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1、1 绪论1.1 引言随着国民经济的发展，拆除爆破越来越广泛的应用到对建筑物的拆除施工中，与人工拆除、机械拆除等传统施工方法相比，拆除爆破具有工期短，安全可靠等显著特点，对大量建筑物才有控制爆破技术进行拆除，一方面反映了我国基本建设的蓬勃发展，另一方面也说明了我国拆除爆破技术在不断进步和发展，已具备在复杂环境中成功地才有爆破技术完成拆除大面积、高耸和特种建筑物的能力，爆破技术已逐渐成为人工和机械以及其他拆除方法不可替代的技术手段。工程爆破行业的变革带来的是爆破行业的更新，是爆破技术的发展与创新。青藏铁路建成通车，长江三峡水利水电枢纽三期上游辗压混凝土围堰爆破拆除、溪洛渡水电站大坝拱肩槽开挖和导流
2、洞超大型复杂围堰群拆除成功等，一项项与国家重大建设工程相关的爆破工程取得成功，一个又一个工程爆破技术科研和技术成果得到鉴证，生动地记录了6年多来所取得地丰硕成果1-3。我国对拆除爆破进行了大量研究，如贾金河等人对建筑物拆除爆破数值模拟方法进行了研究4，提出基于平面杆系有限元和DDA的建筑物拆除爆破模拟系统，探讨了数值模型方法在建筑物拆除爆破工程中的应用；史秀志等人进行了筒形建筑物拆除爆破折叠方案参数的研究，应用筒体偏心受压理论，系统的探讨了筒体建筑物在倒塌空间不足需采用折叠爆破拆除时各段筒体的运动规律，并在此基础上得出了折叠爆破的切口长度、高度、形状及上下段折叠筒体的延长时间等爆破参数的计算公
3、式及其工程应用原则，这对筒形建筑物折叠爆破工程具有重要的指导意义。我国何广沂提出集团药包拆除爆破5。刘永俊等人采用内敷药包爆破方法拆除了双层浆砌块石结构水塔6，收效甚好。庙延钢等人进行了新型导爆管T型联接卡在拆除爆破中的应用研究。新型导爆管T型联接卡主要应用于导爆索与导爆管混合起爆网路。大量的拆除爆破工程实践表明，采用T型联接卡具有很高的起爆可靠性，操作简便，使用方便，易于检查，它是爆破拆除中值得推广的一种联接轨。员永峰与本文作者进行了水土围压爆破拆除混凝土薄壁池体的尝试7，从常见钢筋混凝土薄壁池体的爆破拆除工程出发，指出了水压爆破和钻眼爆破法的缺陷，提出了更适于薄壁池体爆破拆除的新方法，工程
4、实践证明了该方法的可行性。但应该注意到，拆除爆破施工仍然是一种具有一定危险的施工方法。拆除爆破采用的器械主要是雷管、炸药等，这些器械都是易燃易爆物，具有危险性；拆除爆破前一般要进行预拆除，以达到减小装药量、控制倒塌方向等目的，如果拆除不当，那么可能造成建构筑物部分或全部倒塌，对人员造成伤害；炸药爆炸在很短时间内释放出大量能量破碎孔周围介质，破坏建构筑物部分结构，已使其整体失稳倒塌，也有部分能量通过周围介质，以冲击波、地震波等形式向外传播，一旦爆破设计不当这部分能量就有可能危及周围人员及建筑的安全8。 拆除爆破事故不仅带来严重的人员、财产损失，而且从心理上给人们带来恐慌，使人们对拆除爆破施工的安
5、全可靠性产生疑虑，影响拆除爆破在市场上的竞争里，不利于拆除爆破的发展。因此，为了克服由这些因素所带来的损失，我们必须采取一定的措施来提高工程爆破的安全可靠程度。1.2 研究目的尽管拆除爆破取得了很大的进展，但仍然存在很多问题与不足。在建构筑物坍塌范围及破碎程度控制研究方面进展缓慢；基于建构筑物结构特征的拆除原理研究仍不能满足工程实际需要；建构筑物倒塌冲击地压及地震波对周围环境影响的控制研究发展缓慢；法律法规不健全使得爆破工程难以全面迅速发展；城市综合减灾的大安全观念、对拆除爆破控制有害效应要求越来越高；特别是最近出现一些爆破事故更令人深思，如宝钢烟囱爆破倒地出意外，偏20度伤1人；云南宣威西南
