危房爆破拆除的危險源辨識與控制

張傳真,周明安,周曉光,李是良

(1.國防科學技術大學, 湖南長沙 410072;2.中南林業科技大學, 湖南長沙 410001)

危房爆破拆除的危險源辨識與控制

張傳真1,周明安1,周曉光2,李是良1

(1.國防科學技術大學, 湖南長沙 410072;2.中南林業科技大學, 湖南長沙 410001)

采用事故樹分析法,對危房爆破拆除施工中作業人員傷亡、起爆時危房未按設計方案倒塌、爆破效應危害 3方面的危險源進行辨識。應用分析結果,對控制危房不穩定性導致的危險源,預處理施工環節危險源控制,爆破施工作業危險源控制提出了相應的措施,對危房爆破拆除中保證施工安全有實際意義。

危險樓房;爆破拆除;事故樹分析;危險源控制

0 引 言

火災、泥石流等自然災害及建筑質量問題,會造成危房。2008年 5月 12日汶川特大地震災害造成了巨大破壞,舉國震驚,世人關注。震后留下大批受損但未倒的樓房,這些樓房結構已受到嚴重破壞,失去使用功能,有的危及搶險救援人員的安全。在拆除危房過程中爆破拆除技術因其安全高效的特點而得到廣泛應用。

然而,爆破拆除危房與常規爆破作業不同,是一種更高風險的作業。危房隨時可能喪失穩定性和承載能力而發生坍塌。建立危房爆破拆除危險源辨識體系,控制危房爆破拆除施工中的危險源,對于爆破施工的安全實施具有重要意義。

1 危險有害因素的識別與分析

安全系統工程是事故預測、防護和安全管理的一門學科,它能分析、評價、預測和控制系統中的危險因素,進而控制系統的風險,達到系統的最佳安全狀態。常用的風險分析方法有安全檢查表、危險指數法、預先危險性分析、故障類型及影響分析、事件樹分析、事故樹分析、概率危險評價等。對于不同的評價單元可以選擇不同的評價方法,對于評價方法的選擇以不漏掉任何一個被識別出來的危險源 (危險和有害因素)為目標。

事故樹分析法是系統安全分析中最重要的定量分析方法之一。該方法由美國貝爾電話實驗室的H.A.Watson(維森)提出,最先用于民兵式導彈發射控制系統的可靠性分析,之后被廣泛應用于各領域。現用事故樹分析法,以“危房爆破拆除施工事故”作為頂上事件,進行演繹分析。

頂上事件發生有 3種原因事件:一是施工過程中作業人員傷亡;二是起爆時危房未按設計方案倒塌;三是爆破效應危害。分析基本事件,畫出事故樹 ,如圖1、圖2、圖3所示。

割集指事故樹中某些基本事件的集合,當這些事件均發生時,頂上事件必然發生。如果某一割集中任意去掉一個基本事件時,該集合就不是割集了,稱其為最小割集。對事故樹進行定性演算,找出導致頂上事件的基本原因事件的組合,通過求最小割集分析事故樹邏輯關系。只需采取措施盡可能使最小割集中的某一個事件不發生就可以避免頂上事件的發生。找出最小割集,從而有針對性地采取有效措施,防止頂上事件的發生。用布爾代數化簡法求出最小割集為:K1={X1,X2};K2={X3};K3={X4};K4={X5,X6};K5={X7};K6={X8};K7={X9,X10};K8={X11};K10={X12};K11={X14,X15};K12={X13,X16,X20};K13={X17,X18};K14={X17,X19};K15={X17,X21};K16={X22};K17={X23};K18={X24};K19={X25};K20={X26};K21={X27};K22={X28};K23={X29,X30};K24={X31,X32};K25={X33,X34};K26={X35,X36,X37};K27={X38};K28={X39};K29={X40};K30={X41};K31={X42};K32={X43};K33={X44};K34={X45,X48};K35={X45,X49};K36={X46,X48};K37={X46,X49};K38={X47,X48};K39={X47,X49};K40={X50,X51};K41={X52};K42={X53}。

