高聳建筑物折疊爆破上下缺口起爆間隔時間簡易確定方法

康永輝，韓博敏

（1.新疆維吾爾自治區(qū)公安廳治安管理總隊基層基礎工作支隊，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)工程爆破協(xié)會，新疆 烏魯木齊 830000）

高聳建筑物爆破拆除，依據(jù)周邊環(huán)境允許原則和有害效應控制在允許范圍的原則，有以下幾種倒塌方式：定向倒塌、原地坍塌、逐跨坍塌、折疊倒塌。當場地允許倒塌范圍小于建筑物高度的1.2倍時，或因減振解體等方面要求，高聳建筑物大部分須要采用折疊倒塌。折疊倒塌又分為單向折疊、雙向折疊、異向折疊、內(nèi)向折疊。無論那種折疊倒塌方式，在倒塌過程中上下折疊段均處于運動狀態(tài)，要確保既定的倒塌方向、倒塌范圍，所需要的爆破技術相對定向倒塌更為復雜，需要精心設計和精心施工。

1 折疊爆破上下缺口起爆間隔時間確定非常重要

折疊爆破拆除失敗甚至出現(xiàn)事故，在技術設計上主要原因：一是上下爆破缺口的參數(shù)設計不當；二是上下爆破缺口起爆的延期時間設計不當。而上下缺口起爆延期時間間隔選取不當會導致折疊爆破拆除有兩方面風險：一是上下缺口起爆延期間隔時間太短上段還未形成明顯的倒塌趨勢，下段起爆，導致上段倒塌方向不準，如圖1所示；二是上下缺口起爆延期間隔時間太長，如雙向折疊式，鋼筋混凝土高聳建筑物，在鋼筋的牽拉作用下，上段會帶動下段會倒向相反的方向，如圖2所示。這些情況都容易會造成事故。

2 如何用簡易方法確定折疊爆破上下缺口起爆間隔時間

上下缺口起爆延期時間間隔的主要依據(jù)由兩個方面確定：一是避免上段建筑物塌落時后座，保證初始階段的傾倒方向；二是兩段建筑物折疊及落地狀態(tài)滿足要求。據(jù)此，確定上下缺口合理起爆時間間隔：①應使上缺口首先形成，并且保證下缺口起爆時，上部建筑物已形成定向傾倒的趨勢，在上下缺口時間間隔的選擇過程中可以考慮允許上段建筑已偏轉1°～2°；②在支撐斷面整體發(fā)生屈服破壞以前，下部缺口必須起爆；③在上缺口位置確定的條件下，選擇合理起爆時間間隔，使高聳建筑物落地狀態(tài)到達預定的效果。另外，下缺口起爆后，由于下端建筑物體產(chǎn)生加速度，上段筒體的后坐力會降低，說明縮短起爆時間間隔有利于防止上段筒體的后坐，因此保證上端建筑物倒塌趨勢形成前提下，盡量縮短上下缺口之間的起爆時間間隔。

鋼筋混凝土煙囪是典型的高聳建筑物，下面以鋼筋混凝土煙囪折疊爆破為例，分析上下段延期間隔時間。鋼筋混凝土煙囪折疊爆破上段傾倒運動原理，類似于細棒傾倒運動原理，但遠比細棒傾倒運動復雜很多：一是細棒線密度均勻，煙囪外形上細下粗，煙囪壁上薄下厚，其轉動慣量計算復雜；二是細棒傾倒力矩只是重力力矩，鋼筋混凝土煙囪傾倒力矩是重力力矩與鋼筋抗彎力矩共同的合外力矩，且重力力矩隨煙囪傾倒角度變大而非線性增大，鋼筋抗彎力矩隨煙囪傾倒角度變大而非線性減小。因此精確計算高聳建筑物折疊倒塌運動需要借助計算機仿真技術進行計算，但由于高聳建筑物折疊爆破爆破缺口上部建筑物已形成定向傾倒的傾倒角度較小，可以用細棒傾倒運動簡化計算，達到其合外力矩可用重力力矩乘以一個系數(shù)，做近似處理。這樣運算結果仍具有較高的精度，可以為工程設計提供參考。

如圖3所示，鋼筋混凝土煙囪傾倒力矩是重力力矩與鋼筋抗彎力矩共同的合外力矩。

此處將合外力矩簡化為重力力矩乘以系數(shù)K，設鋼筋混凝土煙囪爆破缺口缺口圓心角230°。

則切口處合外力矩：

式中：M——力矩，m·N；

K——系數(shù)；

m——細棒的質量，kg；

R——缺口處煙囪半徑，m。

因重力力矩隨煙囪傾倒角度變大而非線性增大，鋼筋抗彎力矩隨煙囪傾倒角度變大而非線性減小，煙囪上段要形成定向傾倒的趨勢，煙囪上段允許偏轉角度為1°～2°，此處簡化計算合外力矩取其在允許偏轉角度范圍概算均值。

則式（1）中：

式中：L——細棒長度，m；

ɑ——1°～2°。

轉軸通過細棒端點轉動慣量：

式中：I——轉動慣量；

m——質點質量，kg；

L——細棒長度,m。

角加速度與合外力矩的關系：

式中：M——合外力矩，m·N；

I——轉動慣量；

β——角加速度，r/s2。

偏轉角度：

式中：α——角度，r；

T——轉動時間，s；

β——角加速度，r/s2。

將（1）、（2）、（3）式結果代入（4）式可得：

式中：T——轉動時間，s；

α——偏轉的角度，r；

ɑ——1°～2°；

R——缺口處煙囪外徑，m。

上式中轉動時間即為上下缺口最佳間隔時間。因此（5）式即為確定折疊爆破上下缺口起爆間隔時間簡易公式。

3 折疊爆破工程實例驗證簡易公式實用性

以編入《爆破設計與施工》（王旭光主編）的鋼筋混凝土煙囪折疊爆破工程實例[1]進行驗證。該鋼筋混凝土煙囪高度100m，設計總體方案為雙向三折疊爆破拆除：上缺口在+60.2m處，缺口圓心角230°，爆破缺口處煙囪外徑5m，上段+60.2～+100m；中缺口+30.2m處，缺口圓心角230°，爆破缺口處煙囪外徑6m，中段+30.2～+60.2m；下缺口+0.5m處，缺口圓心角240°，爆破缺口處煙囪外徑8.0m，下段+0.5～+30.2m；缺口之間的時差，選擇上缺口起爆時刻為0s，中缺口起爆時刻為1.35s，下缺口起爆時刻為2.4s。

用簡易公式計算上缺口與中缺口起爆間隔時間：將α=2°=0.0349r；R=2.5m；L=35m（等效長度）代入：

即計算得上缺口與中缺口起爆間隔時間1.49s，而實際爆破工程上缺口與中缺口起爆間隔時間1.35s，誤差10%。

用簡易公式計算中缺口與下缺口起爆間隔時間：將α=2°=0.0349r；R=3.35m；L=26m（等效長度）代入：

即計算得中缺口與下缺口起爆間隔時間1.0s，而實際爆破工程中缺口與下缺口起爆間隔時間1.05s，誤差5%。