電子雷管在異型樓房拆除爆破中的應(yīng)用

周浩倉(cāng)

(1.江西國(guó)泰集團(tuán)股份有限公司，南昌 330096；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 長(zhǎng)沙 410012)

1 工程概況

待拆樓房為 “目”字型框剪結(jié)構(gòu)的艾溪湖瑞豐大廈，地面以上高36.0 m，地下室高3.9 m，一層占地面積5 175.60 m2；樓房長(zhǎng)114.0 m、寬45.4 m、高30.0 m，建筑面積46 580.4 m2。該樓房臨近城市主干道路和居民小區(qū)，進(jìn)出人員多，過(guò)往車輛密集，工程環(huán)境復(fù)雜，施工與爆破警戒難道大，需要嚴(yán)格控制爆破危害效應(yīng)。東面50.0 m處是輸電線路和創(chuàng)新一路，65.0 m處是空地，南面100.0 m處為興中科技廠房；南面20.0 m范圍內(nèi)是綠化場(chǎng)地，120.0 m以外為待拆除的江西聯(lián)思觸控技術(shù)有限公司廠房；西面108.0 m處是輸電線路，134.0 m為昌東大道東路；北面109.0 m處是艾溪湖北路，246.0 m處為居民小區(qū)(見(jiàn)圖1)。

圖1 待拆樓房四周環(huán)境Fig.1 Environment around the building to be demolished

待拆樓房共有各種型號(hào)的承重立柱132根，有4個(gè)電梯井，東西南北4個(gè)角分別有1個(gè)樓梯間，中間對(duì)應(yīng)有2個(gè)樓梯間和電梯井。樓梯間、電梯井均為剪力墻結(jié)構(gòu)，墻厚為20 cm(見(jiàn)圖2)。

圖2 樓房結(jié)構(gòu)(主視)Fig.2 Building structure (front view)

2 爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)待拆樓房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[1-9]，決定先對(duì)樓房地面部分采用拆除爆破法，再對(duì)地下室及承臺(tái)采用機(jī)械拆除法。由于承臺(tái)和地下室在地面拆除爆破的樓體塌落過(guò)程中部分被沖擊壓碎，所以再用液壓錘破碎和挖機(jī)清理。當(dāng)后續(xù)機(jī)械拆除無(wú)法滿足要求時(shí)，采取局部松動(dòng)控制爆破，以加快清理進(jìn)度。

1)爆破難度及解決措施。由于待拆樓房長(zhǎng)寬比為2.51，長(zhǎng)高比為3.8，且樓房南北方向、東西方向及中間均有樓梯、電梯間和大量剪力墻結(jié)構(gòu)，加之樓房整體為“目”字型結(jié)構(gòu)，顯示出“四平八穩(wěn)”狀態(tài)，所以穩(wěn)定性極強(qiáng)，不易失穩(wěn)和倒塌。通過(guò)模擬與計(jì)算得知：不論從樓房中間或一端起爆都不能百分之百確保整棟樓房順利傾倒和塌落。

注：1～22表示水平方向立柱編號(hào)；A～K表示縱向立柱編號(hào)圖3 樓房切口位置設(shè)計(jì)Fig.3 Building incision location design

因此，決定采用矩形、梯形、三角形相結(jié)合的爆破切口(見(jiàn)圖3)，即在立柱A、B、C、D、E與1～5、18～22立柱交匯范圍內(nèi)采用矩形切口， 以形成較大爆破切口； 而在1～5立柱和18～22范圍內(nèi)的F立柱取炸高0.8 m，讓立柱F、G、H、J和K共同形成短暫支撐鉸鏈，使樓房在第一段起爆后能按照設(shè)計(jì)要求傾倒而不下坐，以確保樓房順利倒塌；另外立柱G、H、J、K與1～5立柱、18～22立柱交匯范圍內(nèi)采用梯形切口，梯形切口的高度與矩形切口高度一致，這樣就會(huì)將“目”字型兩頭撕裂，有利于樓房?jī)A倒；其余部分按照劃分的爆破區(qū)域采用常規(guī)三角形切口，以控制樓房倒塌速度和降低塌落振動(dòng)。這樣做的目的是增加樓房首次倒塌動(dòng)能、倒塌速度，對(duì)未起爆部分起到拉扯作用和增加失穩(wěn)，同時(shí)降低了對(duì)樓梯間、電梯井和剪力墻的預(yù)拆除工作量，保障工程按期完成。

