復雜環境下鋼筋混凝土水塔高切口定向爆破拆除

周曉光，李子玉，董恒超

（湖南鐵軍工程建設有限公司， 湖南 長沙 412100）

1 工程概況

水塔位于湖南省某高校本部院內，該水塔為供水用鋼筋混凝土倒錐殼傘形水塔，高度為35 m。因水塔長期閑置存在安全隱患以及場平工程需要，學院確定將水塔從室外地坪標高以上進行拆除，以消除安全隱患，達到現場平整、整潔的目的。

1.1 周圍環境

水塔位于財苑1食堂北側，東側距離南北走向的地下天然氣管道（埋深0.6 m）最近距離59 m，距浴室（磚混結構）64.5 m， 距教工宿舍10號樓62 m，距離南北走向地下自來水管道（埋深1 m）60 m，東南方向距離污水井最近34 m，距燃氣調節站54 m。南側距水塔0.5 m處為東西走向架空電纜線路，計劃在爆破前將其拆除，距離與電纜線路平行的地下天然氣管道（埋深0.6 m）4 m，距財苑1食堂8 m。西側距8號宿舍樓21 m，西北方向距離7號宿舍樓35 m。北側距離較近的鍋爐房計劃在爆破前將其拆除。距離財苑2食堂42 m，東北向距地下天然氣管道最近 43 m,東北方向距燃氣調節箱64 m，距6號宿舍樓70 m。周邊環境較為復雜，水塔周圍環境示意如圖1所示。

1.2 水塔結構

該水塔為鋼筋混凝土倒錐形（傘形）薄殼結構，整體性較好，總高度約35 m，其中塔身高29 m，水箱高6 m，水塔筒體外徑2.42 m，壁厚23 cm。

2 爆破拆除方案

2.1 爆破方案確定

對水塔采取定向倒塌的淺孔控制爆破拆除方案。所有炮孔均采用毫秒1段導爆管雷管起爆，敷設復試導爆管起爆網路，用擊發針起爆。為確保水塔倒塌方向的準確可靠，用人工預先開設定向窗。為保證水塔倒塌在有限場地內，不對天然氣管道造成不良影響，爆破切口位置提高到距地面7.5 m處。根據該水塔的高度、周邊環境情況和倒塌場地條件，為滿足水塔定向倒塌的條件，將水塔的東北方向的鍋爐房拆除，確定該水塔向東偏北 34°方向倒塌。

圖1 周邊環境示意

2.2 爆破切口設計

采用正梯形爆破切口，其長為4.4 m，高1.6 m，距地面高7.5 m，爆破切口位置示意如圖2所示。

2.3 預處理

（1）為確保水塔倒塌方向的精度，采用測量儀器精確測定水塔倒塌中心線；確定爆破部位，準確標定爆破切口，合理布置炮孔；預先精確開設定向窗，開設好定向窗后，進一步校核倒塌中心線；通過實爆試驗，調整和優化爆破參數；采用復式導爆管雷管起爆網路，保證準確可靠起爆。

圖2 切口位置示意

（2）為保證水塔的定向準確，爆破前人工用風鎬在爆破切口兩端各開鑿一個三角形定向窗，定向窗內鋼筋全部割除，定向窗的尺寸為：底部弧長0.7 m，高度取1.6 m。

2.4 爆破參數

7.5 m處切口采用矩形布置炮孔，爆破參數如表1所示。

2.5 安全施工措施

設計鉆孔高度 7.5 m，針對鉆眼工序需搭設腳手架，并對鉆眼揚塵進行控制。采用兩層懸挑腳手架的搭設方式，外立面滿掛密目安全網,安全網內設鋼絲網進行防護，從第二步開始滿鋪竹笆片。

表1 爆破參數

2.6 爆破網路

每個炮孔內裝藥用1發毫秒1段導爆管雷管起爆；每18發導爆管雷管并聯后連接2發導爆管傳爆，共7個并聯小組；各組2發導爆管傳爆用四通分別連接在復式導爆管網路上，用擊發針起爆。爆破起爆網絡如圖3所示。

