高层建筑物多切口大角度定向爆破技术与应用

李友军，张北龙,2，郑 耿，汪惠真，段丽环，杨云天

(1.广东中人集团建设有限公司，广州 510515；2.广东中人岩土工程有限公司，广州 510515)

在城市转型升级中，越来越多的旧建筑及违章建筑已经不适应当前城市建设的发展，需要进行拆除或改造[1-5]。对于城市改、扩建过程中高层建筑物的爆破拆除，在安全和环境允许的条件下，采用布置多个爆破切口、且切口为梯形大角度的爆破技术，可很好地解决高层建筑物爆破拆除中，建筑物结构和周边环境复杂、爆破难度大、安全性差等突出问题，实现高层建筑物安全、高效的拆除。本文以爆破拆除广州市增城区荔新十二路1栋26层办公大楼为例，介绍了采用多切口大角度定向爆破技术拆除高层建筑物的应用与效果，以期为类似爆破拆除工程提供借鉴。

1 多切口大角度定向爆破技术原理

在待拆除大楼上适当位置布置3个(或3个以上)切口，切口为梯形形状，增大每个切口角度，来实现切口角度与倒塌建筑物重心间的最佳比例关系；通过爆破参数优化和爆破网路适配性调整，切口自下而上逐步起爆，爆破切口内每排立柱由前向内、分段延时、逐排起爆；爆破网路间一个切口区域内上、下楼层相差一个段别时间，相邻切口起爆顺序整体相差一个段别时间，爆破网路整体上呈现立体交叉相错起爆。

1.1 多切口布置

根据待拆大楼高度及周边环境允许条件，布置适当数量切口，一般为3个。第1个切口的主要作用是控制楼房的倒塌方向，确保楼房倒塌方向准确无误，第2、3个切口的主要作用是缩短塌散长度，降低爆破振动以及塌落振动；在第2、3个切口的作用下，楼房在倒塌过程中，切口之间楼段挤压碰撞，在倒塌过程中二次解体，破碎效果较好，很大程度上降低楼房倒塌时的塌落振动以及爆破振动。

1.2 切口角度

相比传统设计，若增大每个爆破切口的角度，必须根据待拆除建筑物具体情况和各个切口作用的不同，适当选取切口角度范围，一般是第1切口角度控制在35°～45°，第2、3切口角度控制在25°～30°。此次待爆破拆除大楼的切口均采用梯形形状，第1切口角度取45°，第2、3切口角度都取29°。大角度梯形切口设计加大了爆破区域，实现切口角度与倒塌建筑重心间的最佳比例关系，确保楼房倒塌方向准确，缩短了建筑物倒塌长度，增加爆破破碎解体的充分性。

1.3 立体交叉相错起爆网路

切口从下而上逐步起爆，梯形切口内立柱爆破高度由外向内逐渐降低，每排立柱由外向内、逐排起爆，建筑物结构逐步缓慢失稳，避免了全部炮孔一次起爆对结构主体的破坏及其他次生危害，减少了高大建筑物爆破后坐现象的发生；1个切口区域内上、下楼层相差一段别时间，相邻切口起爆顺序整体相差一段别时间，爆破网路整体上呈现立体交叉相错起爆，避免不同切口、不同楼层间同段别雷管爆破药量叠加，有效减少爆破振动对周边环境的影响；爆破整体延时时间较短，3个爆破区域解体楼段同步倒塌，楼体互相挤压破碎，破坏解体效果良好，缩短塌散长度。

2 爆破方案

待拆办公大楼共26层，建筑高度106.5 m，框架—剪力墙结构，面积约27 000 m2，楼层高，立柱截面大，最大立柱尺寸达1 100 mm×1 800 mm，为爆破拆除同类建筑中断面之最，建筑结构强度高。大楼东北侧及北侧为密集的住宅小区，西侧紧邻荔新十三路，西南侧为开阔空地，可供楼房倒塌的空间有65 m，南侧距离广园快速路240 m。

根据周围环境，采取半秒延时起爆，向东偏南45°定向倒塌。采用3个大切口的爆破方式。3个切口分别位于1～3层、10～11层、18～19层(见图1)。立柱的破坏高度H=2.5～3.0 m，剪力墙的破坏高度取2.0～3.0 m，立柱、剪力墙结构炮孔分别选取不同的炸药单耗量，每排立柱采用不同段别雷管起爆，采用双环路闭合复式网路。

2.1 预处理

分别采用人工法、机械法、爆破法对剪力墙、楼体、电梯间等结构进行预处理[6]。通过一定比例的预处理，大面积墙体变成了长50～150 cm的简化柱体，方便钻爆施工，利于安全防护(见图2)。