2)預(yù)拆除和鉆孔。爆破施工前，先對(duì)待拆樓房的所有門(mén)、窗、管線和空調(diào)管道等附屬設(shè)施進(jìn)行預(yù)拆除，以便于樓房爆破時(shí)順利倒塌。

另外對(duì)樓房?jī)?nèi)部的電梯間、樓梯間、剪力墻等部位，利用機(jī)械和人工等方式進(jìn)行必要的掏空預(yù)處理，使支撐立柱曝露，便于爆破的穿孔作業(yè)；削弱非承重結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度，防止非承重結(jié)構(gòu)對(duì)爆破倒塌產(chǎn)生影響。但預(yù)處理范圍和位置須經(jīng)過(guò)抗壓承載安全校核，以保證樓房承重結(jié)構(gòu)安全，并盡量減少爆破施工量，降低爆破有害效應(yīng)和爆破時(shí)的揚(yáng)塵，同時(shí)有利于大樓的安全倒塌。

在確保樓房承重結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)變的情況下，對(duì)所有需預(yù)處理部分完成掏空作業(yè)后，組織鉆孔隊(duì)伍對(duì)大樓爆破切口部位的立柱、預(yù)留剪力墻進(jìn)行鉆孔作業(yè)，所有鉆孔的參數(shù)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

進(jìn)行預(yù)處理和爆破鉆孔作業(yè)時(shí)，必須派出專職安全員、爆破技術(shù)人員對(duì)整棟樓進(jìn)行安全與技術(shù)巡查， 禁止非爆破施工人員入內(nèi)。

根據(jù)待拆樓房的特點(diǎn)制定安全有效的防護(hù)措施，保證施工人員、臨近樓房和周邊環(huán)境安全。爆破前對(duì)倒塌范圍內(nèi)的設(shè)施進(jìn)行拆除或轉(zhuǎn)移，如倒塌方向的圍墻、管線和通訊設(shè)施等。清理承臺(tái)部分和地下室時(shí)，應(yīng)待上部爆破堆渣清理完畢或保證安全的情況下進(jìn)行。

3)爆破切口及爆破參數(shù)。立柱A～E和立柱1～5、8～10、13～15、18～22交匯范圍內(nèi)采用矩形切口，切口長(zhǎng)32.7 m，高16.2 m；立柱F～K和立柱1～22交匯范圍內(nèi)采用梯形切口，切口長(zhǎng)12.7 m，高16.2、0.8 m；立柱A～D和立柱6～7、16～17交匯范圍內(nèi)采用梯形切口，切口長(zhǎng)13.7 m，高16.2、0.8 m，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)

3 起爆網(wǎng)路

1)起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)[1,5,10]。采用樓房?jī)啥讼蛑虚g爆破、前面向后面爆破的多頭分區(qū)起爆法，第1層樓房起爆延時(shí)分區(qū)如圖4所示，先從西頭起爆，東頭比西頭延時(shí)1 200 ms起爆，形成西頭向西南方向拉扯樓房，東頭向東南方向拉扯樓房的倒塌趨勢(shì)。同時(shí)樓房整體由南向北延時(shí)爆破，促使爆破過(guò)程中對(duì)樓房的扭曲、拉斷和破碎作用，以增加樓房?jī)A倒、塌落和降低爆堆高度，促使樓房在東西方向和南北方向同時(shí)受到破壞，以避免因樓房長(zhǎng)度過(guò)大、寬度較厚和高度不高而出現(xiàn)瞬間穩(wěn)定，從而導(dǎo)致樓房出現(xiàn)“爆而不倒”的現(xiàn)象。

