復雜環境下的水塔精細拆除爆破

文輝軍，張韓濤

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南長沙 410005)

復雜環境下的水塔精細拆除爆破

文輝軍，張韓濤

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南長沙 410005)

對復雜環境條件下的倒錐傘型水塔拆除采用精細爆破設計與施工。介紹了倒錐傘型水塔爆破拆除的多數設計與安全防護措施，可為其它同類工程提供了參考。

倒錐傘型水塔；精細爆破拆除；爆破設計；安全防護

1 工程概況

1.1 工程規模

待拆除的水塔為鋼筋混凝土倒錐傘型水塔，塔身高35 m，加上倒錐傘型水箱高度7 m，總高度為42 m，筒壁外徑2.4 m，內徑2 m，壁厚20 cm，傘型水箱最大外徑10.64 m。

1.2 周邊環境

待拆除的水塔位于湖南省食品藥品檢驗檢測實驗學校基地內，周邊環境十分復雜。西北側為新建辦公樓，距水塔筒壁約9.5 m，距倒錐傘型水箱外邊緣約4.5 m；水塔東南側為檢測學校基地內道路，東側道路邊鋪有中壓3 MPa天然氣管道，埋深約1.5 m，相距水塔定向倒塌中心線23 m，西側26 m有供水房，距水塔47 m處為教學樓。

1.3 水塔結構

如圖1所示待拆除水塔高42 m，下部支筒為圓柱形，筒體內徑為2 m，壁厚B＝20 cm。上部水箱為倒錐形結構。水塔筒體及水箱配有Φ18 mm×200 mm的主筋和Φ8 mm×200 mm的副筋，整體剛度強。

圖1 周邊環境示意

水塔體積為80.2 m3，其中水塔筒體混凝土體積為48.35 m3，倒錐傘型水箱混凝土體積為31.85 m3，水塔重200 t，其中筒體重120.9 t，水箱79.1 t。

2 爆破拆除技術設計

2.1 爆破環境分析

從水塔周圍的地面環境分析，難度有兩點；一是倒錐傘型水箱質量大，高度較大勢能也大，倒地后對地面沖量大，二是環境復雜，建筑物距離較近，對倒錐型水塔倒塌方向控制精度要求高。

水塔距新建辦公樓西北角較近，不到10 m。爆破時，飛石極易對樓房產生損害；水塔總質量重達200 t，觸地沖量大，會產生較大的地面震動，危及東面23 m處地下天燃氣管道。需要釆取技術措施保護辦公樓、減小和緩沖傘形水塔觸地時形成的巨大震動，保護近處的天然氣管道。

圖2 水塔結構示意

2.2 倒塌方向的確定

按水塔周邊環境分析，倒塌方向定于正南方。因為西北面是新辦公樓，東面有天燃氣管道和居民樓，西面有供水房與教學樓，只有正南方向長度、寬度滿足倒塌要求。

2.3 爆破切口設計

2.3.1 切口設計

(1)切口位置。水塔爆破切口位置在標高＋0.98 m處。

(2)切口形式。爆破切口形狀選擇正梯形。

(3)切口高度(H)設計。爆破切口的高度，根據以往類似工程經爆破切口設計高度為1.5 m。

圖3 爆破切口示意圖

(4)切口長度(L)。為避免爆破切口過長或過短，通常爆破切口長度應滿足下式：

式中，L為爆破切口的長度，m；s為水塔外部周長，m。

通過驗算，水塔倒塌前的穩定條件以及爆破缺口形成初始時的抗剪受力條件，爆破切口所對應的圓心角為216°，計算所得：

爆破切口的上口寬＝Dπ×216/360＝2.4×3.14×0.6＝4.5 m

2.3.2 定向窗

為確保水塔能按設計的方向精準倒塌，在爆破切口的底部兩端開設定向窗。定向窗傾倒角度30°，寬度取0.6 m。爆破切口展開如圖4所示。

2.3.3 爆破參數

按精細爆破設計、施工管理原則，根據公司以往多個水塔拆除爆破的參數進行分析，充分考慮外部條件與水塔結構的屬性，對爆破切口，炮孔間距與最小抵抗線控制，單孔藥量，定向窗開鑿，水塔倒塌實際長度，寬度等進行細化，并確立爆破參數，見表1。

圖4 爆破切口展開圖

表1 水塔爆破精細定量化取值

3 傘型水塔著地振動估算

根據現場環境分析，由于水塔為高聳構筑物，整體傾倒時會對地面產生沖擊振動，危及東面23 m地下天燃氣管道。根據中國科學院力學研究所的經驗公式估算塌落造成地面振動的速度：

式中，M為下落構件的質量，t；H為構件重心高度，m；R為為重心高度落點處距被保護對象的距離，m；σ為地面介質的破壞強度，MPa，一般取10 MPa；g為重力加速度，m/s2；β為衰減系數，取-1.66；Kt為衰減系數，取2.35；

各項參數取值為：傘型水箱質量M＝200 t，重心高度約在25 m處；天燃氣管道距離水箱觸地中心線23 m。根據該公式計算，200 t傘型水箱在23 m處塌落觸地振動速度為1.40 cm/s，小于新奧燃氣公司給出的安全允許振動速度2.0 cm/s的標準，但也接近其標準，需要釆取措施降低觸地沖量，保證燃氣管道的安全。

4 安全技術措施

(1)確定倒塌方向后，用全站儀測定倒塌中心線，它主要是有利于中心線兩側炮孔的精確布置與定向窗的開鑿，確保精準倒塌。

(2)用全站儀測量，精確計算倒塌長度與上部傘型水箱傾倒觸地點，計算水箱塌落振動數據后，在傘型水箱觸地點構筑面積；10 m×10 m，髙2 m的黃土緩沖區，降低觸地沖擊振動的能量。

(3)加強水塔筒體爆破切囗周長的防護，釆用棉被，安全網，竹笆的防護方式，有效阻擋了爆破飛石。

5 爆破效果

水塔于2015年9月24日上午10時爆破拆除，在起爆2 s后，水塔上部箱體開始往南傾倒。上部傘型水箱體在著地時與筒體分離，傘型水箱體觸地后，準確的扣倒在緩沖黃土堆上，略往西偏1°，見圖5和圖6。