90+m高楼房折叠控制爆破.pdf

第 36 卷 第 2 期 2019 年 6 月 爆 破 BLASTING Vol. 36 No. 2  Jun. 2019 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2019. 02. 012 90 m 高楼房折叠控制爆破 武 哲 1， 黄寅生1， 张耀良2， 夏云鹏2 （1. 南京理工大学 化工学院， 南京 210094； 2. 江苏长江爆破工程有限公司， 镇江 212011） 摘 要 处于复杂环境中的一栋 90 m 高框架剪力墙结构楼房需爆破拆除， 可供倒塌的场地逼仄、 距国家二 级保护文物最小距离只有17 m。对楼房采用了三个爆破缺口、 自上而下顺序起爆、 上中切口间时差1. 3 s、 中 下切口间时差 1. 5 s、 向南双向折叠控制爆破技术。用人工剪破碎和机械剪切等方法结合力学原理对剪力 墙、 电梯井等刚性承重体提进行预处理， 尽可能在爆破前不影响建筑物稳定性的前提下消弱楼房的刚性。分 析并结合楼房的建筑材料、 结构和受力状态选择最符合的爆破参数， 爆破中使用复式双闭合起爆网路， 采用 合理的减震、 防尘和防飞石等防护措施。爆破效果良好， 确保了临近的国家二级保护文物和周边建构筑物的 安全。 关键词 拆除爆破； 90 m 高楼房；双向折叠；爆破参数 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2019） 02 -0078 -07 Folding Controlled Blasting of 90 m Tall Building WU Zhe1， HUANG Yin-sheng1，ZHANG Yao-liang 2， XIA Yun-peng2 （1. School of Chemical Engineering， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China； 2. Jiangsu Changjiang Blasting Engineering Co Ltd， Zhenjiang 212011， China） Abstract The demolition blasting design and construction technology for a 90 m high building with frame-shear wall structure was pered in a complex environment. The collapsible site was narrow with minimum distance 17 m to national second-class protected cultural relics， and 3 blasting cuts were set from top to bottom of the building. The time difference between upper and middle cuts and middle and lower cuts was 1. 3 second and 1. 5 second， respec- tively. The bidirectional folding controlled blasting technology was carried out southward. The pretreatment and blas- ting parameters， priming circuit and safety protection measures of the project were given. Under the refined construc- tion， good blasting effect was obtained， without damage to adjacent national second-class protected cultural relics and surrounding buildings. Key words explosive demolition blasting； 90 m high building；bidirectional folding；blasting parameters 收稿日期 2019 -01 -20 作者简介 武 哲 （1990 - ） ， 男， 南京理工大学化工学院博士研究 生， 主要从事爆破拆除技术方面的研究，（E-mail） wz3501 zjcjbp. cn。 通讯作者 黄寅生 （1962 - ） ， 男， 南京理工大学化工学院教授、 博士 生导师， 从事爆破器材与爆炸应用技术，（E-mail） huang yinsheng sina. com。 1 工程概况 1. 1 基本情况 待爆楼房宇鑫大厦位于山西大同古城武定西门 正北侧， 元代土城墙南侧， 该楼高 90 m， 独幢建筑面 积 42 000 m2， 这在山西爆破拆除这么高单体面积这 么大的楼房还是首例， 故称山西第一爆。 