复杂环境下伞形水塔定向爆破拆除

李 敏，覃 翔，欧世仁

(1.广西大学资源与冶金学院， 广西南宁 530004;2.广西桂大爆破工程有限公司，广西南宁 530004)

待爆破拆除的水塔位于金城江区第十一小学内，水塔高约20 m，下部支筒为圆柱型，直径约2 m，壁厚0.2 m，顶部为一伞形蓄水池，顶部直径约8 m，水塔体积约56 m3。水塔周围环境复杂，东侧约10 m有住宅楼，南侧约15 m有临时平房，西南侧为一操场，西侧约20 m有一教学楼，北侧为一在建工地。

1 爆破设计方案

(1)倒塌方向。水塔周围仅西侧和西南侧较开阔，但正西侧有教学楼，设计水塔向南偏西60°方向倒塌。

(2)爆破切口。水塔下部有一高约2 m的门，为了降低水塔倒塌距离，在底部搭设高2 m的钢管架，然后在2 m以上布置爆破切口。水塔底部直径D=2 m，采取梯形切口，一般情况下［1］，切口长度为L=(1/2 ～3/4)πD，取L=0.618πD≈3.9 m，根据经验公式 H=(1.5～3.0)δ=0.3 ～0.6 m 计算(δ为壁厚)［2］，切口高为0.3 ～0.6 m，但考虑到内有钢筋支撑，将切口高度增大至H=1.53 m。水塔爆破切口见图1。

(3)定向窗的位置。在设计倾倒中心线两侧各布置一个宽0.3 m、高0.3 m的三角形定向窗;采用风镐预先凿出两个对称的定向窗，保证水塔按预定方向倾倒。

(4)爆破参数。炮孔直径d=0.04 m。炮孔深度 L=(0.6 ～0.68)δ=0.12 ～0.136 m，取0.13 m，δ为壁厚。孔距 a=(1.0 ～1.5)L=0.13 ～0.2 m，取a=0.2 m。排距 b=0.85 a=0.17 m。炮孔排数设计9排。炮孔总数N=97个。单孔装药量Q=q×a×b×δ=34 g=0.034 kg，q为炸药单耗，取5 kg/m3。总药量 Q'=0.034×97=3.3 kg。装药长度 L1=0.034 m，堵塞长度 L2=0.096 m(即堵塞至炮孔口)。

图1 水塔爆破切口示意

(5)爆破网路。本次爆破使用2#岩石乳化炸药，采用瞬发非电毫秒导爆管雷管，每孔装两发1段导爆管，并串簇联网路，起爆器激发起爆。

2 爆破安全

2.1 爆破振动的安全距离验算［3］

式中:R——爆破振动安全允许距离，m;

Q——同段最大装药量，3.3 kg;

V——保护对象所在地质点振动安全允许速度，一般民房取3 cm/s;

K、α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，K取50，α 取 1.3。

计算结果:R=12.96 m，爆破中心点位于水塔前部距地面2.76 m位置，中心点距离水塔后侧1.33 m，水塔至东侧楼房10 m，则爆破中心点至楼房的传播距离为14.09 m，大于爆破振动安全允许距离，因此爆破不会对周围造成损伤。

水塔周围均无需保护的建筑物，因此爆破不会对周围造成损伤。

2.2 塌落振动［4］

高耸刚度大的建筑物的倒塌，要预防倒地时引起的振动危害，振动速度可根据经验公式:Vt=0.08(I1/3/r)1.67计算，式中，Vt是塔体触地时引起的质点振动速度;I为塔体触地冲量，I=m(2gh)1/2，h是塔体重心高度，h=10 m;r为重心触地点距计算建筑物的最小距离，本次爆破最近点为西侧教学楼，r≈15 m，g 为重力加速度，9.8 m/s2。

计算得 Vt=3.8 cm/s＞3 cm/s，因此爆破时塌落振动对周围建筑物有一定的影响。爆前在水塔顶部伞形大圆盘水箱倒塌范围内开挖深1.5 m、宽1 m的减振沟;在触地中心范围内平铺约1 m厚的捆扎稻草，以达到减振的目的。

2.3 个别飞石的防护措施［5］

(1)对爆区炮眼全部覆盖遮挡，先用草袋覆盖后，再挂上1层竹笆，然后在2层竹笆之间夹1层草袋，再覆盖1层草袋，以减阻飞石飞出速度和距离。

(2)严格控制炸药量，采用毫秒微差爆破技术，减小一次齐爆药量。

(3)在倾倒前方150 m、侧后方各50 m布设爆破安全警戒线，爆破前10 min该区域内的所有人员均必须撤出。

3 爆破效果

2013年1月24日上午10时对水塔实施了爆破，起爆后约3 s开始朝南偏西60°方向倾斜，约6 s后整体倒地。经测量，水塔倒地长度约为14.8 m，整个水塔形状比较完整，塔身有些细裂纹;有后座发生，塔身背侧钢筋部分断掉;伞形水箱体刚好落在缓冲区内，塔帽部分陷入地面约0.7 m，经测振仪测量，产生的振动小于允许的安全值，未对周围建筑物产生不良影响。

4 结论

(1)对周围环境复杂的建筑物拆除，设计者应首先对周围存在的不同类型的建筑物、输电线路、地下管道等进行现场调查和勘测，并详细分析高耸建筑物的平面位置图、场地地质资料，然后根据实际情况，综合考虑各个因素的影响，对爆破方案进行精心设计、合理施工，采取有效的防护措施，确保工程顺利完成。

(2)塌落振动的防护。由于伞形水塔的结构特点，在塌落过程中顶部水箱先触地。水箱具有较大的体积和重量，触地时产生的振动和飞石必须要得到有效地控制。在工程实践中，大型构件倒塌触地引起的危害可通过在倒塌方向范围内开挖减振沟、铺设缓冲层等方法来控制，以达到降低振动、防护飞石的目的。本工程中采取了开挖减振沟、铺设稻草等方法，达到了良好的防护效果。

［1］戴 俊，陈士海，王小林，等.爆破工程［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［2］张应立.工程爆破实用技术［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［3］张明方，张彩峰，韩 翔，等.在城市居民区控制爆破拆除薄壁钢筋砼水塔［J］.工程爆破，2008，14(3):48-49.

［4］史家堉，程贵海，郑长青.建筑物爆破拆除理论与实践［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［5］张 华，陈龙伟，郑德明，等.复杂环境下钢筋砼水塔精确控制定向爆破拆除［J］.爆破，2010，27(2).