復(fù)雜環(huán)境下異型16層樓房拆除爆破

劉德禹，李本偉，胡浩川，陳 晨，周祥磊

(1.中鋼集團(tuán) 武漢安全環(huán)保研究院有限公司,武漢 430081;2.中鐵二十三局集團(tuán)(湖北)爆破有限公司，武漢 430081)

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

太平洋大廈位于湖北省武漢市硚口區(qū)解放大道218號(hào)，該樓房周圍環(huán)境復(fù)雜，周圍需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物較多。東北方向緊臨地鐵站出口，距離僅為2 m；東面距離地鐵宗關(guān)站D出口地下通道18.8 m；東南面距離地下電力管線13.5 m；南面距離二環(huán)線高架橋墩54.9 m；西南面距離居民小區(qū)152 m。如圖1所示。

圖 1 周圍環(huán)境圖(單位：m)Fig. 1 Surrounding environment map(unit:m)

1.2 建筑物結(jié)構(gòu)

該樓房為框剪結(jié)構(gòu)，南北呈L型，在中間2號(hào)梯位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)，樓房總共建筑面積約為19 160 m2。

矩形區(qū)域?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)，長39.7m，寬14.6 m，高40 m，共11層，爆破部位的立柱截面為500 mm×500 mm、600 mm×600 mm、500 mm×800 mm 3種規(guī)格；異型區(qū)域?yàn)榭蚣艚Y(jié)構(gòu)，長38 m、寬14.57 m、高55 m，共16層，爆破部位的立柱截面為500 mm×500 mm、500 mm×800 mm 2種規(guī)格，剪力墻厚度為250 mm。樓房立柱和剪力墻截面尺寸如表1所示。

表 1 樓房立柱和剪力墻截面尺寸

2 爆破總體方案設(shè)計(jì)

待拆樓房具有南北呈“L”型，兩側(cè)樓體非對(duì)稱不規(guī)則的特點(diǎn)，若選擇整體定向傾倒的爆破方案，兩側(cè)樓體相互約束，會(huì)導(dǎo)致倒塌方向不可控、樓房倒塌不充分的風(fēng)險(xiǎn)；若采取原地倒塌的方案，會(huì)有爆堆過高擠壓地鐵站出口的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)考慮到待拆樓房周圍僅有西南方向有倒塌空間，決定將待拆樓房分離，分別倒塌?？紤]到宗關(guān)地鐵站D出口距離待拆樓房過近，防止爆堆對(duì)地鐵站出口造成擠壓破壞，采用機(jī)械切割的方法，在中間2號(hào)梯的位置切割掉寬度約5.8 m的樓體，將樓房分離成為矩形Ⅰ區(qū)和異型Ⅱ區(qū)；考慮到異型區(qū)域倒塌觸地振動(dòng)過大的問題，同時(shí)限制爆堆的前沖，將異型區(qū)域的爆破切口高度提高，設(shè)置兩個(gè)切口；考慮到兩側(cè)樓體分別定向倒塌，在空中會(huì)有相撞風(fēng)險(xiǎn)，爆區(qū)之間需要設(shè)定足夠的延時(shí)時(shí)間來保證兩側(cè)樓體分別定向倒塌、互不影響，通過設(shè)定孔內(nèi)延時(shí)時(shí)間控制樓房倒塌時(shí)間、設(shè)定孔外延時(shí)時(shí)間控制切口爆破時(shí)間。

根據(jù)上述樓房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、周邊環(huán)境，擬采用“孔內(nèi)、孔外延時(shí)相結(jié)合，分區(qū)順次定向倒塌”的一次爆破拆除總體方案。同時(shí)需要對(duì)樓房二層以下裙樓以及切口范圍內(nèi)的樓梯、剪力墻進(jìn)行預(yù)處理。在樓房2號(hào)樓梯處，將樓房分離為矩形Ⅰ區(qū)和異型Ⅱ區(qū)，“Ⅰ區(qū)”切口設(shè)置在樓房底部，“Ⅰ區(qū)”先向西南方向定向傾倒；“Ⅱ區(qū)”切口設(shè)置在樓房底部和中部，“Ⅱ區(qū)”隨后向西方向三層折疊爆破，如圖2所示。本次工程孔內(nèi)采用澳瑞凱Exel長延時(shí)導(dǎo)爆管雷管、孔外低段非電導(dǎo)爆管雷管接力延時(shí)起爆網(wǎng)路[1,2]。

圖 2 總體爆破方案示意圖(單位:m)Fig. 2 Schematic diagram of the overall blasting plan(unit:m)

3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)拆除方案

(1)機(jī)械拆除二層以下裙樓。

(2)在2號(hào)梯處，采用人工與機(jī)械結(jié)合方式將大樓整體切割，將大樓分為矩形Ⅰ區(qū)和異形Ⅱ區(qū)，切割寬度為5.8 m。如圖3所示。

圖 3 預(yù)拆除效果圖Fig. 3 Pre-demolition picture

(3)削弱爆破切口范圍內(nèi)的樓梯，爆破切口位置內(nèi)的電梯井、剪力墻進(jìn)行“化墻為柱”處理[3]。

3.2 爆破切口設(shè)計(jì)

