高層建筑物多切口大角度定向爆破技術(shù)與應(yīng)用

李友軍，張北龍,2，鄭 耿，汪惠真，段麗環(huán)，楊云天

(1.廣東中人集團(tuán)建設(shè)有限公司，廣州 510515；2.廣東中人巖土工程有限公司，廣州 510515)

在城市轉(zhuǎn)型升級(jí)中，越來(lái)越多的舊建筑及違章建筑已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前城市建設(shè)的發(fā)展，需要進(jìn)行拆除或改造[1-5]。對(duì)于城市改、擴(kuò)建過(guò)程中高層建筑物的爆破拆除，在安全和環(huán)境允許的條件下，采用布置多個(gè)爆破切口、且切口為梯形大角度的爆破技術(shù)，可很好地解決高層建筑物爆破拆除中，建筑物結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境復(fù)雜、爆破難度大、安全性差等突出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高層建筑物安全、高效的拆除。本文以爆破拆除廣州市增城區(qū)荔新十二路1棟26層辦公大樓為例，介紹了采用多切口大角度定向爆破技術(shù)拆除高層建筑物的應(yīng)用與效果，以期為類(lèi)似爆破拆除工程提供借鑒。

1 多切口大角度定向爆破技術(shù)原理

在待拆除大樓上適當(dāng)位置布置3個(gè)(或3個(gè)以上)切口，切口為梯形形狀，增大每個(gè)切口角度，來(lái)實(shí)現(xiàn)切口角度與倒塌建筑物重心間的最佳比例關(guān)系；通過(guò)爆破參數(shù)優(yōu)化和爆破網(wǎng)路適配性調(diào)整，切口自下而上逐步起爆，爆破切口內(nèi)每排立柱由前向內(nèi)、分段延時(shí)、逐排起爆；爆破網(wǎng)路間一個(gè)切口區(qū)域內(nèi)上、下樓層相差一個(gè)段別時(shí)間，相鄰切口起爆順序整體相差一個(gè)段別時(shí)間，爆破網(wǎng)路整體上呈現(xiàn)立體交叉相錯(cuò)起爆。

1.1 多切口布置

根據(jù)待拆大樓高度及周邊環(huán)境允許條件，布置適當(dāng)數(shù)量切口，一般為3個(gè)。第1個(gè)切口的主要作用是控制樓房的倒塌方向，確保樓房倒塌方向準(zhǔn)確無(wú)誤，第2、3個(gè)切口的主要作用是縮短塌散長(zhǎng)度，降低爆破振動(dòng)以及塌落振動(dòng)；在第2、3個(gè)切口的作用下，樓房在倒塌過(guò)程中，切口之間樓段擠壓碰撞，在倒塌過(guò)程中二次解體，破碎效果較好，很大程度上降低樓房倒塌時(shí)的塌落振動(dòng)以及爆破振動(dòng)。

1.2 切口角度

相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，若增大每個(gè)爆破切口的角度，必須根據(jù)待拆除建筑物具體情況和各個(gè)切口作用的不同，適當(dāng)選取切口角度范圍，一般是第1切口角度控制在35°～45°，第2、3切口角度控制在25°～30°。此次待爆破拆除大樓的切口均采用梯形形狀，第1切口角度取45°，第2、3切口角度都取29°。大角度梯形切口設(shè)計(jì)加大了爆破區(qū)域，實(shí)現(xiàn)切口角度與倒塌建筑重心間的最佳比例關(guān)系，確保樓房倒塌方向準(zhǔn)確，縮短了建筑物倒塌長(zhǎng)度，增加爆破破碎解體的充分性。

