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第十一章拆除爆破设计与施工第十一章拆除爆破11.1拆除爆破基础知识11.2建（筑）筑物的拆除爆破11.3静态破裂技术11.4拆除爆破施工11.5拆除爆破理论模型及数值模拟学习要点：1、了解拆除爆破的基本概念、特点、要求；2、熟悉拆除爆破的原理；3、掌握拆除爆破的设计方法、内容、爆破方案的选择；4、掌握楼房和高耸建筑物的爆破技术与施工；5、了解水压与聚能爆破原理及应用。11.1拆除爆破基础知识11.1.1拆除爆破总论1、概况建筑物拆除爆破始于第二次世界大战以后，许多城市的工厂和建筑物被战争破坏，大量的工业设施需要重建和改建，拆除旧的建筑物和构筑物给爆破工作者提供了一个机会，使危险性很大的爆破技术从旷野进入城市，使工程爆破理论和技术得以迅速发展，并逐步发展形成了一门专门技术——城市拆除爆破技术。国际上，20世纪60年代，美国、日本、瑞典等国已将爆破技术应用于城市建筑物和构筑物的拆除。进入70年代以后，随着爆破理论、施工技术的发展，各类破碎剂的研制成功，以及以水为传能介质的水压爆破等新技术的应用与不断完善，进一步扩大了工程爆破的应用范围。近十几年，已成功地应用爆破技术拆除80层以上的楼房，200m以上的烟囱，并在海底爆破、营救地震受害人员等方面取得了良好的效果。我国在建筑物、构筑物爆破拆除等方面，从50年代开始应用，并迅速发展起来，居先进国家之列。1958年，东北工学院在国内首次用爆破方法拆除了120m高的钢筋混凝土烟囱，开了我国拆除爆破之先河。70年代中后期以来，拆除爆破技术更有了快速的发展，73年铁科院爆破拆除2200m3旧北京饭店钢筋砼地下室；76年为建毛主席纪念堂，在天安门广场附近一次爆破拆除三座大楼（1.2万m2）。进入80年代以后，全国成立了数百家专门从事控制爆破的公司，拆除爆破技术逐渐在全国范围内推广开来。许多科研单位、高等院校将爆破理论与实践相结合，进行拆除爆破的实践，拆除了许多复杂的建筑物和构筑物，使拆除爆破技术进入了一个新的阶段。如山东十里泉电厂180m钢筋混凝土烟囱分层爆破拆除，解决了周围环境特别复杂，不可能整体倾倒或折叠爆破时的高空爆破作业技术的难题，为高烟囱拆除爆破提供了新的模式和成套经验；重庆发电厂西厂爆破拆除工程是一次起爆拆除工业建筑物面积最大的项目，一次爆破拆除2700m2；1995年12月在武汉成功地拆除了正在缓慢倾斜的18层高56m大楼；1999年上海又成功地拆除了16层高67m的长征医院病房楼。我所自1982年开始从烟囱、水塔、楼房等建筑物爆破拆除，到复杂情况下的建筑拆除，也取得了较快的发展和成就，特别是在山东各地进行了大量的拆除爆破。2、拆除爆破的特点与其他爆破工程相比，拆除爆破具有以下特点：（1）爆区周围环境复杂。拆除爆破一般是在城市闹市区、居民区、厂区或厂房内进行，在爆区内或附近往往有各种建筑物、管道（如输水管，输气管）、线缆（如高压线和通讯线路等）和其他设施，环境十分复杂。进行拆除爆破时不能为了拆除某个建筑物而破坏周围的设施，更不能引起人员伤亡事故。（2）爆破对象、材质复杂。爆破对象可能是各种建筑物或构筑物，它们在结构形状和材质上大不相同，建筑时间各异，很多建筑物或构筑物没有原始资料。（3）对爆破技术的可靠性要求非常高，起爆技术复杂。采用爆破法拆除建筑物时，由于拆除方案的需要，在布孔和起爆方式上与常规爆破有很大区别。有时一次需要起爆千万个药包，这些药包又往往需要分批延期起爆，在间隔时间和起爆顺序上需要进行严格控制。（4）工期紧、影响大、防护问题突出。一般要求限期完成，给爆破设计与施工造成很大的困难。3、对拆除爆破的特殊要求正因为拆除爆破的特殊性，所以拆除爆破除了满足一般的爆破要求外，还应满足以下几个方面的要求：（1）控制爆破产生的有害效应。拆除爆破必须贯彻“安全第一”的思想，爆破产生的地震波、空气冲击波、噪音和飞石等的危害都要控制在允许的范围内，确保周围设施及人员的安全。