高危水塔搶險爆破拆除

李子玉,周曉光,王 強

（湖南鐵軍工程建設有限公司， 湖南 長沙 412100）

0 前 言

連日暴雨導致邊坡出現垮塌，垮塌混凝土邊坡對某縣國稅局25 m高磚混結構水塔底部造成巨大沖擊，導致水塔下部多處出現裂縫，部分墻體出現位移。暴雨仍在持續，該水塔不立即拆除，一旦意外倒塌，后果不堪設想。

待拆除水塔現場環境復雜，西側6 m為陽光麗景小區住宅樓，東側9 m為縣國稅局辦公樓、東南側25 m為縣國稅局宿舍樓（見圖1）。

圖1 水塔周邊環境

水塔高度25 m，磚混結構，水塔3.2 m以下外周長13.6 m，水塔筒壁厚度50 cm，水塔3.2 m以下部分設有混凝土圈梁；水塔3.2 m以上周長12.8 m，水塔筒壁厚度37 cm。水塔東北側有一高為3.2 m，寬0.9 m的進出門，水塔南側4.2 m以上有一寬0.9 m，高1.5 m窗口。水塔內有3根Φ50的金屬水管，因水塔門框變形導致施工無法冒險進入切斷水管。

1 爆破拆除方案

1.1 爆破方案確定

依據倒塌方式不同，拆除爆破總體分為定向倒塌、原地坍塌、折疊倒塌等方式[1]。結合該水塔的受損程度和周邊環境，最終確定控制爆破定向倒塌方案，不設置定向窗。為避開民房和其他建（構）筑物，爆破切口需朝向較開闊的方向，因此，水塔向東偏南 45°空地定向倒塌。將切口位置設在距地面3.3 m位置，可為鉆孔避開水塔受損部位，保證成孔和爆破效果；高切口也可減少倒塌方向的距離和塌落物質量，減輕塌落振動。

1.2 爆破參數確定

切口位置距地面3.3 m，爆破切口采用正梯形，切口下底長6.8 m，上底長5.6 m，切口高度0.9 m，爆破切口布置見圖2。

3.3 m處切口采用梅花型布孔，每個裝入藥包，每孔一發雷管；由于水塔下部多處出現裂縫，部分墻體出現位移，水塔內3根金屬水管無法冒險切割，為保證爆破效果，在 1，2排炮孔適當加大藥量，爆破具體參數如表1所示。

1.3 安全施工措施

為保證水塔準確倒塌和施工過程中人員安全，減少炮孔偏差，提高爆破準確性，在水塔倒塌側設置3.2 m高腳手架，腳手架設置穩固，人員上下佩戴安全帶。為防止施工過程中水塔出現意外倒塌，腳手架上同時作業人員不得超過兩人，并有專職的人員采用全站儀不斷監測水塔情況，一旦出現異常，立即通知作業人員停止作業、撤離現場。

1.4 爆破網路設計

起爆網路采用瞬發電雷管，每孔一發起爆雷管，構成串聯網路（見圖3）。

2 爆破安全與防護措施

2.1 振動與飛石距離校核

（1）爆破振動校核。本次爆破一次齊爆的最大藥量為5.28 kg。根據環境的具體要求和安全允許的振速計算公式校核[2]：

式中：v為安全允許的振速，cm/s；K為與介質和爆破條件因素有關的系數，取150；K1為拆除爆破振動折減系數，取0.2；Q為一次齊爆藥量；R為爆源至保護物的距離；α為衰減系數，α取1.8。

圖2 爆破切口布置

表1 爆破參數

圖3 爆破起爆網絡

經計算，在R=9 m，R=12 m，R=25 m距離上，爆破產生的質點振動速度分別為 1.65，0.98，0.26 cm/s，小于安全允許的振動速度。

（2）塌落振動校核。由于水塔為高聳建筑物，爆破使其傾倒時會對地面產生沖擊振動，其振動遠大于炸藥爆破時產生的振動，因此，應重點控制水塔倒塌時的振動。建筑物爆破傾倒后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]。根據中國科學院力學研究所提供的經驗公式，建筑物塌落作用于地面造成的振動速度可按下式計算：

式中：M為下落構件的質量，t；H為構件重心高度，m；L為重心高度落點處距被保護對象的距離，m；e為地面介質的破壞強度，一般取10 MPa；g為重力加速度，9.8 m/s2；β為塌落振動速度衰減指數，取-1.80～-1.66；Kt為塌落振動速度衰減衰減系數，取 3.37～4.09。根據相關實踐數據[4]，采取減振措施后，塌落振動可減少70%。經計算，水塔塌落振動為0.63 cm/s，水塔塌落觸地振動速度較小，對建筑物危害不大。

（3）飛石距離校核。個別飛石按下式計算[5]：

式中：v石為飛石初速度，m/s；Qd為單孔最大藥量，為0.1 kg；W為最小抵抗線，取0.2 m；k為防護系數，取0.2；S為個別飛石水平方向的距離，m；γ為飛石的拋射角，取 45°，帶入式（3）、式（4）得S=32.83 m，而警戒距離為150 m能夠保證安全要求。

2.2 減振與飛石防護措施

從爆破拆除水塔倒塌方向下部開始至倒塌方向30 m，倒塌位置兩側各10 m位置鋪設土工布2層、細沙50 cm，細沙上部鋪設彩條布作為緩沖層，并在倒塌方向靠近保護建筑物一側設置減振溝，主要用于減輕水塔塌落振動。

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實際情況，對爆破飛石應采取預防技術措施, 并適當防護，以降低飛散距離。爆破切口處采用兩層棉被覆蓋，并用鐵絲固定；棉被外加兩層鋼絲網，由鐵絲圍繞水塔固定；在鋼絲網外圍再加兩層塑膠網，用鐵絲固定于水塔上。

3 爆破效果及結語

3.1 爆破效果

2018年5月8日，高危水塔成功爆破拆除，周邊的建筑物安然無損，安全隱患得以排除，搶險工作取得圓滿成功。切口爆破后，水塔朝著預定方向倒塌，未產生后座，爆破后水塔傾倒在緩沖層防護材料上，減小了塌落振動及塌落飛石對周圍的沖擊。爆破前后對比見圖4。

圖4 爆破前后對比

3.2 爆破結語

（1）對于高危水塔的爆破拆除，科學管理，考慮全面，切不可急于求成，以防次生災害傷及施工人員。在施工過程中一定要注意觀測高危建筑物的變化過程，發現險情及時撤離人員，保證作業人員安全。采用精細化設計、施工，確保水塔倒塌方向和有害效應的控制。

（2）緩沖層、減振溝能有效減小塌落振動，防護材料及緩沖層能有效控制爆破飛石。選用細沙作為緩沖層材料時，在上部鋪設彩條布或土工布；安全防護材料一定要綁緊扎牢，保證爆破時起到防護作用。