，爆破時無飛石、無二次飛濺。倒塌時間4.75s，倒塌長度約92m，爆堆高度約12m，附近的工廠及居民樓未受影響，爆破取得圓滿成功。

6結(jié)語

(1)可以準(zhǔn)確控制高聳車間倒塌方向，達(dá)到預(yù)期

的爆破效果。

(2)減振堤可以有效降低塌落振動，減小塌落振動對周圍建(構(gòu))筑物及設(shè)施的影響。

(3)高聳車間爆破拆除設(shè)計(jì)適當(dāng)加強(qiáng)支撐部，可以有效減小下坐現(xiàn)象。

(4)該高車間的成功爆破拆除可為類似廠房爆破拆除提供參考。

參考文獻(xiàn)(References)：

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文章編號：1006-7051(2016)03-0083-04

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：邢光武(1965-)，男，高級工程師，從事爆破工程及安全技術(shù)方面的實(shí)踐及研究工作。E-mail： 457941553@qq.com

中圖分類號：TD235.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.018

Blastingdemolitionandvibrationdamagecontrolof105mhighcableworkshop

XINGGuang-wu1，ZHANGBei-long1，JIAHai-bo2，ZHANGJian-ping3，ZHANGChao-yang2

(1.GuangdongZhongrenGroupConstructionCo.,Ltd.,Guangzhou510515,China; 2.HenanQianjinChemicalCo.,Ltd.,Luoyang471600,Henan,China; 3.InnerMongoliaHongdaBlastingEngineeringCo.,Ltd.,Baotou014010,InnerMongolia,China)

ABSTRACT：The directional blasting demolition of 105 m high frame-shear wall structure cable workshop was introduced. A blasting scheme of collapsing to east by the characteristics of the structure, complex surrounding environment,high strength concrete and collapse difficulty was designed. A blasting cut was designed. A large area of shear wall and concealed columns were preliminarily demolished. Anti-vibration dams were used to reduce collapsing vibration. Security protection measures such as straw bag, wire net, rubber conveyer belt, double layer mesh nylon nets were used to prevent fly rocks. The good effect of demolition blasting was achieved. It could provide a reference for similar engineerings of controlled blasting demolition.

KEY WORDS:Cable workshop； Blasting demolition； Directional blasting； Blasting vibration； Pre-demolition； Vibration da-mage； Vibration reduction measures; Anti-vibration dams