注：長(zhǎng)方形方塊表示起爆延時(shí)分區(qū)；1～22表示水平方向立柱編號(hào)；A～K表示縱向立柱編號(hào)圖4 樓房起爆延時(shí)分區(qū)Fig.4 Building detonation delay zone

電子雷管起爆網(wǎng)路可以實(shí)現(xiàn)在線編程，在線重復(fù)檢測(cè)，網(wǎng)路完整性檢測(cè)和快速準(zhǔn)確定位故障發(fā)生點(diǎn)，有利于爆破作業(yè)人員對(duì)網(wǎng)路連接錯(cuò)誤的及時(shí)排查和修復(fù)，確保網(wǎng)路正常安全起爆；其次可自由、精確設(shè)計(jì)多段延時(shí)起爆時(shí)間，滿足大型爆破工程對(duì)延時(shí)時(shí)間的需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破危害的有效控制。同時(shí)實(shí)現(xiàn)定人、定點(diǎn)、定位起爆，有效保障施工安全和避免爆破器材流失而產(chǎn)生不良危害等優(yōu)點(diǎn)。因電子雷管起爆網(wǎng)路避免了電雷管起爆網(wǎng)路和導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的缺點(diǎn)，而且能提供比電雷管起爆網(wǎng)路和導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路更多、更精確、更安全、更準(zhǔn)爆的起爆網(wǎng)路，所以本次樓房拆除爆破全部采用三碼合一電子雷管起爆網(wǎng)路。按照設(shè)計(jì)的分區(qū)范圍和樓房結(jié)構(gòu)設(shè)置各分區(qū)延時(shí)時(shí)間，各分區(qū)延時(shí)時(shí)間如表2所示。屬于或臨近各分區(qū)范圍的剪力墻及爆破炮孔，按照就近原則劃入最近分區(qū)，與分區(qū)同一個(gè)時(shí)間起爆；第1層起爆網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間設(shè)計(jì)與表2所示的延時(shí)時(shí)間相同，第2層及以上樓層屬于切口范圍內(nèi)的炮孔，按照上下對(duì)應(yīng)原則采用同一段延時(shí)，只是不同樓層從下往上延時(shí)時(shí)間增加100 ms，以增加樓房空中解體破碎和縮小倒塌范圍。

表2 各分區(qū)延時(shí)時(shí)間

2)網(wǎng)路連接方法。選擇合格的電子雷管依次注冊(cè)和編號(hào)，按照爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)進(jìn)行各樓層、各炮孔雷管布設(shè)，連接起爆網(wǎng)路應(yīng)由上部樓層向一樓推進(jìn)，連接好網(wǎng)路的樓層嚴(yán)禁非爆破檢查人員進(jìn)入，在整棟樓內(nèi)起爆網(wǎng)路連接好并檢查無(wú)誤后，且在起爆工作準(zhǔn)備就緒后，才可向起爆站連接主網(wǎng)路。應(yīng)注意保護(hù)好起爆網(wǎng)路和做好網(wǎng)路防水，以防止網(wǎng)路受到損害，確保起爆網(wǎng)路安全準(zhǔn)爆。

由起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)者和有經(jīng)驗(yàn)的爆破員進(jìn)行起爆主網(wǎng)路敷設(shè)連接，實(shí)行2人連接1人監(jiān)督檢查，爆破現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)加強(qiáng)敷設(shè)起爆網(wǎng)路的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、監(jiān)督、檢查。

電子雷管爆破網(wǎng)路應(yīng)使用同廠、同芯片和同批次的雷管，所用電子雷管的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，并與產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)內(nèi)容一致；使用符合要求的連接線，且不得有脫皮現(xiàn)象，所使用的連接導(dǎo)線應(yīng)滿足電子雷管的準(zhǔn)爆要求。

網(wǎng)路接頭采用電工接線法，做好接頭處的絕緣和防水。網(wǎng)路不得布設(shè)在潮濕有水的地方，以防止接頭和卡扣接觸到水或浸泡在水中。不允許在炮孔、藥包和防護(hù)體內(nèi)出現(xiàn)接頭。