1.3 立體交叉相錯(cuò)起爆網(wǎng)路

切口從下而上逐步起爆，梯形切口內(nèi)立柱爆破高度由外向內(nèi)逐漸降低，每排立柱由外向內(nèi)、逐排起爆，建筑物結(jié)構(gòu)逐步緩慢失穩(wěn)，避免了全部炮孔一次起爆對(duì)結(jié)構(gòu)主體的破壞及其他次生危害，減少了高大建筑物爆破后坐現(xiàn)象的發(fā)生；1個(gè)切口區(qū)域內(nèi)上、下樓層相差一段別時(shí)間，相鄰切口起爆順序整體相差一段別時(shí)間，爆破網(wǎng)路整體上呈現(xiàn)立體交叉相錯(cuò)起爆，避免不同切口、不同樓層間同段別雷管爆破藥量疊加，有效減少爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響；爆破整體延時(shí)時(shí)間較短，3個(gè)爆破區(qū)域解體樓段同步倒塌，樓體互相擠壓破碎，破壞解體效果良好，縮短塌散長(zhǎng)度。

2 爆破方案

待拆辦公大樓共26層，建筑高度106.5 m，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，面積約27 000 m2，樓層高，立柱截面大，最大立柱尺寸達(dá)1 100 mm×1 800 mm，為爆破拆除同類(lèi)建筑中斷面之最，建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。大樓東北側(cè)及北側(cè)為密集的住宅小區(qū)，西側(cè)緊鄰荔新十三路，西南側(cè)為開(kāi)闊空地，可供樓房倒塌的空間有65 m，南側(cè)距離廣園快速路240 m。

根據(jù)周?chē)h(huán)境，采取半秒延時(shí)起爆，向東偏南45°定向倒塌。采用3個(gè)大切口的爆破方式。3個(gè)切口分別位于1～3層、10～11層、18～19層(見(jiàn)圖1)。立柱的破壞高度H=2.5～3.0 m，剪力墻的破壞高度取2.0～3.0 m，立柱、剪力墻結(jié)構(gòu)炮孔分別選取不同的炸藥單耗量，每排立柱采用不同段別雷管起爆，采用雙環(huán)路閉合復(fù)式網(wǎng)路。

2.1 預(yù)處理

分別采用人工法、機(jī)械法、爆破法對(duì)剪力墻、樓體、電梯間等結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理[6]。通過(guò)一定比例的預(yù)處理，大面積墻體變成了長(zhǎng)50～150 cm的簡(jiǎn)化柱體，方便鉆爆施工，利于安全防護(hù)(見(jiàn)圖2)。

圖1 爆破切口位置Fig.1 Blasting incision position

圖2 剪力墻預(yù)處理(平面)Fig.2 Pre-treatment of shear wall (plane)

2.2 炮孔布置

立柱沿中心線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置3排孔。剪力墻分為垂直墻面布孔和平行于墻面布孔2種方式。垂直于墻面布孔時(shí)，孔距和排距等于墻厚，平行于墻面布孔時(shí)，只布1排孔(見(jiàn)圖3～圖4)。

圖3 立柱炮孔布置Fig.3 Hole arrangement in the upright column

圖4 剪力墻炮孔布置Fig.4 Hole arrangement in the shear wall

2.3 爆破參數(shù)

爆破采用φ40 mm炮孔，2號(hào)巖石乳化炸藥φ32 mm×200 mm。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試爆，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整，得出本次相應(yīng)爆破參數(shù)如表1所示。

表1 優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)爆破參數(shù)

2.4 起爆網(wǎng)路

1)延時(shí)時(shí)間。切口從下而上逐步起爆，1個(gè)切口內(nèi)4排立柱，由外向內(nèi)逐排起爆(整體結(jié)構(gòu)分4排：A、B、C、D)，建筑物結(jié)構(gòu)逐步緩慢失穩(wěn)。采用半秒延時(shí)和毫秒延時(shí)起爆時(shí)間間隔，為降低一次齊爆藥量，避免不同樓層同段別雷管藥量疊加，第2、3切口經(jīng)MS3段孔外延時(shí)后聯(lián)入主爆網(wǎng)路，1個(gè)切口區(qū)域內(nèi)上、下樓層間相差1段別時(shí)間，相鄰切口起爆順序整體相差1段別時(shí)間，爆破網(wǎng)路整體上呈現(xiàn)立體交叉相錯(cuò)起爆，各切口雷管段別及延時(shí)時(shí)間如表2所示。

