高层工作间及双排联体立筒仓爆破拆除

2015-12-01 19:21:13.0 责任编辑：崔玮娜

公文新张忠义张家军彭美学于海滨蒋桂祥

(哈尔滨恒冠365体育有限公司，黑龙江哈尔滨，150080)

摘要：双排联体圆筒状建筑物以其整体结构良好的稳固性，在许多领域中被广泛采用。然而像这样高宽比小、跨度大的筒状建筑物，在拆除时却是个较大的难题，在国内已多次爆破失败。本方案采用转点前移、减小转矩、加大倾角等措施，成功地进行了20世纪80年代亚洲最大的立筒仓储粮塔的爆破拆除，文中详细叙述了施工方案中的每个环节，并对成功和不足之处分别做以小结。

关键词：框架楼；双排联体立筒仓；大开口高度；转点前移

1工程概况

因城市规划需要，原哈尔滨面粉厂全部搬迁到机场路，原厂区内将重新开发建设。工厂一车间厂房为一座钢筋混凝土储粮塔。该储粮塔始建于1982年，为当时亚洲最大的储粮塔。该储粮塔由12个连在一起的混凝土立筒仓和一座11层的工作间组成(见图1)，每两个相邻立筒仓的钢筋混凝土壁相连处形成一个长2m、宽1m的混凝土立柱(见图1)。每个立筒仓高45m、内径8m、壁厚0．2m，墙壁内侧有4个40m×40m钢筋混凝土结构柱，高6m，立柱顶端为圈梁，上面托有个倒置的圆锥钢板，作为粮仓的底。两排立筒仓之间，又组成了5个小仓体(见图1的b轴)；立筒仓顶部有一个观察室，高4m、宽10m、长42m，为砖结构。

南侧的工作间为11 m、×11m，l～10层，每层高5．5m；11层高3m，总高度为58m，全部为框架结构。每层3排立柱，每排3根，共9根。工作间西南角为电梯间，东南角为外楼梯。工作间第9层北侧墙体距离楼板0．5m高处有两条通道与储粮塔顶部观察室相通。储粮塔东侧45m为变电所，30m处有两条厂内铁路专用线；北侧10m为一条铁路专用线，40m处为大发批发市场仓库；西北侧50m为新建成的居民楼房；西侧15m为已挖好的新楼基坑，100m为埃德蒙顿路和工厂大门；东南侧15m为铁路道口信号灯和配电箱(见图2)。

2方案选择与论证

方案选择与论证措施如下：

(1)爆破分两次进行，首先将工作间进行原地坍塌式爆破。预先将9楼与储粮塔观察室连接处彻底断开，以保证储粮塔顺利倒塌。

(2)储粮塔结构较为稳定，高宽比较小，只能采取向东或向西方向倒塌方式，而西北侧50m处为新建成的居民楼，如果向西倒塌，储粮塔落地后与之最近距离将小于20m，塌落震波较大，爆破飞石也比较多，防护难度加大，因此向西侧倒塌不可取。而东侧38m处为厂内铁路专用线，正好在储粮塔有效倒塌范围内；东侧45m处的厂变电所正在使用，暂不能拆除，如果储粮塔向东侧倒塌将对厂变电所构成一定威胁。经协商，最终储粮塔的倒塌方向选择在东侧。同时做好变电所设备、铁道线路的防护和意外事故的抢修工作。

(3)工作间采取先下坐，再稍向西侧倾斜的坍塌式爆破方案。如果直接倾倒，通道过桥拉扯工作间，将造成工作间倒塌不彻底或者根本不倒；如果全部采取原地坍塌式爆破，则堆积物过多，可能影响储粮塔顺利倒塌。

(4)对储粮塔的爆破难度最大，应作为重点考虑。具体方案：倒塌正面高开口，转点前移，减小转矩，中间立柱及连接立柱彻底破坏，预先切断后排立柱的钢筋。保证储粮塔有足够的倾角和倒塌速度，防止倒塌不彻底。工作间的电梯间(6m以下部分)和储粮塔的东侧筒壁(见图3所示阴影部位)全部用挖掘机彻底清除。

3施工方案设计

3．1工作间的爆破

3．1．1 开口布局

因工作间为框架结构，高宽比为5．3，非常适合采用定向倒塌爆破。由公式H_p=K(B+H_min)可以计算出立柱的最小爆破高度，经验系数K取最大值2，立柱截面边长B为500mm，最小失稳高度H_min。为12．5倍的钢筋直径(D=25mm)，最后计算结果H_p为1625mm。

因此，具体开口设计见表l。

3．1．2预处理

将外墙壁、电梯间及外楼梯(三楼以下部分)用挖掘机的破碎锤预先处理掉，并切割全部钢筋，只保留立柱。

3．1．3参数确定及药量计算

炮孔直径d=40mm，最小抵抗线w=250mm，炮孔间距a=200mm。经计算，标准单个药量q=40g。

3．1．4 网路设计

受当地爆破器材供应的限制，设计网路为混联电点火线路网路，全部采用瞬发电雷管，共计267枚，分为9个支路，每条支路电阻在100～1101Ω，采用380V动力电作为起爆电源，每条支路上可获得的电流强度为3A。

