复杂环境下35m水塔定向爆破拆除技术

复杂环境下 35m水塔定向爆破拆除技术

钟伟栓

中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 广东广州 510000

摘要：在周边存在大量既有建筑的情况下，爆破施工产生的爆破力和振动具有一定风险，因此应采用合理的定向爆破拆除技术，保证周边建筑和人民的安全。本文以东莞市轨道交通一号线一期工程工区内的35m水塔定向爆破拆除为例，在受到周边既有建构筑物的情况下，合理分析了爆破参数，设计了安全有效的定向爆破拆除施工方案，希望能够为爆破拆除技术顺利实施提供技术参考。

关键词：复杂环境；水塔；定向爆破拆除技术

1水塔工程与周边环境概况

1.1水塔工程概况

东莞市轨道交通一号线一期工程在对线路上部建（构）筑物调查中发现一座水塔。水塔高度约35.1 m。其中人井平台直径3m高1.1m，平台上南部偏西14°为水塔门中心线，门尺寸为高2.2m，宽1m，圆柱形支撑筒体直径2.5m，高28.5m，水箱的最大直径约13.21m，倒伞形的水箱体高约5.5m。

1.2水塔周边环境

经对水塔所在位置周边环境现场调查及实际测量，水塔周边有厂区内厂房等建筑结构物，地下有供水管、雨水管、场内电力线、通讯等管线。水塔北面5.43m为待拆单层房及15.54m单层厂房；水塔东面6.71m为厂区围墙，围墙外距离水塔10.30m处有一条10KV架空高压线路；水塔南面17.54m为水塔配套设施；西南25.63m为厂区6层厂房；水塔西北方向为园区内绿地，30.8m处为水塔设计水箱体塌落处，水箱体塌落处设置长13.2m*宽4.5m*深3.0m的箱体落地缓冲坑，缓冲坑位置已避开厂区内道路下所铺设管线。

2复杂环境下水塔定向爆破拆除技术

2.1水塔爆破方案的确定

依据水塔周边的实际情况和建筑物的位置测定，本工程采用定向倒塌的方式进行爆破。为了保证周边建筑的安全。需要定向倒塌在中心线向北偏60度的厂区绿地范围内。为了确保准确爆破，需要对水塔桶体的水管和内部的淤泥进行清理。爆破完成后，需要对较大的残渣进行机械破碎。

2.2缺口范围的确定

使用定向倒塌的爆破缺口范围，能否按照倒塌的设计方向是爆破拆除的关键因素。如爆破缺口过小，其倾倒力矩会小于结构的极限弯矩，会出现不倒的现象。经过本工程论证，结合以往工程的经验，取爆破缺口为门洞顶基准以上1m的位置。爆破缺口部分和保留支撑区域的圆心角分别为240度和120度。爆破缺口的周长为7.85m。缺口的上底和下底分别为3.24m和5.24m。为了保证定向倒塌的准确，需要在两端设置风镐与切割相结合的办法，各设置1m长的定向窗口，其中心线布置1.2m*0.3m的定向窗，在爆破前进行拆除。

2.3水塔爆破拆除设计

2.3.1爆破切口形状

本工程使用梯形的爆破切口形状。

2.3.2爆破切口高度

一般情况下，爆破切口高度H=(3.0～5.0)δ，支筒壁厚δ=0.23m，故H=0.7～1.2m。为了确保在爆破时缺口筒壁瞬间离开原来的位置，使结构失稳。考虑到薄壁前沿的爆破效果不佳且钢筋布置的较密，爆破切口的钢筋因高度过低，不利于形成弯矩，影响切口的迅速形成，有可能会影响定向倒塌爆破的效果。因此，本设计取最大的切口高度1.2m。

2.3.3爆破切口切开长度

爆破切口长度一般实施筒体长度的2/3左右，根据以往爆破施工，本工程的圆心角取240度，切口展开长度S=(240/360)πD=(240/360*3.14*2.5=5.24m。切口闭合角α=50°，经计算上底长为3.24m，下底长5.24m，定向窗底宽1.0m。

2.3.4考虑水塔门的位置需要在爆破切口离筒体上4.3m的位置进行设计。

2.3.5爆破倒塌的中心线使用GPS全站仪进行定位，保证其准确性。

3水塔爆破参数的确定

水塔爆破位置壁厚230mm，根据切口炮眼的实际位置，共布置左右两排，共分为六排，每排六个炮眼，上下均匀对齐。爆破参数如下：

（1）孔网参数：孔距*排距=a*b=0.2m*0.2m;