2)網(wǎng)路連接。為保證爆破安全可靠，采用非電簇聯(lián)法復(fù)式導(dǎo)爆管孔內(nèi)延時(shí)雷管構(gòu)成的閉合雙環(huán)路復(fù)合起爆網(wǎng)路(見(jiàn)圖5)。第1切口立柱和剪力墻孔內(nèi)的雷管通過(guò)雙發(fā)MS3段雷管簇聯(lián)，然后用四通和導(dǎo)爆管將同層的立柱和剪力墻的MS3段雷管分別連接，第2切口立柱和剪力墻通過(guò)MS3段雷管簇聯(lián)，第3個(gè)切口立柱和剪力墻通過(guò)MS3段雷管簇聯(lián)。然后將柱(墻)與柱(墻)縱橫連接成閉合復(fù)式網(wǎng)路；同一層的爆破網(wǎng)路連接好后，層與層之間的柱(墻)與柱(墻)上、下連接成多通道閉合網(wǎng)路。最后用2條導(dǎo)爆管引至起爆站由脈沖起爆器起爆。

表2 切口雷管段別及延時(shí)時(shí)間

圖5 雙環(huán)路閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路Fig.5 Double loop closed compound detonation network

2.5 安全措施

待拆大樓周邊環(huán)境復(fù)雜，緊鄰居民樓、幼兒園及高壓線(xiàn)路，需要采取有效的防護(hù)措施，防止爆破飛石、爆破沖擊波、爆破振動(dòng)、爆破粉塵等危害對(duì)周邊的影響。

1)在倒塌方向上布置4道減振土堤，每10 m砌筑1道，土堤采用現(xiàn)場(chǎng)紅土堆砌，頂寬2 m，底寬4 m，高度3 m，頂部壓3層土袋。

2)在待拆大樓的四周地面上開(kāi)挖減振溝，開(kāi)挖深度1.5 m，寬1.5 m。

3)對(duì)爆破部位加強(qiáng)防護(hù)，使用20層密目安全網(wǎng)進(jìn)行包裹，并用12號(hào)鐵絲捆扎結(jié)實(shí)。在爆破切口外側(cè)掛20層密目安全網(wǎng)，以阻擋飛石對(duì)周?chē)课莶ＡЪ案邏壕€(xiàn)破壞。

4)住宅小區(qū)最北側(cè)的房子窗戶(hù)用掛竹籬笆進(jìn)行防護(hù)，防止沖擊波對(duì)房屋玻璃損壞。

3 爆破效果

待拆大樓于2018年8月30日16時(shí)準(zhǔn)時(shí)起爆，整個(gè)倒塌過(guò)程大約持續(xù)約6 s，倒塌過(guò)程如圖6所示。大樓按爆破設(shè)計(jì)方向準(zhǔn)確倒塌，近倒塌方向110 kV高壓線(xiàn)塔處監(jiān)測(cè)數(shù)值最大，最大振動(dòng)數(shù)值為0.81 cm/s,，主振頻率為4.87 Hz，符合安全允許標(biāo)準(zhǔn)[7]。爆破沒(méi)有產(chǎn)生其他次生影響，倒塌長(zhǎng)度約37 m，爆堆高度約15 m，附近居民區(qū)、天然氣管道、通信管道等安然無(wú)恙，此工程創(chuàng)下華南地區(qū)爆破拆除第一高。

據(jù)測(cè)算，采用多切口大角度定向爆破技術(shù)進(jìn)行此超高層建筑物拆除，較傳統(tǒng)方法，工期明顯提前10 d左右，施工成本節(jié)約15萬(wàn)元，創(chuàng)造綜合經(jīng)濟(jì)效益約50萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

本次爆破結(jié)合多種先進(jìn)拆除爆破技術(shù)，通過(guò)精心組織、合理安排施工工序，實(shí)現(xiàn)了該工程安全無(wú)事故、質(zhì)量?jī)?yōu)良、高效率完成的目標(biāo)，提高了爆破拆除的精細(xì)化程度，有效降低了施工成本，縮短了建筑物拆除施工工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本技術(shù)已在多棟高層建筑物爆破拆除施工中得到應(yīng)用，均取得良好的爆破效果，為其他類(lèi)似建筑物的拆除提供了很好的借鑒作用。