最小割集共有 42個,其中主要因危房結構破損、穩定性差所導致的共有 16個:K4={X5,X6};K8={X11};K10={X12};K11={X14,X15};K12={X13,X16,X20};K14={X17,X19};K19={X25};K21={X27};K22={X28};K23={X29,X30};K25={X33,X34};K26={X35,X36,X37};K36={X46,X48};K37={X46,X49};K38={X47,X48};K39={X47,X49}。由這些因素導致的基本事件的結構重要度總數較大,所以危房拆除爆破中對危房結構破損、穩定性差所導致危險源的控制非常重要。

圖1 危房爆破拆除事故分析樹

圖2 危房爆破未按設計方案倒塌事故分析樹

圖3 危房爆破拆除爆破效應危害事故分析樹

2 危險源的控制

以事故樹分析結果為依據,以控制危房結構特點所致危險為重點,提出危房拆除爆破中危險源的控制措施。

2.1 危房不穩定性控制

(1)恰當選擇施工時機。危房的拆除爆破應在危房的危險狀態停止發展或者惡化速度明顯放緩的情況下進行。

(2)結構加固。災后建筑的殘缺結構多數處于“準條件極限狀態”,結構載荷稍小于其抗力,極易失去穩定,而導致拆除施工作業中垮塌。在此狀態下,如果在關鍵地點適當支撐,少許加固,調節平衡,可以起到“四兩撥千斤”的效果。

(3)建立集中監控分點報警系統。雖然計算出殘缺結構的殘留抗力,但是由于災后建筑的復雜性和多變性,不可能在搶險的短時間內,把殘缺結構的抗力弄的很清楚,因此,為了保證拆除作業中施工人員的安全,必須建立即時監測系統。監測必須集中,以便于收集信息,對比分析,盡快地弄清楚殘留抗力和允許位移、變形值。由于結構的失穩總是從局部開始,逐漸波及到整體的,反映這種規律的報警,應采取分點和集中相結合的方式。出現異常變化及時反饋給現場作業人員,使他能在有限的時間內逃離危險區。可建立兩種監控系統。裂縫位移電子監控系統,如圖4所示。重點監控危房受損的承重柱、梁、墻壁,在裂縫的兩側安裝位移傳感器測移動值。如對梁,按幾何相似原理,換算成懸臂梁的懸端下沉值或簡支梁及連續梁的跨中下沉值。當下沉值超過允許時,立即對該測點和危險波及的其他點測量。要選準最可能出現破壞的構件作為監測對象,如果器材充足可以多選擇幾處構件設置觀測點,以保證監測全面、準確;要正確安裝測試裂縫變化的位移傳感器,位移計及線路安裝必須牢固,不許拉動。位移傳感器必須跨越裂縫安裝,兩端分別固定在裂縫的兩側,且位移傳感器的安裝方向要與裂縫開合方向一致;位移傳感器要進行初始標定,并要設置初始位移,注意位移傳感器要免受外力干擾以免產生大的誤差。為了把安全信息及時的反饋給現場施工人員,還須安裝報警器。在電子監測系統建立之前,或存在非結構垮塌引起的危險因素需要安全監測時,應實施人工監測。由于結構的失穩總是從局部開始,逐漸波及到整體的,結構局部損傷、變形、擴大性裂縫或實物表面剝落,或者產生異常音響、振動、搖晃、顫抖等現象,這些都是顯示事故即將發生的先兆和信號。作業過程中,各作業區負責穩定性監測的人員使用對講機時刻保持聯系,若樓房構件穩定性出現異常變化,要立刻反饋給現場作業人員,同時向其他各作業區發出警報,所有作業人員立刻按照預先確定的逃生通道逃離危房。

