1.工程概況與特點(diǎn)
北京永定門糧庫位于崇文區(qū)永定門外沙子口，根據(jù)北京市建設(shè)規(guī)劃，庫區(qū)內(nèi)建、構(gòu)筑物將全部拆除，擬新建現(xiàn)代商業(yè)及居民區(qū)。糧庫中心有32個(gè)鋼筋混凝土筒倉，筒體之間均為鋼混凝土連接，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好。每個(gè)簡體直徑6m，壁厚0.18m，地面以上筒高45m，地下室標(biāo)高為-4.5m。實(shí)際上32個(gè)筒倉以沉降縫為界分為南北兩組，每組16個(gè)，底部由面積26m×26m、厚1.4m的鋼筋混凝土底板作基礎(chǔ)，中間設(shè)沉降縫，兩組筒倉的頂板和地面蓋板連接在一起。每組筒倉頂部設(shè)有兩道圈梁，倉頂蓋板上部為鋼結(jié)構(gòu)屋架，將兩組筒倉連成一體。
筒壁全部為雙層鋼筋網(wǎng)，立筋為F16mm螺紋鋼，間距250mm，環(huán)向筋由下而上分別為F14mm、F12mm、F10mm螺紋鋼，間距200mm，內(nèi)外環(huán)筋之間采用F6@500～700的聯(lián)系鋼筋焊接，柱部處聯(lián)接鋼筋加密，混凝土標(biāo)號為259號，每個(gè)簡體重約350t。
該筒倉拆除爆破的要求為：地面以上筒體翻轉(zhuǎn)傾倒，解體充分，塌落振動不超過安全規(guī)程規(guī)定。
該連體筒倉拆除爆破的特點(diǎn)為：一次爆破拆除的簡體高度大、數(shù)量多，而且連體筒倉的高度比較小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，翻轉(zhuǎn)傾倒困難。根據(jù)查新結(jié)果，在迄今為止的國內(nèi)筒倉群爆破拆除中，這次爆破拆除的筒倉數(shù)量最多、面積最大、高度最高。
2.整體爆破拆除方案
建(構(gòu))筑物拆除爆破倒塌方式可分為原地塌落、定向傾倒等多種方式。待拆除連體筒倉外形高47m，寬25m，高寬比為1.8，重心高度23m。最為經(jīng)濟(jì)的方案是在結(jié)構(gòu)體下部通過爆破形成一個(gè)三角形切口，使連體筒倉在自重作用下整體定向傾倒。然而對多種形式的切口所進(jìn)行的計(jì)算表明，由于整個(gè)連體筒倉的高寬比太小，難以整體傾覆，即使整體結(jié)構(gòu)能夠傾倒，因傾覆力矩較小筒體結(jié)構(gòu)也難以解體，不能產(chǎn)生良好的摔碎效果。經(jīng)反復(fù)研究認(rèn)為：通過預(yù)處理，將整個(gè)連體筒倉分割成4個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體，高寬比就會增大，能滿足傾覆翻轉(zhuǎn)的要求。具體的處理方法是：首先沿沉降縫位置將連體筒倉的頂板、屋架和地面蓋板切開，割斷南北兩組筒倉結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系；然后在連體筒倉南北向中心線偏西的筒壁上切割出一條寬5～10cm的上下貫通縫，這樣就將整個(gè)連體筒倉分成了4組，分別定為北西組、北東組、南西組、南東組。每組2排，每排4個(gè)筒體，如圖1所示。
由于爆區(qū)東側(cè)為拆除后的大片空地，西側(cè)是暫時(shí)保留的房屋，北側(cè)為工作塔樓拆除后的空地，南側(cè)為滯后拆除的圓筒倉庫，所以各組筒倉全部向東方向傾倒。另外，將32個(gè)連體筒倉分成4組后，通過設(shè)計(jì)合理的起爆時(shí)差，使各組按要求順序傾倒，可減小同時(shí)觸地的沖擊力，降低觸地振動。
通過反復(fù)研究認(rèn)為，采用此方案，不但能使連體筒倉可靠傾倒，而且可確保安全。
3.拆除爆破設(shè)計(jì)
(1)爆破切口設(shè)計(jì)