1. 2 环境特点 该楼南侧 39 m 处是古城墙护城河上拱桥， 107 m处是宋代北城墙； 北侧17 m 处是元代土城墙， 58 m 处是物资园小区； 东北方向 68 m 处是二医院 家属楼。在该楼的四周还分布了雨污水管线、 地下 电缆、 弱电管道、 天然气管道、 热力管道以及配电箱。 具体的周边环境及管线位置如图 1、 图 2 所示。 万方数据 图 1 周围环境示意图 （单位 m） Fig. 1 Surrounding conditions of the building waiting for blasting （unit m） 1. 3 结构特点 1. 3. 1 基本情况 待爆楼房为框支剪力墙结构， 地面以上共 28 层， 地面以下 2 层， 建筑 高 度 90 m， 全 楼 长 95. 6 m， 宽 22. 2 m， 总建筑面积 42 000 m2。 1 2 层为商铺， 其结构由加厚的落地剪力墙和 大截面的框支梁、 框支柱构成； 2 3 层之间为转换 层， 其结构尤为复杂， 它是底部立柱与上部剪力墙的 过渡衔接层； 3 26 层为单元住宅， 27 层为机房， 其 结构均为箱式全剪力墙结构， 剪力墙厚度随楼层高 度升高而变薄， 其厚度分别为 900 mm、 500 mm、 350 mm、 250 mm。见图 3。 1. 3. 2 多个电梯井 楼房由 4 个单元组成， 每个单元均设有电梯井 和上下楼梯间。见图 4。 图 2 爆区环境示意图 （单位 m） Fig. 2 Schematic diagram of the blasting area（unit m） 图 3 待爆楼房立面图 （单位 m） Fig. 3 Elevation of the building to be blasted（unit m） 1. 3. 3 1 2 层有大截面立柱 1 转换层之间的框架柱截面大、 钢筋密、 尺寸 多样， 有 600 mm 600 mm、 900 mm 900 mm、 1000 mm 1000 mm、 1100 mm 1100 mm、 2300 mm 900 mm 等多种截面。 1. 3. 4 南北两侧底部都有裙楼 南侧裙楼宽 6. 1 m， 高 8. 8 m， 北侧裙楼宽 3. 8 m， 高 8. 8 m。 2 爆破要求 （1） 南、 北两城墙系国家二级保护文物， 绝对不 可损坏。 （2） 周边管线不得受损。 （3） 振动和飞石不得伤及周边居民楼房及门窗。 3 施工难点 （1）文物必须保护。待爆楼房南侧 39 m 处的 护城河上通往武定西门的拱桥不得挤压； 北侧 17 m 处元代土城墙遗址不得损坏。 97第 36 卷 第 2 期 武 哲， 黄寅生， 张耀良， 等 90 m 高楼房折叠控制爆破 万方数据 （2）安全要求极高。待爆楼房四周布满了各种 管线， 最近的只有 5 m； 最近的居民楼只有 58 m， 而 且位于第二个缺口下方， 飞石抛射极易损坏门窗及 楼顶太阳能热水管。 （3） 倒塌方向受限。向东 21 m 有管线， 向南 39 m有拱桥， 向西17 m 有天然气管道， 向北17 m 有 元代土城墙， 只能将高 90 m 的大楼折叠在向南的 39 m 范围内。 图 4 楼层平面图 （单位 m） Fig. 4 Floor plan（unit m） 图 5 2300 900 mm 立柱 Fig. 5 2300 900 mm column （4）结构极其复杂。底部有多根大截面立柱， 四周有较厚的剪力墙， 3 26 层为纵横相连的剪力 墙与暗柱构成的 “箱” 体结构。此楼房结构设计可 抗 8 级地震， 因此， 倒塌后解体难度大 ［1］。 （5）预处理工程大。为保证楼房爆破时定向准 确， 彻底坍塌， 必须对大量的剪力墙和部分柱进行预 处理， 可厚 350 mm 的剪力墙只能靠人工处理， 工程 量、 施工难度、 劳动强度都比较大。 （6）控制危害难度大。高空两道切口起爆时， 飞石抛射较远， 必须进行有效的防护。 （7）警戒清场工作量大。待爆楼房位于大同古 城旅游区， 周边有多个居民小区及交通干线， 爆破时 既要实施交通管制， 又要对室外 200 m 范围、 室内 100 m 范围内的人员进行清场， 清场警戒任务极重。 （8）工期压力太大。26 d 内必须完成预处理、 钻 孔、 装药、 防护、 实施爆破的整套工作， 工期压力太大。 4 方案选择 4. 1 双向折叠 因楼房较高， 单体纵向较长， 向东、 西两个方向倾 倒， 都会压坏距离较近的裸露和地下的管线， 而且纵 向倾倒开设的缺口较高， 倾倒距离较大， 施工难度也 很大。为确保南北方向两文物及东西方向管线的安 全， 在倒塌距离不够的情况下， 采用向南双向折叠的 方法， 将高90 m 的楼房折叠在有限的39 m 范围内。 4. 2 缺口开设 在决定采取双向折叠和定向爆破相结合的方案 后， 本次爆破自下而上设计三个爆破缺口 （切口） ， 具体的位置、 形式、 高度、 倾角如表 1 所示 ［2-4］。