Ⅰ區(qū)爆破切口設(shè)置在1～3層的位置，Ⅱ區(qū)的爆破切口分別設(shè)置在1～3層、8～9層的位置。爆破切口分布如表2所示。

表 2 立柱炸高統(tǒng)計(jì)表

3.3 布孔形式與孔網(wǎng)參數(shù)

本次工程的布孔形式采取單排布孔的形式，立柱底部鋼筋最為密集，藥量也需適量加強(qiáng)，以確保立柱破壞失穩(wěn)，不同立柱的單耗見表3。

表 3 孔網(wǎng)參數(shù)表

3.4 爆破網(wǎng)路

本次工程采用孔內(nèi)高段非電導(dǎo)爆管雷管、孔外低段非電導(dǎo)爆管雷管接力延時(shí)起爆網(wǎng)路。Ⅰ區(qū)孔內(nèi)使用Exel-7段雷管(1500 ms)，根據(jù)圖2中右側(cè)虛線，將Ⅰ區(qū)按起爆順序分為A→B→C三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域間連接雷管采用2發(fā)MS9(310 ms)，Ⅰ區(qū)切口1層～3層由下至上層間采用2發(fā)MS7(200 ms)連接；Ⅱ區(qū)孔內(nèi)使用Exel-11段雷管(3400 ms)，根據(jù)圖2中左側(cè)虛線，將Ⅱ區(qū)按起爆順序分為D1→D2→E→F1→F2→G六個(gè)區(qū)域，其中D2與E、F1與F2間連接雷管采用2發(fā)MS7(200 ms)，其余區(qū)域間連接雷管采用2發(fā)MS9(310 ms)，Ⅱ區(qū)1層～3層由下至上層間采用2發(fā)MS7(200 ms)連接，切口間采用2發(fā)MS13(650 ms)連接。“Ⅰ區(qū)”與“Ⅱ區(qū)”間隔1900 ms，孔內(nèi)起爆雷管采取就近原則，不多于20發(fā)扎成一束，用2發(fā)1段導(dǎo)爆管雷管連接，同一區(qū)捆扎一起，再依次連入主網(wǎng)路，最后用激發(fā)槍起爆。起爆網(wǎng)路如圖4所示[4,5]。

圖 4 起爆效果圖Fig. 4 Detonation effect picture

4 爆破安全防護(hù)措施

(1)單體防護(hù)：加強(qiáng)裝藥部位的覆蓋，就地取材采用兩層土工格柵和棉被進(jìn)行覆蓋防護(hù)[6,7]。

(2)整體防護(hù)：在切口周圍掛設(shè)3層密目防曬網(wǎng)[8,9]。

(3)重點(diǎn)區(qū)域防護(hù)：增加被動(dòng)防護(hù)措施，在地鐵站出口與待拆大樓之間緊貼地鐵站出口安全防護(hù)棚邊墻搭設(shè)6 m高的雙層防護(hù)排架進(jìn)行圍擋，排架上覆蓋棉被并綁扎雙層竹排架及密目安全網(wǎng)。

(4)觸地振動(dòng)防護(hù)：將砼渣沿樓房倒塌方向前鋪設(shè)2條6 m高的緩沖層，并在砼渣上鋪設(shè)2層防曬網(wǎng)[10]。

5 爆破效果

起爆后，矩形Ⅰ區(qū)先向西南方向順利傾倒，異型Ⅱ區(qū)隨后向西方向順利傾倒，空中沒有碰撞。

(1)矩形Ⅰ區(qū)向前傾約20 m；異型Ⅱ區(qū)向前傾約21 m。

(2)整個(gè)樓房觸地后解體充分，爆堆破碎完全，爆堆高約為7 m。

(3)安全防護(hù)措施得當(dāng)，爆破分散物最遠(yuǎn)約為12 m，未對(duì)周圍建(構(gòu))筑物造成影響。觸地振動(dòng)最大值為0.4 cm/s,滿足爆破安全規(guī)程[11]。

6 結(jié)語

(1)機(jī)械切割分區(qū)方法對(duì)于類似的異型結(jié)構(gòu)樓房是十分必要的，將樓房分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，確保分別定向倒塌。

(2)異型Ⅱ區(qū)兩個(gè)爆破切口的合理布置，有效地控制了爆堆的發(fā)育，將觸地振動(dòng)控制在安全規(guī)程允許的范圍內(nèi)。同時(shí)通過合理的孔內(nèi)延時(shí)時(shí)間設(shè)定，保證了兩側(cè)樓體倒塌過程順利，空中沒有發(fā)生相撞的危險(xiǎn)。

(3)此次工程中采取的安全防護(hù)措施是十分有效的。一方面，通過機(jī)械方式切除地鐵站前部分樓體，另一方面通過在地鐵站搭建防護(hù)排架進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)。兩種措施的相互結(jié)合，在本次工程實(shí)踐中體現(xiàn)了其有效性，為以后類似爆破工程防護(hù)提供了施工經(jīng)驗(yàn)。