(4)建立逃生通道。結構垮塌警報發出后,作業人員應以最少的時間和最短的路線,撤離工作地點以逃生。因此采取措施,使災后建筑物有盡可能長的允許逃生的時間和相應的逃生路線。大多數的鋼筋混凝土結構的梁是按“延性結構”設計的,所配鋼筋為“適筋截面”,破壞時受拉區鋼筋首先屈服進入塑性流變伸長,隨之引起裂縫急劇開展,梁的撓度急劇加大和下沉增加,給人員以明顯的破壞預兆和一定的逃生時間。而少數“脆性結構”的“超筋截面”,破壞時是受壓區混凝土首先壓碎,破壞比較突然,沒有明顯的預兆。為了防止這種突然的破壞,同時也為了盡可能的延長“延性結構”的逃生時間,在重要的施工地點,采用臨時支撐改造原結構的支護特性,增加其延性就顯得尤為重要。逃生路線越直、越短、越寬敞,實際的逃生時間才能越短。在房屋內“九曲十八彎”的逃生路徑、狹窄的逃生險道都是不可取的。擋道的喪失承重能力的墻應打掉,通道應3人以上同時暢通無阻,室內物品和建筑垃圾應清理干凈,逃生平臺要盡可能近。

圖4 裂縫位移電子監控系統

(5)結構抗力計算錯誤隱患控制。災后建筑雖然結構失穩而殘缺不全,但仍存在一定抗力,只有認識殘缺結構的殘留抗力,加以正確的檢測、評估,在足夠的抗力允許下,才可以安全施工。詳勘災后建筑,首先應從最安全的結構處進入,對整個結構物進行詳細勘察,手持小錘,“敲梁問柱”,仔細觀察判斷結構的破壞程度,記下裂縫和變形,以供結構抗力評估用。已知建筑結構的板、梁、柱的尺寸及破壞狀況,以及混凝土、鋼筋強度和數量,即結構的可見和隱蔽的全部狀況,便可計算出殘缺結構的結構抗力。當結構抗力大于拆除施工時的荷載組合時,結構處于安全可靠狀態。也可采用安全抗力校核。“安全抗力”是從設計該建筑時的建筑規范、使用期載荷組合及其安全等級出發,推算出未受災前結構穩定、安全所需的抗力,本文稱“安全抗力”Sn。將災后殘缺結構的可見狀況、拆除時的荷載組合及其安全等級,按結構的實際工作狀態,計算出災后施工安全所需的抗力 Sp,與其對應構件的“安全抗力”比較,并以此推算出安全系數 Kf,即 Kf=Sn/Sp。若 Sp1,則該結構是安全的,否則若 Kf<1,則構件是危險的。框架內圍護用的填充墻,按墻的實際工作狀態,有時可作承重墻用,并與梁、柱聯合工作,由此計算 Kf值。

2.2 預處理施工環節危險源控制

拆除爆破中預處理是指在爆破前將建筑物的非承重墻、門窗、管道等預先人工拆除以減少鉆孔工作量;破壞樓梯間等影響樓房倒塌的結構的強度和剛度以確保樓房可靠倒塌。在一般的拆除爆破作業中,預處理以“拆”為主,但是在危房拆除爆破中,危房結構穩定性差,為降低預拆除風險,提出“加固與拆除相結合”的預處理方式。

(1)制定預處理方案前要對危房結構現狀、穩定性認真考察,找出危險點,在關鍵部位進行支撐加固,增強危房結構穩定性;確定需預拆除結構后,應由建筑方面專家論證方案是否可行,確保預處理后危房無坍塌危險方可實施方案。

(2)預處理前首先是要劃定警戒范圍,同時要派出戴有醒目標志的安全員,并要用警戒繩封閉,在警戒繩上要有紅色警戒旗,夜間施工要在警戒線上配備紅色警戒燈。

(3)對沒有護欄的樓梯和樓梯口、電梯口等危險區域預處理要用鋼管搭設穩固護欄,對臨時過道也要搭設護欄,護欄上要懸掛醒目的警示標志。

(4)對預處理施工工具、安全材料要進行檢查。對安全帽是否按正確方式佩戴也要作檢查。

(5)預處理高度超過 2 m,必須搭設腳手架和配拴安全帶、安全繩。

(6)嚴禁同一投影面上下多層同時預處理作業,在對框架或筒結構 2層以上墻體進行預處理時,嚴禁相鄰柱間墻體整體倒塌,以免沖擊破壞板件從而危及下面多個層面上的施工人員和機具的安全。