见 图 6。 表 1 爆破缺口参数 Table 1 Parameters of blasting cut 缺口 缺口 位置/ 层 倒塌 方向 缺口 形式 缺口 高度/ m 缺口 倾角/ 上部缺口19 21南三角形8. 724 中部缺口10 12北三角形8. 724 下部缺口1 2南三角形7. 823 图 6 爆区缺口示意图 （单位 m） Fig. 6 Parameters of blasting cut（unit m） 08爆 破 2019 年 6 月 万方数据 4. 3 破坏程度 上、 中两缺口必须彻底破坏缺口内剪力墙、 暗 柱、 电梯井等所有支撑， 使其上部结构按设计方向顺 利倾倒； 下部缺口 （1 2 层） 内的剪力墙、 立柱、 电梯 井只做炸松处理， 防止彻底倾倒后座元代土城墙， 炸 松的目的是便于后续机械处理。 4. 4 预处理 为确保楼房按设计方案彻底坍塌， 必须削弱缺 口范围内的支撑， 对电梯井、 剪力墙、 暗柱、 楼梯进行 强度削弱处理。 4. 4. 1 剪力墙及电梯井的预处理 1 3 层的电梯井及剪力墙用机械处理， 中、 下 部缺口范围内的剪力墙和电梯用人工预处理 ［5， 6］。 与倒塌方向一致的墙开设墙洞， 预留墙柱， 爆破时只 炸墙柱； 与倒塌方向垂直的墙在根部和上部开设两 条宽 20 cm 的横槽。见图 7、 图 8。 图 7 电梯井预处理照片 Fig. 7 Pre-treatment photo of elevator shaft 图 8 剪力墙预处理照片 Fig. 8 Pre-treatment photo of shear wal 4. 4. 2 楼梯的预处理 为削弱楼梯在倒塌过程中的支撑作用， 必须将 缺口 10 12 层和上部 19 21 层内的楼梯每层打断 1 2 个台阶， 剔除混凝土预留钢筋。见图 9。 4. 4. 3 裙楼预处理 大厦南北两侧裙楼有一定的宽度， 倒塌过程中 会阻碍主体建筑的倾倒， 预先拆除后减小倒塌范围； 裙楼的存在也会在倒塌过程中形成新的支点， 影响 主楼的整体坍塌。见图 10。 5 爆破参数计算 5. 1 爆破参数 具体 爆 破 参 数 如 表 2 所 示，大 截 面 立 柱 2300 mm 900 mm 按厚 900 mm 的剪力墙的参数 计算。 图 9 楼梯预处理照片 Fig. 9 Pre-treatment photo of stairs 图 10 裙楼预拆除范围示意图 （单位 mm） Fig. 10 Schematic diagram of pre-dismantling range of skirt building（unit mm） 5. 2 时间间隔及单段药量 缺口之间的延期时间间隔是保证上部结构顺利 坍塌， 又不与下部结构分离形成抛出的孤立体的基 本保证， 这个时间间隔即使用力学的理论来计算， 爆 破时缺口形成过程中各支撑的破坏程度、 分离时间 都将影响理论计算值。因此， 我们在查阅了相关资 料后， 本次爆破采用上部与中部缺口间的间隔时间 为 1. 3 s； 中部与下部缺口间的间隔时间为 1. 5 s。 单段最大药量为 200 kg ［7， 8］。见表 3。 6 起爆网路 本次爆破采用双向复式闭合起爆网路， 并将各 缺口的闭合网络进行上下立体搭接， 形成平面、 垂直 的立体式多向多通道闭合网路， 确保网路的准爆性。 见图 11。 18第 36 卷 第 2 期 武 哲， 黄寅生， 张耀良， 等 90 m 高楼房折叠控制爆破 万方数据 表 2 爆破参数 Table 2 Blasting parameters 爆破对象 截面尺寸 （b h） / （mm mm） 最小抵抗线 W/ m 孔径 φ/ mm 孔深 L/ m 间距 a/ m 排距 b/ m 炸药单耗 q/ （gm -3） 单孔药量 Q单/ g 600 6000. 300380. 390. 401215175. 0 框架柱 900 9000. 330380. 580. 500. 241235250. 0 1000 10000. 380380. 650. 500. 241200300. 0 1100 11000. 400380. 730. 500. 301157350. 0 δ900 0. 460380. 580. 500. 461208250. 0 剪力墙 δ500 0. 250380. 290. 350. 35122475. 0 δ350 0. 175380. 200. 300. 25190550. 0 δ250 0. 125380. 150. 250. 25240037. 5 表 3 单段装药量和延期时间计算 Table 3 Single-section charge and delay time calculation 缺口位置段别炮孔数 单段药量 Q单/ kg 使用雷管 段别 延期时间 t延期/ s 间隔时差 t间隔/ s 14000200MS -30. 05 上部缺口23000150MS -50. 110. 06 3100050MS -70. 200. 