图1 爆破切口位置Fig.1 Blasting incision position

图2 剪力墙预处理(平面)Fig.2 Pre-treatment of shear wall (plane)

2.2 炮孔布置

立柱沿中心线两侧对称布置3排孔。剪力墙分为垂直墙面布孔和平行于墙面布孔2种方式。垂直于墙面布孔时，孔距和排距等于墙厚，平行于墙面布孔时，只布1排孔(见图3～图4)。

图3 立柱炮孔布置Fig.3 Hole arrangement in the upright column

图4 剪力墙炮孔布置Fig.4 Hole arrangement in the shear wall

2.3 爆破参数

爆破采用φ40 mm炮孔，2号岩石乳化炸药φ32 mm×200 mm。通过现场试爆，经优化调整，得出本次相应爆破参数如表1所示。

表1 优化的标准爆破参数

2.4 起爆网路

1)延时时间。切口从下而上逐步起爆，1个切口内4排立柱，由外向内逐排起爆(整体结构分4排：A、B、C、D)，建筑物结构逐步缓慢失稳。采用半秒延时和毫秒延时起爆时间间隔，为降低一次齐爆药量，避免不同楼层同段别雷管药量叠加，第2、3切口经MS3段孔外延时后联入主爆网路，1个切口区域内上、下楼层间相差1段别时间，相邻切口起爆顺序整体相差1段别时间，爆破网路整体上呈现立体交叉相错起爆，各切口雷管段别及延时时间如表2所示。

2)网路连接。为保证爆破安全可靠，采用非电簇联法复式导爆管孔内延时雷管构成的闭合双环路复合起爆网路(见图5)。第1切口立柱和剪力墙孔内的雷管通过双发MS3段雷管簇联，然后用四通和导爆管将同层的立柱和剪力墙的MS3段雷管分别连接，第2切口立柱和剪力墙通过MS3段雷管簇联，第3个切口立柱和剪力墙通过MS3段雷管簇联。然后将柱(墙)与柱(墙)纵横连接成闭合复式网路；同一层的爆破网路连接好后，层与层之间的柱(墙)与柱(墙)上、下连接成多通道闭合网路。最后用2条导爆管引至起爆站由脉冲起爆器起爆。

表2 切口雷管段别及延时时间

图5 双环路闭合复式起爆网路Fig.5 Double loop closed compound detonation network

2.5 安全措施

待拆大楼周边环境复杂，紧邻居民楼、幼儿园及高压线路，需要采取有效的防护措施，防止爆破飞石、爆破冲击波、爆破振动、爆破粉尘等危害对周边的影响。

1)在倒塌方向上布置4道减振土堤，每10 m砌筑1道，土堤采用现场红土堆砌，顶宽2 m，底宽4 m，高度3 m，顶部压3层土袋。

2)在待拆大楼的四周地面上开挖减振沟，开挖深度1.5 m，宽1.5 m。

3)对爆破部位加强防护，使用20层密目安全网进行包裹，并用12号铁丝捆扎结实。在爆破切口外侧挂20层密目安全网，以阻挡飞石对周围房屋玻璃及高压线破坏。

4)住宅小区最北侧的房子窗户用挂竹篱笆进行防护，防止冲击波对房屋玻璃损坏。

3 爆破效果

待拆大楼于2018年8月30日16时准时起爆，整个倒塌过程大约持续约6 s，倒塌过程如图6所示。大楼按爆破设计方向准确倒塌，近倒塌方向110 kV高压线塔处监测数值最大，最大振动数值为0.81 cm/s,，主振频率为4.87 Hz，符合安全允许标准[7]。爆破没有产生其他次生影响，倒塌长度约37 m，爆堆高度约15 m，附近居民区、天然气管道、通信管道等安然无恙，此工程创下华南地区爆破拆除第一高。

据测算，采用多切口大角度定向爆破技术进行此超高层建筑物拆除，较传统方法，工期明显提前10 d左右，施工成本节约15万元，创造综合经济效益约50万元。

4 结语

本次爆破结合多种先进拆除爆破技术，通过精心组织、合理安排施工工序，实现了该工程安全无事故、质量优良、高效率完成的目标，提高了爆破拆除的精细化程度，有效降低了施工成本，缩短了建筑物拆除施工工期，取得了良好的经济效益和社会效益。

本技术已在多栋高层建筑物爆破拆除施工中得到应用，均取得良好的爆破效果，为其他类似建筑物的拆除提供了很好的借鉴作用。