高層建筑物多切口大角度定向爆破技術與應用

李友軍，張北龍,2，鄭 耿，汪惠真，段麗環，楊云天

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

在城市轉型升級中，越來越多的舊建筑及違章建筑已經不適應當前城市建設的發展，需要進行拆除或改造[1-5]。對于城市改、擴建過程中高層建筑物的爆破拆除，在安全和環境允許的條件下，采用布置多個爆破切口、且切口為梯形大角度的爆破技術，可很好地解決高層建筑物爆破拆除中，建筑物結構和周邊環境復雜、爆破難度大、安全性差等突出問題，實現高層建筑物安全、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拆除高層建筑物的應用與效果，以期為類似爆破拆除工程提供借鑒。

1 多切口大角度定向爆破技術原理

在待拆除大樓上適當位置布置3個(或3個以上)切口，切口為梯形形狀，增大每個切口角度，來實現切口角度與倒塌建筑物重心間的最佳比例關系；通過爆破參數優化和爆破網路適配性調整，切口自下而上逐步起爆，爆破切口內每排立柱由前向內、分段延時、逐排起爆；爆破網路間一個切口區域內上、下樓層相差一個段別時間，相鄰切口起爆順序整體相差一個段別時間，爆破網路整體上呈現立體交叉相錯起爆。

1.1 多切口布置

根據待拆大樓高度及周邊環境允許條件，布置適當數量切口，一般為3個。第1個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確無誤，第2、3個切口的主要作用是縮短塌散長度，降低爆破振動以及塌落振動；在第2、3個切口的作用下，樓房在倒塌過程中，切口之間樓段擠壓碰撞，在倒塌過程中二次解體，破碎效果較好，很大程度上降低樓房倒塌時的塌落振動以及爆破振動。

1.2 切口角度

相比傳統設計，若增大每個爆破切口的角度，必須根據待拆除建筑物具體情況和各個切口作用的不同，適當選取切口角度范圍，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°。大角度梯形切口設計加大了爆破區域，實現切口角度與倒塌建筑重心間的最佳比例關系，確保樓房倒塌方向準確，縮短了建筑物倒塌長度，增加爆破破碎解體的充分性。

1.3 立體交叉相錯起爆網路

切口從下而上逐步起爆，梯形切口內立柱爆破高度由外向內逐漸降低，每排立柱由外向內、逐排起爆，建筑物結構逐步緩慢失穩，避免了全部炮孔一次起爆對結構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象的發生；1個切口區域內上、下樓層相差一段別時間，相鄰切口起爆順序整體相差一段別時間，爆破網路整體上呈現立體交叉相錯起爆，避免不同切口、不同樓層間同段別雷管爆破藥量疊加，有效減少爆破振動對周邊環境的影響；爆破整體延時時間較短，3個爆破區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—剪力墻結構，面積約27 000 m2，樓層高，立柱截面大，最大立柱尺寸達1 100 mm×1 800 mm，為爆破拆除同類建筑中斷面之最，建筑結構強度高。大樓東北側及北側為密集的住宅小區，西側緊鄰荔新十三路，西南側為開闊空地，可供樓房倒塌的空間有65 m，南側距離廣園快速路240 m。

根據周圍環境，采取半秒延時起爆，向東偏南45°定向倒塌。采用3個大切口的爆破方式。3個切口分別位于1～3層、10～11層、18～19層(見圖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、剪力墻結構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，采用雙環路閉合復式網路。

2.1 預處理

分別采用人工法、機械法、爆破法對剪力墻、樓體、電梯間等結構進行預處理[6]。通過一定比例的預處理，大面積墻體變成了長50～150 cm的簡化柱體，方便鉆爆施工，利于安全防護(見圖2)。

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

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

2.2 炮孔布置

立柱沿中心線兩側對稱布置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，孔距和排距等于墻厚，平行于墻面布孔時，只布1排孔(見圖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

爆破采用φ40 mm炮孔，2號巖石乳化炸藥φ32 mm×200 mm。通過現場試爆，經優化調整，得出本次相應爆破參數如表1所示。

表1 優化的標準爆破參數

2.4 起爆網路

1)延時時間。切口從下而上逐步起爆，1個切口內4排立柱，由外向內逐排起爆(整體結構分4排：A、B、C、D)，建筑物結構逐步緩慢失穩。采用半秒延時和毫秒延時起爆時間間隔，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MS3段孔外延時后聯入主爆網路，1個切口區域內上、下樓層間相差1段別時間，相鄰切口起爆順序整體相差1段別時間，爆破網路整體上呈現立體交叉相錯起爆，各切口雷管段別及延時時間如表2所示。

2)網路連接。為保證爆破安全可靠，采用非電簇聯法復式導爆管孔內延時雷管構成的閉合雙環路復合起爆網路(見圖5)。第1切口立柱和剪力墻孔內的雷管通過雙發MS3段雷管簇聯，然后用四通和導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MS3段雷管簇聯，第3個切口立柱和剪力墻通過MS3段雷管簇聯。然后將柱(墻)與柱(墻)縱橫連接成閉合復式網路；同一層的爆破網路連接好后，層與層之間的柱(墻)與柱(墻)上、下連接成多通道閉合網路。最后用2條導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時間

圖5 雙環路閉合復式起爆網路Fig.5 Double loop closed compound detonation network

2.5 安全措施

待拆大樓周邊環境復雜，緊鄰居民樓、幼兒園及高壓線路，需要采取有效的防護措施，防止爆破飛石、爆破沖擊波、爆破振動、爆破粉塵等危害對周邊的影響。

1)在倒塌方向上布置4道減振土堤，每10 m砌筑1道，土堤采用現場紅土堆砌，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挖減振溝，開挖深度1.5 m，寬1.5 m。

3)對爆破部位加強防護，使用20層密目安全網進行包裹，并用12號鐵絲捆扎結實。在爆破切口外側掛20層密目安全網，以阻擋飛石對周圍房屋玻璃及高壓線破壞。

4)住宅小區最北側的房子窗戶用掛竹籬笆進行防護，防止沖擊波對房屋玻璃損壞。

3 爆破效果

待拆大樓于2018年8月30日16時準時起爆，整個倒塌過程大約持續約6 s，倒塌過程如圖6所示。大樓按爆破設計方向準確倒塌，近倒塌方向110 kV高壓線塔處監測數值最大，最大振動數值為0.81 cm/s,，主振頻率為4.87 Hz，符合安全允許標準[7]。爆破沒有產生其他次生影響，倒塌長度約37 m，爆堆高度約15 m，附近居民區、天然氣管道、通信管道等安然無恙，此工程創下華南地區爆破拆除第一高。

據測算，采用多切口大角度定向爆破技術進行此超高層建筑物拆除，較傳統方法，工期明顯提前10 d左右，施工成本節約15萬元，創造綜合經濟效益約50萬元。

4 結語

本次爆破結合多種先進拆除爆破技術，通過精心組織、合理安排施工工序，實現了該工程安全無事故、質量優良、高效率完成的目標，提高了爆破拆除的精細化程度，有效降低了施工成本，縮短了建筑物拆除施工工期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

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