要保證多排連體筒倉順利定向傾倒，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)爆破切口是至關(guān)重要的。由于分割后的各組連體筒倉都向東倒塌，爆破切口的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮前組(北東組和南東組)向東傾倒時(shí)不會影響后組(北西組和南西組)繼續(xù)向東傾倒。為此，前后組的爆破切口設(shè)計(jì)應(yīng)有區(qū)別，前組的三角形切口向上張口，而后組的三角形切口向下張口，如圖2所示。根據(jù)計(jì)算，要想使每組筒倉的重心O。移至支撐面以外，三角形切口角度應(yīng)達(dá)到25°以上，因此前組的炸高計(jì)算如下：H1≥CA×tg25°=6.06m。設(shè)計(jì)中為確保筒體順利傾倒，北東組和南東組筒體的最大炸高H，取為8m，北西組和南西組筒體的最大炸高日2取為7m。從圖2上可看到，前組的爆破切口一旦形成，筒體能快速翻轉(zhuǎn)傾倒。由于后組爆破切口的支點(diǎn)已抬高，且三角形上切口線向內(nèi)折轉(zhuǎn)，只要起爆時(shí)差控制得當(dāng)，就能使前、后組在翻轉(zhuǎn)過程中不會發(fā)生相互影響，確保各組筒體順利傾倒。
圖2爆破切口布置與傾倒方向
(2)預(yù)處理
預(yù)處理主要包括三個(gè)方面：①預(yù)切縫。沿沉降縫位置先將連體筒倉的頂板、屋架和地下室蓋板切割開，割斷南北筒倉結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系；再在南北對稱軸線偏西的筒壁位置自上而下開鑿出寬5～10cm的貫通縫，縫間鋼筋全部切斷，頂部圈梁和鋼屋架也必須斷開。這樣，就將整體的32個(gè)連體筒倉分割成4組，定向爆破體的高寬比就增大到3.4，容易實(shí)現(xiàn)定向傾倒。②北東、南東組筒倉的預(yù)處理。這兩組處在倒向的前側(cè)，對其中的2號、3號、18號、19號筒體，用液壓鎬破碎筒壁，拆除高度為8m；再用液壓鎬拆除6號、7號、22號、23號簡體的前半部分筒壁，拆除高度4m。此外，外側(cè)簡體非連接處的部分筒壁也用液壓鎬拆除，其余的l號、4號、17號、20號以及5號、8號、21號、24號筒體的非連接處的筒壁，按照設(shè)計(jì)的三角形切口范圍，由人工用風(fēng)鎬拆除，保留的筒體連接柱，需鉆眼爆破，見圖3。北東、南東組每組需保留6個(gè)待爆破的連接柱。③北西、南西組筒倉的預(yù)處理。由于液壓鎬無法伸人這兩組筒倉內(nèi)部，預(yù)處理工作基本上由人工風(fēng)鎬進(jìn)行。三角形切口區(qū)域內(nèi)的筒壁用風(fēng)鎬切出上、中、下三條空洞，作為定向窗。只要在連接柱上鉆孔，爆礦后切口就能形成。這兩組筒倉的預(yù)拆除區(qū)和鉆孔爆破區(qū)如圖4所示。
圖3北東和南東組筒壁的預(yù)處理
圖4北西和南西組筒壁的預(yù)處理
(3)連接柱爆破參數(shù)設(shè)計(jì)
由于切口范圍內(nèi)筒倉非連接處的薄壁部分已被預(yù)處理，需要爆破的只有簡倉連接處形成的厚實(shí)連接柱體，但連接柱的斷面形狀為中間薄兩頭厚，如圖5所示，如何合理布置炮孔和裝藥量是爆破成功與否的關(guān)鍵。通過反復(fù)比較確定，炮孔垂直縱軸，兩側(cè)以中心軸為準(zhǔn)對稱布置，每排7個(gè)炮孔，排距為0.3m。炮孔的深度、間距、藥量不等，以達(dá)到均衡爆破、簡化施工的目的。根據(jù)試炮結(jié)果，內(nèi)部連接柱爆破的炸藥單耗取2kg/rn3較合適，炮孔的深度和裝藥量為：中心孔L0=23cm，q0=75g，其余孔依次為Ll=25cm，ql=100g；L2=30cm，q2=100g；L3=45cm，q3=200g。
圖5連接柱的炮孔布置斷面圖
(4)起爆順序
由于受場地條件限制，32個(gè)鋼筋混凝土連體筒倉必須全部向東傾倒，并且只能進(jìn)行一次爆破。為此，4組簡體必須順序延時(shí)爆破，起爆時(shí)差設(shè)計(jì)的原則為：北側(cè)先起爆，而且北東組開始向東傾倒后再起爆北西組；南側(cè)比北側(cè)稍后起爆，這樣就可使各組筒體的觸地時(shí)間完全錯(cuò)開。