（2）控制坍塌方向和堆积范围。对于高耸建筑物或构筑物，要求爆破后按设计的方向倒塌，按设计的范围堆积，以免砸坏附近的建筑物或设施。（3）控制爆破的破坏范围。要把设计拆除的部分完全爆破下来，而不需要拆除的要完整地保留下来。（4）控制被爆体的破碎程度。便于清理废墟和装运。根据爆破对象的不同，可将拆除爆破分为如下类型：（1）基础型构筑物拆除爆破。（2）高耸型构筑物拆除爆破。（3）厂房型建筑物拆除爆破。（4）容器型构筑物拆除爆破。（5）其它特殊建筑物和构筑物的拆除。拆除爆破具有快速、高效、经济、安全等优点，是一种城市控制爆破技术。综上所述，拆除爆破定义：是根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件，通过精心设计、施工与防护等技术措施，严格控制炸药爆炸能量的释放过程和介质的破碎过程，既要达到预期的爆破效果，又要将爆破的影响范围和危害作用严格地控制在允许限度之内，即对爆破效果和爆破效应同时加以控制地爆破技术。4、拆除爆破的方法通常可采用三种爆破方式：钻孔爆破、水压爆破和外部爆破（糊炮、聚能切割）。钻孔爆破法即常用的有三种水压爆破法（简述适用条件）外部爆破法5、拆除爆破工程的程序①了解情况（拆除要求、周围环境、建筑结构、当地公安规定）；②可行性分析（方案比选，工程风险、难点、等级、工程量、造价及工期，签合同）；③工程设计及上报（技术设计、施工组织设计、办理爆破手续）；④组织施工（布孔、钻孔、验孔、装药、网路检测、防护等）；⑤爆破（警戒、放炮、检查）11.1.2拆除爆破设计原理及药量计算1、基本原理1）最小抵抗线原理：最小抵抗线方向是爆炸冲击波及爆生气体膨胀的最短路径，介质阻力最小，是介质易于破碎和抛掷的主要方向。（注意：①充分利用自由面；②w的方向应选择在允许破碎和抛掷的方向；③合理确定w的大小）。2）等能原理（能量平衡原理）：根据爆破对象、条件和要求，优化爆破参数、合理选择炸药、装药结构、起爆方式，使炸药爆炸释放的有效能量与破碎介质所需的能量相等，而五多余的能量造成爆破危害。（公式的经验性、要求的破碎程度不同）3）微分原理：将爆破某一目标所需的总装药量合理地、均匀地分散在多个炮孔中“多打眼、少装药、多段起爆”，使爆炸能量多段延时释放，得到合理控制，从而既增加了爆破效果又减少了爆破危害。4）缓冲原理：通过选择适宜的炸药和合理的装药结构，降低爆轰峰值压力（缓和对介质的直接冲击作用），延长爆生气体的作用时间，使爆炸能量在孔内得到合理利用。（主要途径：①选择低威力、低爆速炸药；②适当减少装药直径；③采用不耦合装药。）2、设计方法和内容一般包括三个方面：方案制定、技术设计和施工组织设计。1）爆破方案制定工程概况、爆破设计依据、爆破方案选择、爆破切口设计、实现定向坍塌的措施。2）技术设计爆破参数的选择与计算、爆破器材选择、爆破网路设计、安全防护及爆破安全计算、放炮警戒范围。3）施工组织设计施工队伍、设备与材料、施工管理体系、施工进度、安全生产措施。3、拆除爆破装药量计算1）体积公式拆除爆破虽然面临的爆破对象不同，但装药原理是一样的。长期以来，使用最多的是体积公式：Q=qV（11-1）式中：q——单位炸药消耗量，kg/m3，根据爆破对象的材料性质和破碎要求来确定；V——每个炮孔所负担的爆破体的体积或爆破体总体积，m3。不同条件下单孔装药量计算公式还有：Q=qWaH（11-2）Q=qabH（11-3）Q=qBaH（11-4）Q=qW2l（11-5）选用公式时应注意：炸药品种的换算、临空面的多少、浆砌材料等需调整各参数。2）剪切破碎公式瑞典兰格福斯（U.Langefors）将梯段爆破装药量的公式写为：Q=K2W2+K3W3+K4W4式中：K2，K3——分别是取决于介质的弹塑性及强度的系数；K4——取决于重力的系数；W——最小抵抗线。对于构筑物拆除爆破，最小抵抗线很小，第三项对公式的影响不大，可以忽略不计。