6、第一爆爆出人命，数十人被击伤；长沙定向爆破首遇尴尬，8栋楼房只倒7栋；青海西宁一栋楼房连爆两次未倒；石家庄定向爆破出意外，楼房反方向倒塌；北京一旧厂房实施定向爆破只炸塌一半厂房；漯河定向爆破水塔出偏差，砸塌数间民房等等。所有这些说明，爆破理论及其管理仍需强化、提高1.3 研究内容本课题主要针对市政建设过程中必须拆除的陈旧设施、房屋和桥梁等等，对常用的拆除方法爆破进行以下几方面的研究：（1）装药及起爆网络的设计及布置；（2）药量计算；（3）爆破过程的可靠性分析；（4）爆破过程中的安全防护。1.4 研究方法1）建立工程模型或概述工程实例；2）设计起爆网络；3）进行装药量计算；4）进行爆破可靠性分析
7、；5）进行爆破安全性分析。2 工程爆破的原理及其方法2.1 概述爆破技术是利用炸药爆炸的能量破坏某种物体的原结构，并实现不同工程目的所采取的药包布置和起爆方法的一种工程技术。研究的范围包括：炸药、火具的性质和使用方法，装药（药包）在各种介质中的爆炸作用，装药对目标的接触爆破和非接触爆破，各类爆破作业的组织与实施。工程爆破是利用爆破技术来解决工程建设中各种问题的一门技术9。2.2 爆破的机理101) 建筑拆除爆破的基本原理主要是利用炸药爆破释放的能量，破坏楼房关键的受力构件的强度，使它失去承能力，然后在自重作用下失去整体稳定性而倒塌，在倒塌与地面碰撞过程中，使建筑结构进一步解体和破碎。拆除爆破原
8、理可归纳为以下几点：（1）失稳原理：在认真分析和研究建筑物的受力状态、载荷分布和实际承载能力基础上，运用控制爆破将承重结构的关键部位爆破松动，使之失去承重能力，同时破坏结构的刚度，迫使建筑物整体失去稳定性，在其原地坍塌或定向倾倒。（2）等能缓冲原理：根据拆除建筑的不同对象、条件和拆除的要求，优选爆破参数和炸药单耗，采用适宜的缓冲装填结构、起爆方式与炸药品种，以期使每个炮孔所产生的爆炸能量与破碎该孔周围介质所需的最低能量相等，而无剩余能量，控制有害效应的产生。（3）微分原理：将爆破某一建筑物所需的总装药量进行分散化与微量化处理后，分散在多个炮孔之中，通过分批微差多段起爆，即达到爆破质量的要求，又
9、显著地降低爆破地震波等危害作用。2) 爆破漏斗当爆破在有临空面的半无限介质表面附近进行时，若药包的爆破作用具有使部分破碎介质具有抛向临空面的能量时，往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑，形如漏斗，称为爆破漏斗，如图2.1所示。图2.1 爆破漏斗示意图1-药包；2-飞渣回落充填体；3-坑外堆积体爆破漏斗的几何特征参数：（1）药包中心至临空面的最短距离，即最小抵抗线长度W；（2）爆破漏斗底半径r；（3）爆破破坏半径R；（4）可见漏斗深度P；（5）抛掷距离L。（爆破漏斗的几何特征反映了药包重量和埋深的关系，反映了爆破作用的影响范围）。爆破作用指数：系数 n=r/W，它反映了爆破漏斗的几何特征。工程应用中，
10、通常根据n值大小对爆破进行分类：当n=1即r=W时，称为标准抛掷爆破；当n1即rW时，称为加强抛掷爆破；当0.75n1时，称为减弱抛掷爆破；当n0.75时，称为松动爆破。有关爆破漏斗的计算：其深度P称为可见漏斗深度，可按下式计算： （2.1）式中，C为介质系数；对岩石C=0.33，对粘土C=0.4。抛掷堆积体距药包中心的最大距离L称为抛掷距离，可按式（2.2）计算。 （2.2）2.3 药量的计算1) 药包种类分为集中药包和延长药包。若药包的长边和短边的长度分别为L和a，当L/a4时，为集中药包；当L/a4时，为延长药包。2) 装药量计算公式（1）对单个集中药包，其装药量计算公式为： （2.3）