(7)在進行預處理時不能影響結構的整體穩定,特別是對承重墻開設弧形洞時,嚴格按設計人員的指定區域、范圍大小進行預處理。

(8)為了保證爆破缺口的形成,對缺口內的各種管道也要作預處理,特別是下水管道的口徑和重量大,在作預處理前,先在中上部用鐵絲進行固定,待用大錘擊碎底部后再松鐵絲讓其倒下,以免在處理過程中由于其倒塌方向不穩定而擊傷施工人員。

(9)若拆除體的樓梯間其穩定性很好,為了保證爆破效果,要對樓梯踏步進行間隔預處理,對爆破缺口以外的各層樓梯踏步可以提前預處理,并用鋼管或其它物件封閉爆破缺口頂層向上通行的樓梯口,爆破缺口內的樓梯踏步由于施工所用,在起爆前2 h由專人帶隊預處理,處理時要注意保護爆破網路。

2.3 爆破施工作業危險源控制

(1)防機具傷害。鑿巖要配備熟練的和足夠的作業人員,按作業要求進行作業;高壓風管接頭應牢固,及時更換破舊風管;使用質量合格的釬桿。

(2)防物體打擊。作業時按規定戴好安全帽,工具、器具擺放有序,及時清理作業面的松散浮物,避免立體交叉作業。

(3)防高空墜落。首先進行排險,防止防高空墜物傷害人員。人員戴好安全帽,設置安全標志及設施。

(4)防意外坍塌。施工作業時鉆孔作業、震動等都有致危房坍塌的可能。除建立監測系統、開設逃生通道之外,還應嚴格控制進入危房作業的人數,建立出入危房登記制度。

(5)防早爆。嚴格按照爆破操作規程作業,采取有效的防外界電能措施,禁止在雷雨天氣條件下起爆,爆破現場禁止一切煙火,爆破前拆除施工用電系統,清除易燃易爆物品。

(6)做好安全警戒管理。配備警報器的音量要足夠大,數量足夠,確保處于理想工作狀態。警戒人員要認真切實履行職責。

(7)防樓房倒塌失誤。危房往往給人造成容易炸倒的錯覺,加之作業條件困難,危房爆破比普通樓房爆破風險更大,且技術難度也更大,往往造成一次爆破炸不到“危上加危”,或傾倒方向發生偏差。因此危房爆破設計時應對樓房結構及穩定性進行認真分析論證,確定合理的爆破方案,裝藥設置可采用炮孔法及外部裝藥相結合的方法,合理選擇爆破切口、爆破參數及起爆網絡,確保一次性爆破成功。

(8)防爆破危害。爆破飛散物、地震波的防護同普通樓房爆破類似。因危房爆破常需采用外部裝藥,因此必須要有可靠的防沖擊波的措施。能采用炮孔裝藥的部位,盡可能采用內部裝藥;確需采用外部裝藥量時,也盡可能避免裸露裝藥,可用沙袋、土袋或水袋覆蓋,不僅可減少單個裝藥量,還可大大削弱空氣沖擊波的強度;采用微差延期起爆。

3 結 論

應用事故樹分析法,能將引起事故的所有基本事件一目了然地列舉出來,并通過結構重要度分析使安全管理的目標更加清晰明確。有重點地控制危房爆破拆除中的危險源,有利于危房爆破拆除安全順利的實施。

[1] 劉 翼,等.爆破拆除危樓安全施工的報警系統設計[J].爆破,2006,23(2).

[2] 王如君,等.安全評價師[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2008.

[3] 汪旭光.中國典型爆破工程與技術[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[4] 傅光明,周明安.軍事爆破工程[M].長沙:國防科技大學出版社,2008.

2011-06-26)

張傳真 (1988-),男,主要從事爆破工程方面的學習和研究。