將每個(gè)子網(wǎng)路接入主網(wǎng)路并檢查無(wú)漏接子網(wǎng)路后，使用信安控制盒檢測(cè)儀檢測(cè)電流、引爆電流及雷管編碼、延時(shí)時(shí)間值、子網(wǎng)路和主網(wǎng)路等，檢測(cè)結(jié)果均應(yīng)符合設(shè)計(jì)方案要求。若發(fā)現(xiàn)有誤差或超出允許范圍，必須立即查明原因并予以處理，否則不允許進(jìn)入起爆流程。

3)起爆注意事項(xiàng)。起爆應(yīng)使用與其芯片相配套的專用起爆器，每臺(tái)起爆器按照其允許起爆數(shù)量的80%核定，起爆網(wǎng)路的總線長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)電子雷管起爆系統(tǒng)允許規(guī)定的最遠(yuǎn)通信距離，單個(gè)起爆器所起爆的電子雷管數(shù)量或起爆線長(zhǎng)度超過(guò)其能力時(shí)，應(yīng)采用多個(gè)起爆器串聯(lián)進(jìn)行起爆。

4 安全校核

1)個(gè)別飛散物。個(gè)別飛散物距離計(jì)算[2]：

(1)

式中：Rf為未進(jìn)行防護(hù)條件下拆除爆破飛散物的飛散距離，m；v為飛散物初始速度，取10～30 m/s；g 為重力加速度，m/s2,取9.8。

經(jīng)計(jì)算，R=202÷(2×9.8)=20.4 m，而爆破后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，最遠(yuǎn)個(gè)別飛散物距離爆堆前沿為12.56 m。因此，通過(guò)安全防護(hù)后，可將飛散物危害控制在允許的安全范圍之內(nèi)。

2)爆破振動(dòng)。爆破振動(dòng)速度計(jì)算[3]：

(2)

式中：Q為藥量，kg；R為爆破樓房至監(jiān)控點(diǎn)的距離，m；取K=32.1，α=1.58。

《爆破安全規(guī)程》規(guī)定[4]：一般民用建筑物安全允許爆破振動(dòng)速度2.0 cm/s，工業(yè)和商業(yè)建筑物安全允許爆破振動(dòng)速度為3.5 cm/s。本次樓房爆破最大段藥量約100 kg，據(jù)此計(jì)算的各被保護(hù)物的爆破振動(dòng)速度如表3所示。

表3 保護(hù)對(duì)象的安全振速

從表3計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)振結(jié)果可以看出，爆破對(duì)周邊建(構(gòu))筑物引起的振動(dòng)處于可控的安全范圍之內(nèi)。

3)塌落振動(dòng)。樓房塌落對(duì)地面會(huì)形成較大沖擊與振動(dòng)，因此把待拆樓房劃分成若干個(gè)爆破單元，使各單元逐個(gè)依次延時(shí)爆破，失穩(wěn)、塌落觸地，從而降低樓房爆破總體塌落振動(dòng)。

塌落振動(dòng)速度計(jì)算公式[3]：

(3)

式中：vt為樓房塌落振動(dòng)速度，cm/s；Kt取3.37；σ取10 MPa；β取-1.66；R為觀測(cè)點(diǎn)至樓房塌落點(diǎn)的距離，m；m為樓房質(zhì)量，t；h為樓房高度，m。

待拆樓房每層平均面積約3 200 m2，去除底層，樓房共分為15跨依次延時(shí)落地，最重一跨質(zhì)量約522 t，重心高度約16 m。距塌落中心最近的保護(hù)物為東面50 m處輸電線路，經(jīng)計(jì)算爆破在該處引起的塌落振動(dòng)值為0.75 cm/s，最終實(shí)測(cè)該距離的輸電線路振動(dòng)速度值為0.29 cm/s。計(jì)算值和實(shí)測(cè)值均小于標(biāo)準(zhǔn)允許振動(dòng)值2.0 cm/s，故樓房塌落振動(dòng)不影響周圍的被保護(hù)物，是符合安全要求的。