因此上式可以写为：Q=K2W2+K3W3据此，铁道部门提出：炸药的能量消耗包括两部分：一是介质内层面产生流变或塑性变形的能量；二是破碎介质消耗的能量，在此基础上总结出装药量计算公式。（9-6）式中A—爆破剪切面的面积，m2；V—炮孔的破碎体积，m3；q1—单位剪切面积的用药量，面积系数，g/m2；q2—单位破碎体积的用药量，体积系数，g/m3；f0—炮孔定位系数。使用公式时，各系数查表见有关资料。VqAqfQ210材料类别q1(g/m3)q2(g/m3)适用范围说明混凝土或钢筋混凝土（13~16）/W150不厚的条型截面构件，要求严格控制破碎抛出混凝土（20~25）/W150混凝土体破碎，小碎块个别散落在5~10m内一般布筋的钢筋混凝土（26~32）/W150混凝土破碎脱离钢筋，个别碎块抛落在5~10m以内布筋粗密的钢筋混凝土（35~45）/W150混凝土破碎脱离钢筋，个别碎块抛落在10~15m以内重型布筋的钢筋混凝土（50~70）/W150混凝土破碎，主筋变形或个别断开，少量碎块飞散在10~20m以远浆砌砖体（35~45）/W100砖体破裂塌散，少量碎块抛落在10~15m内浆砌片石或料石（35~45）/W200料石破裂，浆缝炸松，少量碎块抛落在10~15m内天然岩石（50~70）/W150~250破裂松动，少量碎块抛落在5~20m内表面积系数q1与体积系数q2表炮眼定位自由面系数炮眼的临空面数一个自由面二个自由面四个自由面炮眼定位系数k1.151.00.7511.2建（筑）筑物的拆除爆破11.2.1基础拆除爆破基础型构筑物拆除爆破，是建筑物拆除爆破的基础。除了一些需要拆除的构筑物本身就是基础型构筑物外，许多建筑物或构筑物拆除爆破时，爆破部位的构件也都属于基础型构筑物。基础型构筑物常采用炮眼爆破法拆除。需要拆除的构筑物或构件，按其形状的不同可以分为三类：（1）块状体：一般三向尺寸都较大的构筑物称为块状体。如基础，桥墩。（2）柱状体：是指一向尺寸远远大于另外两向尺寸的构件。如梁，柱。（3）薄板（壁）结构：一向尺寸远远小于另外两向尺寸的构筑物。如墙，地坪。对于构筑物拆除爆破，又分为两种:整体拆除破碎爆破切割爆破一、整体拆除爆破（一）爆破参数的选择1、单位用药量系数q一是靠经验、二是按表查取、三是通过试爆确定。其大小与爆点周围环境以及爆破要求密切相关。原则是“爆橇结合、宁橇勿飞”。2、最小抵抗线w应根据爆破体的材质、几何形状和结构尺寸，钢筋砼中的配筋情况，要求的爆破块度，以及清碴方式等因素综合确定。w取值：浅眼爆破一般孔径d=38~42mm，w=(8~15)d，即w=30~60cm，一般＜1m。具体地：梁、柱和墙：单排孔时，w=B/2（B为梁柱的宽度）；距齿型时，w=0.42B。大型块状体并采用人工清碴时：钢筋砼：w=0.3~0.5m；素砼：w=0.4~0.6m；砖石砌体：w=0.5~0.7m。拱形或筒形结构：内侧w1=（0.32~0.35）B,外侧w2=（0.65~0.68）B。3、炮孔间距a和排距b同一排炮孔中炮孔之间的距离叫孔距。排与排之间的距离叫排距。acdbaaaabb图炮孔布置方式a单排孔布置b单排孔踞齿形布置c双排孔布置d多排孔布置孔距(a)：视不同的爆破条件（材质、几何形状、结构类型、施工条件和爆破要求等）来选取，用炮孔密集系数m来表示，m=a/w。对于板状大块，当m1时，爆生裂隙将首先沿炮孔连线贯通，从而易导致板状大块的产生。因此，除切割爆破外，一般均应使m1。对于梁和柱而言，由于有竖向钢筋的作用，侧向爆破受到约束，孔距可适当加大，根据经验，可取m=2.0~3.0，a=(2~3)w。大型块状基础，视材料不同来确定，可参考以下经验值：素砼：a=(1.0~1.3)w；钢筋砼：a=(1.2~2.0)w；浆砌料石或片石：a=(1.0~1.5)w。材料强度低、工程质量差时，孔距取高值，反之取低值。排距（b）：一般等于或小于最小抵抗线。多排孔齐发爆破时，由于后排孔缺少良好的自由面条件，排距小些，可取b=(0.6~0.9)w。4、炮孔直径和炮孔深度（l）在拆除爆破中，多数采用孔径为38~42mm的浅孔