超高楼群爆破振动控制技术与检测

李 毅，腾 勇，胡坤伦，王 猛，韩体飞



超高楼群爆破振动控制技术与检测

李 毅1，腾 勇2，胡坤伦1，王 猛1，韩体飞1

（1.安徽理工大学，安徽 淮南，232001；2淮南市公安局治安管理支队，安徽 淮南，232001）

本文以烟台超高楼群爆破拆除工程为例，对炸药爆炸振动和建筑物落地冲击振动进行理论计算分析，并运用多种爆破振动控制技术实施拆除工程。通过爆破振动测试仪进行实时监控，验证振动控制技术的安全有效性，为类似的爆破振动控制提供参考。

拆除爆破；爆破振动；振动控制技术

在城市拆除爆破中，随着建筑物的高度不断增加，爆破环境逐渐复杂，高耸建筑物的拆除爆破所形成的爆破地震效应危害急剧增加。由于待拆建筑物的体积及质量大、高度高，建筑物解体塌落对地面撞击造成的振动甚至比炸药爆炸产生的振动效应危害还要大[1]。因此，爆破振动的控制与检测在工程爆破领域中十分重要。

本文以烟台市超高楼群拆除爆破为例，并运用不同测振仪进行智能测振，通过对现场振动监控数据进行分析，更加深入地研究超高楼群爆破振动控制技术，为降低复杂情况下超高楼拆除爆破的振动危害寻找更有效的方法。

1 工程概况

1.1 爆区环境

需要拆除的4座楼房，最南侧一座距离海滨路30m，经调查，在道路两侧人行道及绿化带范围内有地下管线、路灯等设施；东南侧距离小楼120m，距离小区240m；东侧距离城市展览中心350m；西侧为空地；北侧为海滩，其它方向无重要的建筑物和设施。爆破区域周边环境如图1所示。

1.2 爆破工程概况

爆区周边环境非常复杂，可供选择的倾倒范围也很有限，必须保证倒塌方向的准确性，严格控制楼房定向倒塌范围，确保市政管线、地下高压线缆、滨海路及附近建构筑物的安全。

4座楼整体为“Π”字型结构，稳定性强。经计算4座楼房高宽比为1.25～2.27。4座楼房的高宽比较大，利于定向倒塌。从爆体自身的结构特点及所处的环境看，确定采取定向爆破方式进行拆除，并且倒塌方向和延期时间需要设计计算。最终确定：A1号楼倒塌方向设计为正西略偏北；A2号楼倒塌方向设计为北偏东13°；B1号楼倒塌方向设计为南偏东30°；B2号楼倒塌方向设计为南偏东12°；倒塌方向距离能够满足楼高要求。起爆顺序为：B2号楼房首先起爆，然后A1号起爆（非电半秒4段延时起爆），再然后A2号楼房起爆（非电半秒6段延时起爆），最后B1号楼起爆（非电半秒延时10段起爆）。

2 爆破振动控制技术

2.1 爆破振动

建筑物拆除爆破产生的地震波与岩土爆破的区别主要是：药包数量一般较多，比较分散，药量比较小，而且药包大多在地面以上的柱体和墙中，存在多个临空面，减少了经地基传播的振动能量。楼房建筑物拆除爆破振动为相应药量基础爆破振动强度的1/3[2]。尽管二者产生爆破地震波的机制有差异，但是对于爆源附近的建筑物来说，它所受到的地震波作用都主要取决于震源的大小、距离及地震波传播介质的条件，而震源的大小则与一次起爆的炸药量有关。按常用的垂直振动速度计算公式计算爆破引起的振动[3]：

式（1）中：为垂直振动速度，cm/s；、为与地形、地质有关的系数，取=33.6，=1.6；＇为拆除爆破衰减系数，取0.25；为单响最大药量，取200 kg；为测点到爆源的距离，取100m。按公式（1）核算其振动速度=0.09 cm/s。

