建筑物拆除爆破对临近危楼的振动影响

第２４卷第４期　爆破　Ｖ０１．２４　Ｎ０．４　２００７年１２月　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　Ｄｅｃ．２ｏｏ７　文章编号：１００１—４８７Ｘ｛２００７）０４—００９２—０４　建筑物拆除爆破对临近危楼的振动影响　木　张立，孙跃光，张明晓　（安徽理工大学，安徽淮南２３２００１）　摘要：爆破振动测试是评估爆破对周边环境影响的一项重要工作。在对６０　ｍ高钢筋混凝土烟囱、框架　式锅炉房和锅炉房附楼的２次拆除爆破中，实时监测了距爆区最近的５层砖结构危楼不同处的振动速度，监　瓣ｌ表明拆除爆破未对该楼造成损伤，为客观公正评估本次爆破影响提供了依据。进一步分析监测数据和波　形曲线得出：每段延期爆破与振动波曲线相对应，最大振动速度出现在锅炉房触地时　ｌ；采用多道沙土墙和　减振沟后烟囱触地冲击得以缓冲，振速较小；振动波传播受高程影响较大．一定高程对振动强度有放大作用　等结论。　关键词：　拆除爆破；　振动速度；　振动影响：　主振频率　中图分类号：ＴＤ２３５．４６　文献标识码：Ａ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｏｎ　ｎｅａｒｂｙ　Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ，ＳＵＮ　Ｙｕｅ－ｇｕａｎｇ．ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ－ｘｉａｏ　（Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ　２３２００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｗａｆｔ　ａ　ｋｅｙ　ｊｏｂ　ｔｏ　ｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒｌａ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、Ｉｎ　ｔｈｅ　６０　ｍ　ｈｉｓｈ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｈｉｍｎｅｙｓ，ｆｒａｍｅ　ｔｙｐｅ　ｂｏｉｌｅｒ　ｒｏｏｍ　ａｎｄ　ｂｏｉｌｅｒ　ｒｏｏｍ　Ａｎｎｅｘ　ｔｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｂｌａｓ—　ｔｉｎｇ．Ｔａｋｉｎｇ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ａｒｅａ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｎｅａｒｂｙ　ｆｉｖｅ－ｓｔｏｒｅｙ　ｂｒｉｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄｉｄ　ｎｏｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｌｆｏｒ　ｃａｕｓｅ　ｉｎｊｕｒｉｅｓ，　ａｓ　ａＪｌ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｆａｉｒ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｂａｓｉｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｉｒｎｇ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｃｕｒｖｅ　ｈａｓ　ｄｒａｗｎ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｅａｃｈ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｗａｖｅ　ｃｎｒｖｅ　ｗａｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄ１ｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｏｉｌｅｒ　ｒｏｏｍ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒａｖｅｎｅ　ｔｈｅ　ｍｏｍｅｎｔ；ａｆｔｅｒ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ　ｓａｎｄ　ｗａｌｌｓ　ａｎｄ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｄｉｔｃｈ，ａ　ｃｈｉｍｎｅｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｂｕｆｆｅｒ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｖｅｌｃｏｉｙｔ　ｓｍａｌｌｅｒ；ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｗａｖｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｇｏｔ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｉｓｈｔ．ａｎｄ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｈｅｉｇｈｔ　ｗｏｕｌｄ　ｇｉｖｅ　ｂｉｒｔｈ　ｔｏ　ａｍｐｌｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｈｔｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｖｅｌｃｏｉｙｔ；ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｍａｉｎ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　１　引　言　大学２家爆破公司共同承担，铁道部第四研究院监　理公司进行爆破监理。被拆除建筑物北面厂区外有　安徽中烟工业公司蚌埠卷烟厂因环境治理需　一座建于２０世纪８０年代的５层砖结构居民住宅危　要，决定采用定向爆破方式拆除厂区内废弃的一座　楼，为了确保爆破拆除过程中的安全，由安徽理工大　６０　ｍ高钢筋混凝土烟囱和２个框架式锅炉房。拆　学负责对该危楼进行振动效应测试。　除工作由中钢集团武汉安全环保研究院和中国科技　２工程概况　收稿日期：２００７一ｏ９—０ｒ７．　‘　２．１周边环境　作者简介：张立（１９５１一），男；淮南：安徽理工大学高级工程师　基金项目：安徽省高校科技创新团队（ＴＤ２００７０５）资助项目．　待拆除建筑物位于厂区内，钢筋混凝土烟囱紧　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２４卷第４期　张立等建筑物拆除爆破对临近危楼的振动影响　９３　邻锅炉房，锅炉房东面距职工食堂７　ｍ，南面距有玻　地　下管沟　璃幕墙的新厂房５０　ｍ，西面是一片空地，７２　ｎ　以外　共４个单元，每一单元ｌ０户居民，建于２０世纪８０　年代．至今已使用了将近３０年。每２层外墙有一道　混凝土加固圈粱，外观表面个别部位有明显陈旧裂　有地下管沟、供热管道和新建的锅炉房，北面距厂区　围墙２．８　ｍ，距紧邻长丰路边待测居民住宅楼２２　ｍ，　局部环境平面图见图１。　［　［巫　长　厂　区　道　路　图１爆区环境平面示意图　２．２待拆建筑物外观结构　烟囱地面以上高度６０　ｍ，为钢筋混凝土筒式结　构。在＋０．０　ｍ标高处，烟囱外径４．８６　ｍ，砼壁厚　０．２　ｍ，砼内径４．４６　ｎｌ，耐火砖厚０．２３　ｍ；在＋６０　ｍ　标高处，烟囱外径２．４６　ｍ，砼壁厚０．１６　ｍ，砼内径　２．１４　ｍ，耐火砖厚０．１１５　ｍ。　锅炉房带有附楼，为框架结构，南北长３４　ｍ．东　西宽ｌ９．８５　ｍ，最大标高为２１．６　ｍ．建筑面积约　２　２００　ｍ　，承重部位主要是东西分成４排的２０根立　柱；附楼也是框架结构，东西长３４．７　ｍ，南北宽７．４５　ｍ，建筑面积约８００　ｍ　，承重部位主要是南北方向分　成２排的２０根立柱。　２．３拆除爆破倒塌方向　整体爆破分２次进行：第一次爆破６０　ｍ高烟囱　和锅炉房，向西方向定向倒塌；将大部分爆渣清运　２　ｄ后，第二次爆破锅炉房附楼，向南定向倒塌在尚　未清完的爆堆上。　２．４延期起爆与装药量　起爆采用８号非电导爆毫秒延期雷管，炸药为　２　岩石乳化炸药，延期段别与每段装药量见表１。　表１延期段别与装药量　３爆破振动测试方案　３．１被测楼房基本情况　该楼是５层砖结构平顶楼房，层高约３．０３　ｍ，　缝和局部剥落，属于接近达到使用期限的危房。从　该楼向北是多座同样结构的楼房，但这座楼房距爆　破点最近，是重点测振对象。　３．２测点布置与测试仪器　测点布置在距爆源最近的三、四单元，三单元　１—５层６个测点．四单元２—４层４个测点（５层因　住户将楼道封闭无法进入，没有安放测点）．所有测　点均用石膏将传感器固定在单元楼道地面，其中三　单元５层和四单元４层布置的是二维振动速度传感　器（即一个垂直、一个水平），其余均为垂直传感器。　楼房最近边缘距爆源几何中心的距离为：第一次爆　破４３．４５　ｍ，第二次爆破２９．４５　ｍ。　ＧＢ６７２２－－２００３￣爆破安全规程》规定：地面建筑　物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值　振动速度和主振频率Ｈ　Ｊ。为此，选择了四川托普数　字设备有限公司的ＰＳ．１０振动速度传感器，其低频　响应为ｌ０　Ｈｚ．测量误差为０．０５％。记录仪也是该　公司的ＴＯＰＢＯＸ爆破振动自记仪，测量误差为ｌ％．　