實(shí)際各組起爆順序如下：北東組(1號～8號筒倉)為第一組，1段毫秒雷管(0s)引爆；南東組(17號～24號筒倉)為第二組，2段半秒雷管(0.5s)引爆；北西組(9號～16號筒倉)為第三組，5段半秒雷管(2s)引爆；南西組(25號～32號筒倉)為第四組，6段半秒雷管(2.5s)引爆。由此實(shí)現(xiàn)了北側(cè)比南側(cè)組先0.5s起爆，東側(cè)組比西側(cè)組提前2s起爆。
4.安全防護(hù)措施
(1)飛石防護(hù)
爆破飛石防護(hù)主要針對外側(cè)炮孔爆破產(chǎn)生的飛石，內(nèi)部連接點(diǎn)的爆破可不采取防護(hù)措施。對外側(cè)炮孔除了控制炸藥單耗外，還應(yīng)設(shè)飛石防護(hù)簾。飛石防護(hù)簾用筋笆、草袋和廢舊膠皮帶制作，掛在炮孔部位距筒壁0.5m處，主要是東、北兩個(gè)方向的炮孔需做加強(qiáng)防護(hù)，嚴(yán)格控制飛石距離，其它方向作一般防護(hù)。
(2)振動控制
如何降低塌落振動是這次拆除爆破需要解決的主要問題之一。由于此前連體筒倉旁邊的工作塔樓采用了機(jī)械破碎法放倒，倒塌觸地時(shí)引起了較強(qiáng)的地面振動，150m以外的居民小區(qū)振感強(qiáng)烈，個(gè)別住戶房屋發(fā)生開裂，居民紛紛投訴。此次地震問題反應(yīng)到崇文區(qū)政府、北京市政府，北京電視臺還作報(bào)道，造成了嚴(yán)重影響。此前放倒的工作塔樓長22m、寬8m、高度為50m，總質(zhì)量約3000t；而32個(gè)連體筒倉的高度47m，總質(zhì)量12000t。若不采取有效減振措施，必將產(chǎn)生更為嚴(yán)重的振動災(zāi)害。
本次爆破拆除采取的主要減振措施有以下幾方面：
(1)分組延時(shí)爆破。32個(gè)連體筒倉被分成4組，每組筒體總質(zhì)量只有3000t；分4段引爆，段間時(shí)差大于0.5s，使各組簡體倒地時(shí)激發(fā)的振動波不會疊加，有效地消減了振源強(qiáng)度。這是主動減振的重要措施。
(2)倒塌場地設(shè)減振墊層。為了達(dá)到既有效減振、又節(jié)省成本的目的，沒有鋪設(shè)其它材料，而只是將倒塌場地表層的砂性亞黏土挖松，松土厚度達(dá)2.5m。
(3)開挖減振溝。在預(yù)期爆堆位置的前方及兩側(cè)開挖深3m、寬1.2m的減振溝，挖出的土堆放在減振墊層上。
(4)爆破時(shí)用測振儀器對重要防護(hù)物進(jìn)行監(jiān)測，且由甲方邀請有測振資質(zhì)的第三方進(jìn)行監(jiān)測。
5.爆破效果
本次拆除爆破完全達(dá)到了預(yù)期的兩大目的，即爆堆扁平，振動輕微。
圖6為32個(gè)連體筒倉分成4組順序倒塌時(shí)的景象。筒體落地后全部解體，爆堆扁平層疊，為二次破碎和清運(yùn)碴土提供了極大方便。
根據(jù)北陽爆破公司的測振報(bào)告，本次拆除爆破對附近居民樓產(chǎn)生的振動影響相當(dāng)輕微，140m以外居民樓的最大振動速度僅0.09cm/s，觸地振動頻率為6～25Hz，住戶根本沒有振感。
爆破時(shí)飛石的最大距離約20m，說明飛石防護(hù)措施非常有效。
圖6連體筒倉順序倒塌的情景
6.體會
對本次爆破有兩點(diǎn)體會：(1)采用電起爆時(shí)，網(wǎng)路的檢測必須細(xì)致。本次爆破對電起爆網(wǎng)路的復(fù)檢不夠，造成第一次引爆不成功，后來再次接線后才最終引爆所有炮孔。這次過失給了我們一個(gè)重要教訓(xùn)，即爆破網(wǎng)路檢查中任一環(huán)節(jié)都不能疏忽，特別是對每個(gè)導(dǎo)線節(jié)頭，都必須認(rèn)真仔細(xì)檢查，主線節(jié)頭過多更是不容忽視的過錯(cuò)。另外，這一過失還提醒我們，今后用電爆網(wǎng)路引爆非電網(wǎng)路系統(tǒng)時(shí)，引爆點(diǎn)不宜過多，最好不超過2?3個(gè)電爆節(jié)點(diǎn)。(2)在城市中進(jìn)行拆除爆破，爆破塵煙過大的問題必須盡快解決。本次爆破受經(jīng)費(fèi)條件限制，基本沒采取任何降塵措施，雖然爆破塵煙在5min內(nèi)基本消散，但對附近居民仍造成了一些影響。對大型連體筒倉拆除爆破的降塵問題還有待進(jìn)一步研究。