GB 6722- 2014爆破安全规程[4]中对爆破振动安全允许标准为：一般民用建筑物的爆破振动安全速度为2.5～3.0 cm/s（>50 Hz）。本设计建筑物拆除爆破中爆破面积较大，炮孔非常分散，产生的爆破震动比集中药包爆破产生的震动要小得多；此外，爆破产生的地震波衰减快，振动频率比天然地震高（爆破振动频率为50 Hz，而天然地震频率为2～5 Hz），并且爆破振动持续的时间短。以上计算说明，按此设计对相邻建筑是安全的。

2.2 落地冲击振动

待爆破楼房整体结构坚固，按照最不利条件既整体倒地计算塌落振动，利用公式[5]：

式（2）中：为塌落引起的振动速度，cm/s；为下落建筑物的质量，取26 000t（按照最大质量计算）；为建筑物的高度，取110 m；g为重力加速度，9.8m·s-2；为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；为观测点到冲击地面中心的最近距离，取100m；k与分别为塌落振动速度衰减系数和指数，k=3.37~ 4.09，=-1.66~-1.80，取k=3.37，=-1.66。带入有关数据计算得=0.13 cm/s。

GB 6722-2014 爆破安全规程[4]规定一般民用建筑物地面质点的安全振动速度为1.5～2.0 cm/s（≤10Hz时），由计算结果可知倒塌引起的振动不超过标准规定。大楼空中解体时的相互牵引作用转化了相当部分坍塌体势能，大大消减了塌落冲量；另一方面坍塌大楼为薄壁剪力墙结构，在触地冲击过程中不是整体刚性作用，而是边触地边压剪解体，所以其真正触地冲量比将比上述估算值小[6]。

2.3 减振措施

为了减小对地面的撞击作用，控制下落建筑物解体构件的尺寸比其所在的高度更为重要。一般来讲，建筑物解体、失稳的塌落过程不是整体下落撞击地面，而是被分成许多大小不同的块体，依次下落相互撞击，最终撞击地面，上面构件的撞击作用往往经过已先着地的下层构件传给地面。一方面，建筑物和地面在冲击时都不能保持弹性状态，建筑物要破碎，地面在冲击荷载下，要产生一定的塑性变形；另一方面建筑物冲击地面时，接触地面往往既不是荷载的质心先触地，也不是整体同时触地，而是部分支撑构件爆破后，上部结构失去平衡，在重力作用下一些构件发生变形破坏，并开始塌落。

对多层建筑物，控制第1层解体尺寸是控制塌落振动强度的关键，依次下落的高层构件的撞击由于下面先塌落构件的垫振作用，被缓冲减弱。对于高耸建筑物塌落造成的地面振动强度是一个必须要控制的安全设计参数，在地面预铺松散的沙层、土埂减振物，可以有效控制高耸建筑物爆破的塌落振动[7]。

本次拆除爆破振动控制措施主要有：（1）通过起爆网路调整降低最大单响药量，从而降低爆破振动。本次爆破采用了毫秒微差起爆技术，最大限度地降低了一次起爆药量，起到降低爆破振动的作用。每栋楼之间采用长延期，避免了振动的叠加。（2）设计时主爆破缺口在底部，在楼的中部设置辅助缺口，弱化楼的整体强度，控制下落建筑物解体构件的尺寸，有效地化解一次最大触地动能，减小塌落振动。（3）在楼房倒塌方向一定范围内铺设砂土堤，上覆盖防护网，起到楼体倒塌触地的缓冲作用，减小塌落振动。本工程在楼体倒塌的地面堆起4m高的沙土堤，有效地缓冲了楼房塌落触地的冲击振动。（4）尽可能把倒塌后的爆堆控制在地下室的上方，充分利用空置地下室在强冲击作用变形、破坏吸收大量的触地冲击能量，减少振动强度和影响范围。

3 振动监测

3.1 测试设备及测点布置

本次振动检测共布置了6个检测点，如图2所示。爆破振动测试仪选用4台TC-4850，2台Blast-UM。测点1位于城市展览中心西侧处，距爆破爆区中心390m；测点2位于滨海路南侧办公楼门口处，距爆 破爆区中心159 m；测点3位于滨海路与峨眉山路的交叉口处，距爆破爆区中心100 m；测点4位于峨眉山路东侧的居民楼处，距爆破爆区中心200 m；测点5位于峨眉山路东侧的居民楼处，距爆破爆区中心310 m；测点6位于爆区的西南侧滨海路处，距爆破爆区中心208 m。