根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，采用劃分單元分區(qū)進(jìn)行樓房爆破，以使樓房在空中產(chǎn)生扭曲、破碎、碰撞、拉扯，從而提高樓房解體效果。最終有效降低了塌落范圍、觸地質(zhì)量和觸地速度，減小了爆破振動(dòng)與塌落振動(dòng)引起的各種危害，保障了周邊建(構(gòu))筑物安全。

5 爆破效果

起爆1.3 s后樓房西南角按照設(shè)計(jì)依次下坐、傾斜、塌落和倒塌，2.5 s后樓房東南角也開(kāi)始依次下坐、傾斜、塌落和倒塌，塌落過(guò)程猶如“大鵬展翅”，從兩端不斷向中間延伸、同時(shí)由南向北擴(kuò)散。5 s后西、東兩邊的倒塌匯聚于樓房中間門(mén)洞的東側(cè)位置，在此處形成碰撞、扭曲、折斷，并有短暫停留、穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，隨之門(mén)洞西側(cè)剪短后快速倒塌，隨著西側(cè)全部倒塌，東側(cè)也扭曲、變形、斷裂和快速下落坍塌，8 s后樓房全部倒塌結(jié)束，整個(gè)倒塌過(guò)程緩慢、連續(xù)且收斂，爆破塌落過(guò)程如圖5所示。

圖5 爆破塌落過(guò)程Fig.5 Blasting collapse process

爆堆呈南低北高、西低東高和中間低洼的形態(tài)，最高處3.5 m，爆堆最大長(zhǎng)度125 m，寬53 m。樓房中間橫梁、立柱及樓板塌落后逐層疊起、破碎、斷裂、緊密堆積在一起，鋼筋裸露，混凝土脫離。樓房西端、北端和東端柱子向內(nèi)倒塌折疊，實(shí)現(xiàn)了樓房“緩慢下落、逐層重疊、分區(qū)破碎、揚(yáng)塵擴(kuò)散快”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)從本次爆破樓房塌落范圍與以往樓房塌落范圍比較可以看出：實(shí)現(xiàn)了樓房在倒塌過(guò)程中向東西方向和南北方向拉扯的目的，有效地實(shí)現(xiàn)樓房順利倒塌和降低爆堆的目的，爆破效果如圖6所示。

圖6 爆破效果Fig.6 Blasting effect

6 結(jié)語(yǔ)

電子雷管除具有更加可靠的安全性外，在城市拆除爆破中還可以滿足對(duì)起爆方式和延時(shí)時(shí)間的不同設(shè)置。對(duì)于異型樓房或較大規(guī)模樓房的拆除爆破，采用電子雷管起爆網(wǎng)路，能夠安全、可靠、有效地優(yōu)化各爆破單元之間的延時(shí)時(shí)間與倒塌順序，并將延時(shí)精度控制在±1%以內(nèi)的一次起爆藥量振動(dòng)水平，實(shí)現(xiàn)降低塌落振動(dòng)和增加樓房解體之目的。

電子雷管起爆網(wǎng)路檢測(cè)簡(jiǎn)單、便捷，聯(lián)網(wǎng)效率高，最大限度地降低了爆破施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和爆破施工時(shí)間，降低了拆除爆破總體安全管理風(fēng)險(xiǎn)。

電子雷管可組成逐跨、逐排、逐區(qū)和分單元的多層次起爆網(wǎng)路，能可靠保障起爆系統(tǒng)的安全準(zhǔn)爆和全面改變起爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

對(duì)于大型異形結(jié)構(gòu)樓房拆除爆破，要根據(jù)其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在確保樓房整體穩(wěn)定的情況下做好預(yù)拆除工作尤為重要。它不僅可以減少爆破工作量，而且可以促進(jìn)樓房爆破塌落過(guò)程中不出現(xiàn)短暫穩(wěn)定、瞬間支撐或局部平衡的現(xiàn)象，確保樓房從爆破開(kāi)始就持續(xù)不斷的產(chǎn)生失穩(wěn)、倒塌及整體塌落，同時(shí)選擇合適的爆破切口、一次起爆長(zhǎng)度、多點(diǎn)起爆和合理延時(shí)等綜合爆破手段，以確保爆破目的實(shí)現(xiàn)。