圖3 爆破起爆網絡

3 爆破安全與防護措施

3.1 振動與飛石距離校核

3.1.1 爆破振動校核

爆破振動速度按如下公式[1]計算:

對于實例水塔，式中 K取 150，K′取 0.25，α取1.5，Q為最大單段起爆總藥量，R為切口位置距需保護的一般民房的最小距離。根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）的規定：對一般民用建筑物爆破振動速度安全允許標準值為2.0 cm/s，經計算，爆破振動對周圍建（構）筑物是安全的。對燃氣調節、燃氣調壓站允許振動速度取1.5 cm/s，爆破振動不會對其造成影響。

3.1.2 塌落振動校核

由于水塔為大型構筑物，爆破使其塌落時會對地面產生沖擊振動。構筑物爆破塌落時沖擊地面引起的振動大小與其質量、重心高度和觸點土層的剛度有關[3]。建筑物塌落作用地面造成的振動速度可按下式[2]計算：

式中：M 為下落構件的質量，t；H 為構件重心高度，m；R為重心高度落點處距被保護對象的距離，m；σ為地面介質的破壞強度，MPa，一般取10 MPa；g為重力加速度，m/s2；Β為衰減系數，取 1.66；Kt為衰減系數，取3.37；該構筑物通過分段毫秒延期延時起爆后，同時觸地的上部結構質量約250 t，重心高度最大為25 m。

塌落觸地的振動校核如表2所示。

由于地面防護層的鋪設，由表2中的計算結果可知，塌落振動速度遠小于安全允許值，可保證水塔塌落不會對周圍建筑物造成影響。

表2 塌落觸地振動速度計算結果

3.1.3 飛石距離校核

拆除控制爆破無防護條件下個別飛石的最大飛散距離，按庫圖佐夫經驗公式：

式中：S為無覆蓋條件下的爆破飛石的水平拋距，m；k為安全系數，通常取70；q為炸藥單耗，kg/m3。

經計算得S=167 m。根據無防護條件下個別飛石最大飛散距離估算結果以及周邊環境復雜的實際情況，需對爆破飛石采取措施加強防護。

3.2 減振與飛石防護措施

多打孔、少裝藥；合理選擇炸藥單耗、單孔藥量和總裝藥量，從源頭上降低爆破振動速度。在塌落部位堆積黏土緩沖層，黏土緩沖層長（縱向）10 m，寬（橫向）15 m，厚度1.5 m。

爆破前進行實爆試驗，調整和優化爆破參數。精心施工，保證炮孔位置、深度、方向準確；按設計藥量裝藥，藥卷裝填到位；保證填塞質量和填塞長度符合要求。在爆破切口部位設置6層覆蓋防飛石，從里到外依次為1層棉絮、1層鋼絲網、2層尼龍安全網、2層彩條布。外部加強安全防護，設置防護堤，在上部水箱倒落位置前方10 m處設置一道沙袋防護堤，防護箱體破碎飛石及其對下部保護層擠壓造成的飛塵、飛石。沙袋防護堤高4 m，長20 m，頂寬2 m，底寬4 m。對重點防護對象如東南側燃氣調壓站及東北側燃氣調壓閥設置兩層竹夾板進行隔離。

4 實踐體會

待爆破的水塔為鋼筋混凝土結構，水塔較高，周圍環境復雜，對倒塌方向控制要求嚴格。由于水塔上部水箱質量大、體積大，爆破振動、水塔倒塌觸地振動、爆破飛石和水塔倒地時產生的二次碎石飛濺可能對附近建筑物和設施造成不良影響，必須采取有效的安全防護措施。由于周圍環境復雜，水塔倒塌場地沒有足夠的富裕空間，為確保天然氣管道的安全，需適當提高爆破切口的位置。