3．1．5爆破振动

根据爆破地震波的计算公式：

式中，经验系数K取200，一次齐爆药量Q=10．68kg，震源中心到保护建筑(新建居民楼)的最近距离为lOOm，衰减系数a取1．6。

计算结果：爆破振动速度v=O．45cm／s。

根据以上计算结果可知，爆破振动小于国家所要求的3cm／s，符合安全设计要求，方案完全可行。

3．1．6塌落振动

根据中科院工程力学所的公式：

触地振动速度：

触地冲量：

式中，工作间的质量M约为1748600kg，重心高度29m，但工作间在塌落过程中，并未完全解体，每层楼板仍保持完好，所以工作间每次下落触地的高度H应为它的层高，即5．5m；垂直加速度g取9．8m／s²；保护建筑物距离R取工作间到新建居民楼的距离约100m。

计算结果：最大触地冲量，I=18155150．54N·s；触地振动速度v=0．4cm／s。

根据以上计算结果可知，工作间的塌落振动远远小于国家所要求的3cm／s，符合安全设计要求，方案完全可行。

3．2储粮塔的爆破

3．2．1 切口高度确定

因储粮塔为整体浇筑的联体筒式结构，高宽比为2．8，且跨度较大，所以只有选择高开口、大倾角的倒塌方式。本方案选择以c轴为支点的倾倒方式，使同等开口高度的情况下联体筒仓的倾倒角度更大。

经计算，开口高度确定为10m时，开口合拢后，联体筒仓重心超出闭合处1．88m，符合倾倒条件。

3．2．2观察室的爆破

为减少倒塌长度，要求将筒仓顶部观察室向相反方向倒塌，与立筒仓形成折叠爆破。由于作用力与反作用力的结果，更有利于筒仓与观察室的双向倾倒。

3．2．3预处理

预处理工作如下：

(1)将前排筒仓外墙壁(10m以下部分)用挖掘机的破碎锤预先处理掉，并将钢筋全部切割，只保留立柱。

(2)割断后排12根立柱的主筋。

(3)观察室为砖结构，爆破量较大，预先开设若干个拱形门洞，以减少最后一次起爆药量。

3．2．4连接柱布孔形式

连接柱布孔形式如图4所示。

3．2．5 网路设计

采用非电延期起爆网路。起爆原则为：南侧筒仓先行起爆，北侧筒仓与筒仓顶部的观察室稍后同时起爆，这样既保证联体筒仓有足够的倾覆力矩，又能有效地减少一次起爆药量，从而减少因爆破而产生的地震效应。

3．2．6安全计算

根据第3．1．5小节中地震波公式的计算结果：爆破振动速度v=2． 78cm／s。

根据第3．1．6小节中塌落振动公式的计算结果：触地振动速度v=2．37cm／s。

综合以上计算结果可知，工作间的塌落振动符合安全要求，方案可行。

4安全措施

4．1厂内铁路的安全防护

铁道线路的防护是本次爆破安全防护的重点之，原有铁道线已基本不用，但相应手续尚未办理完毕，不能立即拆除，可将原有铁道线及其附属设施进行安全防护。具体措施如下：

(1)对铁轨进行硬性支护。在联体筒仓倒塌范围内的铁轨两侧用废旧枕木排成两排，然后用铁路上专用的“扒拘”将两侧枕木固定成一体，保证筒仓落地时，不直接砸在铁轨上；并分别用半米长木桩植入地下将其固定住，防止筒仓触地时前冲，对铁轨造成横向损坏。

(2)除硬性支护外，在枕木上面覆盖1．5m厚黄黏土，作为柔性防护，用以缓冲筒仓下落时的冲量，保证铁轨的安全。

(3)在土堆上面，用0．5cm厚钢板加20em黄黏土作为第一道防护，用以增加筒仓的第一着地面积，避免先着地部分砸地过深，从而造成铁轨的局部损坏。

4．2变电所和居民楼的安全防护

变电所和居民楼是距离筒仓最近的保护建筑，也是筒仓的倒向，无论飞石、冲击波、地震波对其影响都是最大的，也是安全防护的一个重点目标。具体措施如下：

(1)在筒仓和变电所居民楼之间，开挖一道50m长、3m深的减震沟，用来阻断爆破地震

和塌落地震向变电所的传播。

(2)在筒仓的所有爆破部位，悬挂2层5era厚草垫子，以阻挡飞石和空气冲击波。

(3)用木板封闭变电所面向立筒仓的所有窗户。

5爆破效果

5．1 工作间

起爆后，楼房按设计先下坐，然后拉断工作问第9层与筒仓顶部观察室的连接(见图5)。当第2层楼房底板着地时，楼房已经向前产生倾斜。随着楼房的逐层下坐，倾斜不断加大，至最后一层楼房触地时，倾斜角度约为35。(见图6)。整个楼房解体较为充分，粉碎效果较好，楼板有多处裂缝，梁、柱基本没有过大块体。

5．2储粮塔

起爆后，筒仓按预定倾倒，同时筒仓顶部观察室向相反方向倾倒(见图7)。当筒仓倾斜大约20。时，观察室被甩离筒仓顶层。最后，筒仓完全倒在预定范围内，筒壁全部压扁，最高处为3m(见图8)，前端距离变电所只有6m左也，变电所正面有1l块玻璃被弹起的石块打碎。变电所旁的一个临时板房的顶盖被筒仓落地所产生的气浪掀离原位。经检测，变电所一切正常，没有任何损坏，铁轨也安然无恙。