（2）孔深：l=δ*0.8=0.23*0.8=0.184m；本设计取值l=0.18m;

（3）孔径：φ=40mm；

（4）单孔药量：q=40g;

（5）炸药单耗：k= q/(abδ)=0.04/(0.2×0.2×0.23）≈4.35kg/m3;

（6）同段起爆药量：Q=72*q=72*0.04kg=2.88kg；

其中：a:孔距、b:排距、δ:壁厚、φ钻孔直径、l:孔深、q：单孔药量、k：炸药单耗、Q:同段起爆药量。本次爆破采取φ32乳化炸药，炮泥填塞。

4起爆网络设计

为了更好的保证爆破效果，因为本工程厂区情况较为复杂，因此使用高精度数码雷管的爆破方式，专用接线盒保证电子雷管能使母线与起爆器相连接。专用起爆器的延时设置可以保证起爆指令的准确性，达到安全精准的要求。

5爆破飞石的安全防护

为了保证厂区内玻璃和人的安全，需要将爆破飞石控制在一定的范围内。本工程使用远近两种方式的双重防护进行保障。近端防护主要使用重型轮胎悬挂在爆破体的表面并进行准有效连接，阻止飞石向外飞溅。远端防护主要使用竹排、钢丝网和尼龙绳等全方位封闭，阻止个别飞石进入。为了保证厂区的窗户，在窗外50cm的位置悬挂双层密目防护网，避免因爆破造成的损坏。

6爆破安全警戒设计

依据爆破安全规程，爆破的个别飞石最小安全距离为250m。本工程依据实际的情况，设置双层防护爆破警戒点，以水塔为中心，半径100m，爆破前开始清场，必须将爆破警戒范围内的人清理到警戒线外。同时，设置警戒点10个，保证爆破工作的安全。同时，应加强厂区各部门之间的协调，确保爆破过程的整体稳定，保证交通秩序，不发生安全事故。

7爆破振动安全计算和监测

7.1爆破振动安全计算

根据验算，8.6m处其振动速度将达到允许值。现场实际距离爆破点最近的建筑在15m以上，因此可以有效的保证周边建筑的安全。

7.2塌落振动效应

当建筑倒塌必须预防振动的危害，建筑倒塌冲击地面的力的大小与被爆体的质量刚度、高度等都有很大的关系。本工程通过多个实测数据进行计算，其公式如下：

υt=Kt[R/(MgH/б)1/3]β

其中：υt为地表振动速度；M为塌落物的质量；g为重力加速度；H为构建的高度；б为破坏强度；R为观测点至冲击地面中心的距离；Kt、β为塌落振动速度衰减系数和指数。

根据水塔的实际高度和相关工程资料的查找，水塔的预计质量为110吨，高度35m。当水塔距离最近建筑物22.5m时，代入以上公式得出最近的建筑振动速度为每秒1.83cm。该值小于建筑的允许振动速度，因此现场的缓冲坑设置将会大大的消减振动速度。故水塔在倒塌过程中实际的振动值将远远小于安全允许值，不会对周边建筑造成损害。

7.3安全监测

为了实施定量爆破，避免振动对周边建筑的影响，本工程委托有资质的单位对爆破速度进行监测。在附近建筑设置两处监测点，测量振动值并出具报告。

8结束语

在城市进行爆破拆除过程中，因周边具有较为复杂的环境与建构筑物，具有较大的施工风险。因此，应结合爆破地的实际特点，设计合理的爆破参数，并对爆破过程进行精准的监控。本文以东莞市轨道交通一号线一期工程工区内的35m水塔定向爆破拆除为例，通过良好定向爆破拆除方案设计，取得了良好的施工效果，有效保证了周边建筑与人员的安全。

参考文献

［1］王泳．某水塔爆破拆除不对称倒塌的研究［J］．采矿技术，2017，17(5):134-136．

［2］王铭，陈能革，顾红建．复杂环境下六角形框架结构水塔控制爆破拆除［J］．现代矿业，2016(10):228-230．

［3］薛永利，李振．圆筒形复合结构水塔爆破拆除［J］．煤矿爆破，2015(4):35-38．