高耸建筑物拆除爆破的安全分析及控制研究.doc

高耸建筑物拆除爆破的安全分析及控制研究
随着国家大力推进西部大开发、三峡库区的建设和市政建设的不断发展,部分城市的陈旧设施、房屋和桥梁需要拆除重建,三峡库区内的部分淹没城市的建筑物需要拆除清理,控制爆破拆除就是其中一种有效的拆除方法。这种拆除方法具有快速、高效、安全、可靠的优点。随着近年来控制爆破技术的提高和人们对控制爆破的认识的加深,控制爆破拆除的安全性也日益得到了提高。由于拆除爆破大多是在人口稠密、建筑物密集、交通频繁的市区或各种厂区内;同时拆除爆破对象的部分物理参数的不确定性,不仅要求设计和施工要完善周密,还必须要有可靠的安全防护措施。因此,安全是拆除爆破工程的首要目标,拆除爆破的安全控制技术就显得尤为重要。在此,本文探讨了拆除爆破中所存在的安全问题,寻求有效的防护措施和控制方法,对确保爆破的安全性有着重要的意义。
1爆破危害
1.1振动
爆破振动
炸药在炮孔内爆炸时,它将在围岩内产生强烈的应力波。这种引起岩石质点发生振动的应力波就是地震波。地震波通过介质传播,引起介质质点的强烈振动,以致爆破区周围建筑物产生破坏甚至倒塌。
目前,国内多以介质的质点振动速度作为爆破振动对周围建筑物破坏的主要判据。在实际工程中,用萨道夫斯基经验公式计算其振速,结果往往偏大。通过多起工程实例,用修正后的萨道夫斯基经验公式计算振速[3]:
V=K×K1×(3Q/R)α(1)
式中:V为介质质点的振动速度,cm/s;
Q为炸药量,齐发爆破时取总装药量,分段起爆时取最大一段的装药量,kg;
R为测点至爆心距,m;
K,α为与爆破条件、材料特性等有关的系数,K=30～70,α=1～2;K1为修正系
数,取0.25～1.0之间。
根据《爆破安全规程》,振速小于或等于5cm/s,可以保证建筑物安全。
对于爆破地震而言,影响其地震振动的特性的因
素非常复杂。一般来说,可以分为三个主要方面:
(1)爆源的特性:药量大小、爆破方式、爆区地质条件等;
(2)传播介质特性:地质构造和传播介质的物理力学性质等;
(3)场地条件:地形和土质条件等。通过综合国内外大量的实际观测资料,在拆除爆破中,药量和距离对地震动的影响是最主要的。
1.1.2塌落振动
对于高耸烟囱采用定向拆除爆破整体倒塌触地时,将会产生强大的冲击地压和振动,对周围建筑物以及地下管道、设施等产生危害。一般塌落振动也以介质的质点振动速度来描述其振动危害的程度,其振动速度可用下式计算:
V=KB(M1/3/r)2×(32gh/r2)(2)
式中:M为冲击地面的解体建件质量,kg;h为解体建件的落高,m;
r为落地建件所在位置与被保护物间的距离,m;
KB为常数,一般取30～40。
同样,塌落振动速度小于或等于5cm/s,就可以保证建筑物安全。
1.2爆破飞石
爆破飞石是指被爆物体中产生的脱离主爆堆而飞散较远的个别碎块。产生飞石的主要原因有:
(1)装药量过大,致使尚有多余的能量作用在碎块上,使碎块获得足够的动能向四周飞散;
(2)被爆物的介质结构不均匀,爆生气体会涌入某些弱面,导致这些部位产生大量飞石;
(3)炮孔口堵塞的长度不够,导致孔口爆破破碎,产生飞石;
(4)起爆方式也会影响爆破时飞石的产生;
(5)自由面对装药量的影响。
对爆破飞石的防护主要根据爆破飞石水平飞行的最大距离及时采取相应的防护措施。爆破飞石的最大水平飞行距离Xmax,可用下式计算:
Xmax=K×(Q1/3W/)4(3)
式中:Q为装药量,kg;
K为介质种类系数,K=B/g,B为介质系数,g为重力加速度,一般K=3.6～9.23;
W为最小抵抗线,m。
对于拆除爆破的爆破飞石的最大飞行高度H,可用下面经验公式进行计算:
H=0.25Xmaxtanα(4)
式中:α为飞石抛射角。
1.3爆破空气冲击波
爆破产生的空气冲击波是空气内的一种压缩波。由于爆炸反应速度极快,药包周围介质来不及发生扰动,在此瞬间爆炸产物高速向空中膨胀,对周围空气进行压缩,形成压力很高的冲击波。它产生的原因有直接因素和间接作用,也可能是两种因素的综合作用。直接因素是未约束的药包爆破生成的爆炸产物的直接作用;而装药的堵塞材料的间接作用也会引起爆破空气冲击波的产生。
空气冲击波在传播过程中,较高的冲击波压力和较大的流速会引起爆破点附近一定范围内建筑物的破坏和人畜的伤亡,其安全距离,可用下式计算:
R=k3Q(5)
式中:k为系数。对爆破作业人员,取k=25;
对周围居民和其他人员,取k=60;
对建筑物,取k=55。
根据上式计算的安全距离,其超压值都在使人致伤或建筑物最薄弱环节损坏的超压值以下。当空气冲击波压力达到一定值后,会形成一股气浪,对防护产生作用力。不同的覆盖面积,气浪对防护产生的作用力也会不同。不同覆盖面积所对应的作用力如表1所示。因此,必须采取严密的措施