Fig. 2 Schematic diagram of detection point position

3.2 监测结果

本次楼群拆除爆破从起爆到完全倒塌触地共历时14s，读取6个检测点的监控振动数据，见表1。其中测点1距离爆区中心较远，传感器未触发。

表1 振动测试数据

检测到的信号均为低频信号（倒塌触地信号），而高频信号（爆破振动信号）未检测到。检测到最大振动速度0.76cm/s，远低于《爆破安全规程》（GB 6722-2014）规定的一般民用建筑物地面质点的安全振动速度1.5～2.0 cm/s（≤10Hz）[4]。周边建筑物处于安全状态。

4 结论

本文通过分析烟台超高楼群拆除爆破施工案例，针对施工现场实施的爆破振动控制技术和振动监测结果，得到以下结论：

（1）城市超高楼群爆破拆除时，建筑物解体对地面撞击所引起的振动危害效应越发严重，相比于炸药爆炸引起的爆破地震效应，其振动速度快、振动频率低，更接近于周边保护区域建筑物的固有频率。

（2）测点3比测点6距离爆区中心更近，而测得振动速度反而较小，这是因为：A1楼倒塌方向为正西偏北，且建筑物倒塌区域无地下室；而A2号楼倒塌方向为北偏东13°，且建筑物倒塌区域有地下室，地表也铺设减震砂堤，说明采用的减震手段可以有效地降低爆破振动。

（3）通过起爆网路调整、爆破缺口合理设置、铺设沙土堤、充分利用爆区环境等多种减振技术，极大程度地降低了爆破地震效应。

（4）通过理论计算和实际振动监测，本次超高楼群爆破拆除所引发的爆破振动远小于GB 6722- 2014爆破安全规程中所规定的安全系数，本次拆除爆破所使用的各种减振技术取得很好减振效果，为类似的建筑物拆除爆破设计提供了一定的参考价值。

[1] 金骥良,等.拆除爆破设计与施工[M].北京:中国铁道出版社, 2004.

[2] 杨年华.高层框架楼拆除爆破振动检测与分析[J].工程爆破,2006(04):28-31,27.

[3] 周家汉.建筑物爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论和应用[C]//中国工程爆破协会、中国力学学会.中国爆破新技术Ⅱ.中国工程爆破协会、中国力学学会,2008.

[4] GB 6722-2014 爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社, 2014.

[5] 王希之,王自力,龙源,徐全军.高层建筑物爆破拆除塌落震动的数学模型[J].爆炸与冲击,2002(02):188-192.

[6] 姚强,杨兴国,陈新,王勇胜,李洪涛.热电厂取水泵房混凝土拱围堰拆除爆破振动监测[J].爆破,2013,30(03):142-146.

[7] 王旭光.爆破设计与施工[M]. 北京：冶金工业出版社,2011.

Blasting Vibration Control Technology and Detection of Super High Buildings

LI Yi1,TENG Yong2,HU Kun-lun1,WANG Meng1,HAN Ti-fei1

（1.Anhui University of Science and Technology, Huainan, 232001;2.Security Management Branch of Huainan Public Security Bureau, Huainan, 232001)

In this paper, the blasting demolition project of Yantai super high-rise building group is taken as an example, the explosive vibration and the impact vibration of buildings on the ground were calculated and analyzed theoretically, and a variety of blasting vibration control techniques were applied. Through the real-time monitoring of blasting vibration tester, the safety and effectiveness of vibration control technology is verified, which can provide reference for similar blasting vibration control.

Demolition blasting；Blasting vibration；Vibration control technology

1003-1480（2019）02-0046-04

TJ510.2

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.012

2019-03-12

李毅（1995 -），男，在读硕士研究生，主要从事爆破作用及效应研究。

国家自然科学基金青年科学基金（51604009）