09 44000200HS -41. 501. 30 中部缺口53000150HS -52. 000. 50 6100050HS -62. 500. 50 72500150HS -94. 001. 50 下部缺口81500100HS -104. 500. 50 9100050 HS -10 4. 880. 38 MS -10 总计21 000110019. 744. 83 7 安全计算 本次爆破单段最大药量为 200 kg， 对最近的拱桥 （39 m） 、 民房 （58 m） 进行了安全校核； 因采用的是双 向折叠爆破， 塌落振动速度公式中的 M 就不是总质 量， 而是设计分段爆破第一时间着地的那部分的质 量 ［9-11］。见表 4。 表 4 爆破安全计算 Table 4 Blasting safety calculation 有害效应计算公式 允许振速 v/ （cms -1） 距保护物距离 R/ m 安全计算值 爆破振动V ＝ K ［ （Q） 1/3 / R］ αK＇ 民房 3. 5 拱桥 5. 0 民房 58 m 拱桥 39 m 民房 1. 0 cm/ s 拱桥 2. 1 cm/ s 塌落振动Vt ＝ kt ［ （MgH/ σ） 1/3 / R］ β 民房 3. 5 拱桥 5. 0 民房 58 m 拱桥 39 m 民房 2. 2 cm/ s 拱桥 4. 3 cm/ s 爆破飞石Rmax＝ KfqD无防护下91. 2 m 空气冲击波RB＝ KB （Q） 1/2 28. 3 m 8 危害控制 （1）覆盖防护 在爆破部位先采用4 层安全网包裹， 然后再用有 一定强度和拉力的骨干塑料网缠绕， 最外层再用 2 层 安全网包裹， 最后用铁丝在外围捆绑牢固。见图12。 （2）近体防护 在爆破部位的外侧用多层安全网进行大面积覆 盖， 覆盖的部位要大于炮孔的面积， 并进行牢固固 定。见图 13。 28爆 破 2019 年 6 月 万方数据 图 11 起爆网路示意图 Fig. 11 Schematic diagram of detonation network 图 12 覆盖防护照片 Fig. 12 Protection photo 图 13 防护照片 Fig. 13 Protective photos （3） 遮挡防护 对周边需要保护的重点目标建筑进行有效遮挡， 如图13 中对较近的58 m 民房进行全覆盖式遮挡。 （4） 开挖隔离减振沟 如图 13 所示， 为确保拱桥安全， 防止爆破上部 结构着地时冲击挤压， 在拱桥北侧开挖隔离减振沟， 并将开挖出来的土堆至靠近楼房的一侧， 成为楼房 着地时缓冲墙。 （5） 振动监测 爆破前， 将测振传感器设置在需要保护的多个 重点目标附近， 监测收集实际振动速度， 为爆后分 析、 验证效果提供数据支撑 ［12］。 9 爆破效果 （1） 折叠效果明显 第一缺口起爆后楼房上部结构整体向南倾倒， 第二缺口起爆后上部结构整体下坐， 第一缺口上部 结构向南倾倒速度减缓， 然后两部分形成折叠体向 南倾落， 折叠效果非常明显。 （2） 拱桥安然无恙 上、 中两缺口上部结构着地时顶端正好压在拱 桥北侧减振沟北侧堆起的缓冲墙上， 减振沟被挤压， 拱桥安然无恙。 （3） 元代土城墙毫发无损 底部缺口起爆后， 支撑立柱后剪力墙只是裂纹， 部分松散， 楼房折叠倒塌后， 底部仍有 5 6 层未倒， 作为支撑， 没有任何后座， 确保了元代土城墙的安全。 （4） 周边管线和建筑没有损坏 爆后通过管线单位检测， 周边燃气、 电力、 网络、 通信、 自来水等管线以及居民楼门窗玻璃都无损坏。 见图 14。 图 14 折叠爆破过程 Fig. 14 Folding blasting process 10 结论与思考 本次爆破采用折叠爆破的方式， 根据现场对爆 破过程的影像资料、 测振数据的分析以及对爆后效 果的观察， 我们总结出以下结论 （1）在倒塌场地受限时采用双向折叠爆破的方 法， 可以将较高的建筑物倒塌在有限的范围内。 （2） 从爆破的影像分析， 上下缺口的间隔时间 38第 36 卷 第 2 期 武 哲， 黄寅生， 张耀良， 等 90 m 高楼房折叠控制爆破 万方数据 在 1. 5 s 左右比较合理。 （3）需保护的重要目标方向留有较硬的支撑可 防止产生后座， 确保目标安全。 （4）拆除爆破时采用有效的覆盖防护、 近体防 护、 遮挡防护、 开挖隔离减振沟、 堆筑缓冲墙等控制 爆破危害的措施是非常有效的， 尤其对缺口部位较 高的防飞石是非常必要的。 （5） 折叠爆破时折叠的缺口位置、 上部结构的 预留高度， 不同的结构、 不同的环境应该选取不同的 缺口位置和预留高度， 究竟多少为合适还需进一步 的研究后探索。 参考文献 （References） ［1］ 张北龙， 邢光武. 复杂环境剪力墙结构楼房折叠爆破 及安全研究 ［J］ . 爆破， 2016， 33 （1） 96-99. ［1］ ZHANG Bei-long， XING Guang-wu. 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