11、式中:K规定条件下的标准抛掷爆破的单位耗药量，kg/m3；W最小抵抗线长度，m；f（n）爆破作用指数函数。标准抛掷爆破：；加强抛掷爆破：；减弱抛掷爆破：；松动爆破：。（2）对钻孔爆破，一般采用延长药包，其药量计算公式为： （2.4）式中， q比例系数,实际意义是每崩落1米某种岩石所需的炸药公斤数，故叫做炸药单耗，kg/m3； V预爆破的岩石体积，m3。2.4 起爆网路按照爆破安全规程规定，应采用电力起爆网路或导爆管起爆网路，不允许使用火雷管起爆，不允许用导爆索网路，可以在孔内用导爆索串连几个药包组成药串。一般在1000个炮孔以下，可以采用电力起爆法;对于1000个炮孔以上规模较大的爆破，采用导
12、爆管起爆网路最适宜。导爆管起爆网路有两种方法:导爆管簇联接力起爆法与导爆管网格式闭合网路。其中，导爆管网格式闭合网路经实践证明，是最安全、最可靠的起爆方法。采用这种起爆方法，在楼房分区、分片延时间隔爆破中，把每区(片)连接成一个独立的导爆管网格式闭合网路，能保证安全、准爆，并能按照设计的倒塌方向实现分区、分片倒塌。延时间隔的选择:上述主要叙述的是采用三角形或梯形切口的爆破方法。对于砖混结构的楼房，由于浆砌砖墙的抗剪强度低，没有塑性铰的形成问题，而且屋盖、楼板、梁和墙之间连接较差，爆破后，在重力作用下，墙体受剪破坏，很快倾倒塌落，所以，相邻分段(区)之间的延时间隔要取短一些，一般取50200us
13、之间。如果间隔时间过长，就会出现各段甚至各个构件各自倾倒坍塌，以致造成部分房屋和墙体仍然屹立或未按预定塌落范围倾倒的不利情况;对于框架结构的楼房，由于钢筋混凝土构件形成塑性铰和解体都需要一定的时间，因此，各分段(区)之间的延时间隔要取长一些，一般可取502000ms。如果采用矩形切口，靠承重构件之间的时间差，来形成重力偏心矩，在理论上是可行的，但是必须充分了解结构构件的特点以及它们彼此之间的联系情况，比较确切地估算出分段之间构件塌落的时间，才能选择合理的延时时间，保证偏心切口的形成。建(构)筑物拆除爆破中合理的起爆网路的设计和准确实施的施工技术是保证爆破成功的关键所在。分析最近几年一些不成功的
14、拆除爆破工程，可以发现，因起爆网路引起的失误占很大比例。如2001年在四川某地的建筑群拆除爆破，就因起爆网路失误连续起爆三次建筑物未倒塌，最后只能用机械拆除，造成不好的社会影响;2002年9月北京永定门粮库构筑物拆除爆破，也因起爆网路失误，簇联起爆导爆管雷管的十组电雷管中只有部分引爆，只能进行二次连接起爆，好在第一次只有二组引爆，构筑物破坏不厉害，尚能容许爆破作业人员入内进行第二次联线作业，否则，在第一次起爆后，构筑物未倒塌，而成为高达数十米的危险构筑物，其后果将不堪设想;2002年11月福州火车站爆破拆除，5个相连拱形建筑只被炸掉4个，立柱上的药包未被引爆，也是起爆网路故障导致了爆破事故。因
15、此拆除爆破必须十分重视起爆网路的设计，要遵循以下的设计原则:(1) 安全可靠建(构)筑物拆除爆破，一般情况下所处的环境条件较为复杂，对周围人员、建(构)筑物、交通乃至正常市政秩序影响很大。确保拆除爆破安全准爆，是衡量爆破成败的一个起码的、也是重要的标志。起爆网路的安全和可靠性，首先要保证整个爆区的所有药包按照设计要求准确、全部起爆;其次要保证在网路施工阶段的安全，杜绝在网路施工阶段出现早爆、误爆事故。因此，拆除爆破应选择准保率高、能有效克服环境因素的起爆网路。(2) 保证效果选择合理的起爆时差，控制各爆破部位的起爆秩序，是保证建(构)筑物按设计要求倾倒或塌落、在复杂环境中控制爆破塌散范围的主要措施之一;同时，减少拆除爆破震动和塌落震动对周围设施的影响往往要求对拆除爆破起爆网路设计中的延时间隔、齐爆药量与建(构)筑物的分批塌落冲量进行合理编排。起爆网路
