文輝軍，張韓濤

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南長沙 410005)

復(fù)雜環(huán)境下的水塔精細(xì)拆除爆破

文輝軍，張韓濤

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南長沙 410005)

對復(fù)雜環(huán)境條件下的倒錐傘型水塔拆除采用精細(xì)爆破設(shè)計與施工。介紹了倒錐傘型水塔爆破拆除的多數(shù)設(shè)計與安全防護(hù)措施，可為其它同類工程提供了參考。

倒錐傘型水塔；精細(xì)爆破拆除；爆破設(shè)計；安全防護(hù)

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

待拆除的水塔為鋼筋混凝土倒錐傘型水塔，塔身高35 m，加上倒錐傘型水箱高度7 m，總高度為42 m，筒壁外徑2.4 m，內(nèi)徑2 m，壁厚20 cm，傘型水箱最大外徑10.64 m。

1.2 周邊環(huán)境

待拆除的水塔位于湖南省食品藥品檢驗檢測實驗學(xué)?；貎?nèi)，周邊環(huán)境十分復(fù)雜。西北側(cè)為新建辦公樓，距水塔筒壁約9.5 m，距倒錐傘型水箱外邊緣約4.5 m；水塔東南側(cè)為檢測學(xué)校基地內(nèi)道路，東側(cè)道路邊鋪有中壓3 MPa天然氣管道，埋深約1.5 m，相距水塔定向倒塌中心線23 m，西側(cè)26 m有供水房，距水塔47 m處為教學(xué)樓。

1.3 水塔結(jié)構(gòu)

如圖1所示待拆除水塔高42 m，下部支筒為圓柱形，筒體內(nèi)徑為2 m，壁厚B＝20 cm。上部水箱為倒錐形結(jié)構(gòu)。水塔筒體及水箱配有Φ18 mm×200 mm的主筋和Φ8 mm×200 mm的副筋，整體剛度強。

圖1 周邊環(huán)境示意

水塔體積為80.2 m3，其中水塔筒體混凝土體積為48.35 m3，倒錐傘型水箱混凝土體積為31.85 m3，水塔重200 t，其中筒體重120.9 t，水箱79.1 t。

2 爆破拆除技術(shù)設(shè)計

2.1 爆破環(huán)境分析

從水塔周圍的地面環(huán)境分析，難度有兩點；一是倒錐傘型水箱質(zhì)量大，高度較大勢能也大，倒地后對地面沖量大，二是環(huán)境復(fù)雜，建筑物距離較近，對倒錐型水塔倒塌方向控制精度要求高。

水塔距新建辦公樓西北角較近，不到10 m。爆破時，飛石極易對樓房產(chǎn)生損害；水塔總質(zhì)量重達(dá)200 t，觸地沖量大，會產(chǎn)生較大的地面震動，危及東面23 m處地下天燃?xì)夤艿?。需要釆取技術(shù)措施保護(hù)辦公樓、減小和緩沖傘形水塔觸地時形成的巨大震動，保護(hù)近處的天然氣管道。

圖2 水塔結(jié)構(gòu)示意

2.2 倒塌方向的確定

按水塔周邊環(huán)境分析，倒塌方向定于正南方。因為西北面是新辦公樓，東面有天燃?xì)夤艿篮途用駱?，西面有供水房與教學(xué)樓，只有正南方向長度、寬度滿足倒塌要求。

2.3 爆破切口設(shè)計

2.3.1 切口設(shè)計

(1)切口位置。水塔爆破切口位置在標(biāo)高＋0.98 m處。

(2)切口形式。爆破切口形狀選擇正梯形。

(3)切口高度(H)設(shè)計。爆破切口的高度，根據(jù)以往類似工程經(jīng)爆破切口設(shè)計高度為1.5 m。

圖3 爆破切口示意圖

(4)切口長度(L)。為避免爆破切口過長或過短，通常爆破切口長度應(yīng)滿足下式：

式中，L為爆破切口的長度，m；s為水塔外部周長，m。

通過驗算，水塔倒塌前的穩(wěn)定條件以及爆破缺口形成初始時的抗剪受力條件，爆破切口所對應(yīng)的圓心角為216°，計算所得：

爆破切口的上口寬＝Dπ×216/360＝2.4×3.14×0.6＝4.5 m

2.3.2 定向窗

為確保水塔能按設(shè)計的方向精準(zhǔn)倒塌，在爆破切口的底部兩端開設(shè)定向窗。定向窗傾倒角度30°，寬度取0.6 m。爆破切口展開如圖4所示。

2.3.3 爆破參數(shù)

按精細(xì)爆破設(shè)計、施工管理原則，根據(jù)公司以往多個水塔拆除爆破的參數(shù)進(jìn)行分析，充分考慮外部條件與水塔結(jié)構(gòu)的屬性，對爆破切口，炮孔間距與最小抵抗線控制，單孔藥量，定向窗開鑿，水塔倒塌實際長度，寬度等進(jìn)行細(xì)化，并確立爆破參數(shù)，見表1。

圖4 爆破切口展開圖

表1 水塔爆破精細(xì)定量化取值

3 傘型水塔著地振動估算

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境分析，由于水塔為高聳構(gòu)筑物，整體傾倒時會對地面產(chǎn)生沖擊振動，危及東面23 m地下天燃?xì)夤艿?。根?jù)中國科學(xué)院力學(xué)研究所的經(jīng)驗公式估算塌落造成地面振動的速度：

式中，M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；H為構(gòu)件重心高度，m；R為為重心高度落點處距被保護(hù)對象的距離，m；σ為地面介質(zhì)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(shù)，取-1.66；Kt為衰減系數(shù)，取2.35；

各項參數(shù)取值為：傘型水箱質(zhì)量M＝200 t，重心高度約在25 m處；天燃?xì)夤艿谰嚯x水箱觸地中心線23 m。根據(jù)該公式計算，200 t傘型水箱在23 m處塌落觸地振動速度為1.40 cm/s，小于新奧燃?xì)夤窘o出的安全允許振動速度2.0 cm/s的標(biāo)準(zhǔn)，但也接近其標(biāo)準(zhǔn)，需要釆取措施降低觸地沖量，保證燃?xì)夤艿赖陌踩?/p>

4 安全技術(shù)措施

(1)確定倒塌方向后，用全站儀測定倒塌中心線，它主要是有利于中心線兩側(cè)炮孔的精確布置與定向窗的開鑿，確保精準(zhǔn)倒塌。

(2)用全站儀測量，精確計算倒塌長度與上部傘型水箱傾倒觸地點，計算水箱塌落振動數(shù)據(jù)后，在傘型水箱觸地點構(gòu)筑面積；10 m×10 m，髙2 m的黃土緩沖區(qū)，降低觸地沖擊振動的能量。

(3)加強水塔筒體爆破切囗周長的防護(hù)，釆用棉被，安全網(wǎng)，竹笆的防護(hù)方式，有效阻擋了爆破飛石。

5 爆破效果

水塔于2015年9月24日上午10時爆破拆除，在起爆2 s后，水塔上部箱體開始往南傾倒。上部傘型水箱體在著地時與筒體分離，傘型水箱體觸地后，準(zhǔn)確的扣倒在緩沖黃土堆上，略往西偏1°，見圖5和圖6。