内存为ｌ６　Ｋ，Ａ／Ｄ分辨率为８　ｂｉｔ，采样范围为０．１ｍ　５０　ｋＨｚ。　４测试结果与分析　４．１测试结果判定　２００７年４月７日和１０日分别对６０　ｍ高钢筋混　凝土烟囱、锅炉房和锅炉房附楼进行了爆破拆除，爆　破取得圆满成功。２次爆破振动测试数据见表２。　实测振动速度计算公式：　Ｖ＝Ｕ　／Ｓ　式中，　为垂直或水平峰值振动速度，ｃｍ／ｓ；　为　最大峰值所对应的电压值，ｍＶ；Ｓ　为振动速度传感　器电压灵敏度，ｍＶ／（ｃｍ・ｓ　）。　根据ＧＢ６７２２－－２００３￣爆破安全规程》中６．２．２条　规定的爆破振动安全允许速度标准，被测楼房属于　“一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物”．其安全允许　振速为：＜１０　Ｈｚ，２．０—２．５　ｃｍ／ｓ；ｌ０—５０　Ｈｚ，２．３—　２．８　ｃｍ／ｓ；５０一ｌｏｏ　Ｈｚ，２．７—３．０　ｃｍ／ｓ。测出的振动　波经计算得到：第一次爆破振动主振频率在１　１．３６一　ｌ９．６ｏ　Ｈｚ范围内，最大振动速度为０．７５　ｃｍ／ｓ；第二次　爆破振动主振频率在１１．３６＿＿４３．４８　Ｈｚ范围内，最大　振动速度为０．７４　ｃｍ／ｓ。这些数据表明：在该起爆方　式和装药量条件下，２次爆破引起的振动速度均未超　过被测楼房的安全允许振动速度值。　维普资讯 http://www.cqvip.com

爆破　２００７年１２月　表２第一次／第二次爆破振动参数　注：１．“——”为自记仪误触发没有测到数据；２．“／”左右分别为第一次和第二次爆破振动数据；　３．主振频率是峰值振动波形对应的频率。　但６．２．２条也指出：在选取建筑物安全允许振　４．３振动频率范围　速时，应综合考虑建筑物的重要性、质量、新旧程度　建筑物的自振频率一般小于ｌＯ　Ｈｚ，为了避免共　等因素。考虑到被测楼房已建２Ｏ多年，个别部位有　振，对于小于ｌＯ　Ｈｚ的爆破振动，允许振速也最小。２　陈旧裂缝，从最安全角度考虑，允许振速可按标准规　次爆破主振频率均在ｌ０＿＿５Ｏ　Ｈｚ范围内，烟囱触地振　定的一半处理，即主振频率在ｌＯ—５Ｏ　Ｈｚ时，安全允　动在接近ｌＯ　Ｈｚ和ｌ０—５ｏ　Ｈｚ两个频率范围内，应选　许振速为１．１５一１．４　ｃｍ／ｓ，实测２次爆破最大振速　择不同的允许振速。但应指出：ＰＳ　１Ｏ振动速度传感　也均未超过这一范围，证明该危楼是安全的。　器的低频响应为ｌＯ　Ｈｚ，不适用于测量小于ｌＯ　Ｈｚ的　４．２毫秒延期起爆与最大振速　低频信号，所以触地振动频率仅能作为参考。　测量被保护建筑物的爆破振动，实质上反映的　４．４烟囱触地减振效果　是该建筑物对一定强度和频率爆破及冲击载荷的　烟囱主体触地时的振动．目前尚无成熟的理论预　响应。由第一炮典型振动波形图２显示，连续的地　测和计算方法，通常认为像烟囱、水塔这类细、高建筑　震波波形由装药爆炸、锅炉房触地和烟囱触地振动　物的触地振动远大于爆破振动。但由于采取了近年　组成，最大振速出现在起爆后约２　ｓ的锅炉房触地　来普遍采用的减振措施，每个测点测出的触地振动都　时刻，而在装药爆炸振动波形区间，５个段别毫秒延　小于装药爆炸振动，最大仅为０．３８　ｃｍ／ｓ；而锅炉房没　期起爆的每段装药量多少与振速大小一一对应，最　有采取任何减振措施，触地振速达到０．７５　ｃｍ／ｓ，超过　大一段装药量（３００　ｍｓ延期，３１　ｋｇ炸药）对应该区　近一倍，见表２和图２。由图２还可以看出：从起爆开　间最大振动速度，也仅为０．４５　ｃｍ／ｓ。３段振动波按　始（烟囱爆破缺口为１段毫秒延期）到烟囱触地历时　振速大小排列为：锅炉房触地＞装药爆炸＞烟囱　８．８　ｓ。曾经用高速摄像机拍摄过５０　ｍ高砖结构烟囱　触地。　爆破倾倒过程，这一历时为７．４　ｓ。　ｔ／ｓ　图２装药爆炸及锅炉房和烟囱触地振动波形　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２４卷第４期　张　立等建筑物拆除爆破对临近危楼的振动影响　９５　减振的具体方法是在烟囱塌落正前方６５　ｍ处　挖１５　ｍ长、１．５　ｍ宽的减振沟，再在烟囱正前方的　３０　ｍ、４０　ｍ、５０　ｍ和６０　ｍ处堆４条２０　ｍ长、２　ｍ宽、　一１）爆破振动效应测试应准备尽可能多的测点，　方面防止个别测点因现场各种原因测不到数据，　另一方面较多数据便于分析处理，为客观、公正评估　爆破振动影响提供有力依据。　２）选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑同　类建筑物的重要性、质量、新旧程度等因素，提出符　合被测建筑物具体结构特征的安全允许振速。　２　ｍ高的沙土墙，使烟囱触地瞬间的冲击得以缓冲，　实践证明减振效果很好。　４．５垂直与水平振动幅值　将表２中垂直与水平峰值振速比较，可以得出：　虽然只有３个水平振动数据，但相同测点的垂直振　速都大于水平振速，这一规律与其它爆破测振结果　３）在距爆区较近或地下结构较为简单的区域，　毫秒延期起爆的每段装药量多少与振速大小一一对　相吻合。２种振动均可造成建筑物损伤，尽管　ＧＢ６７２２－－２００３￣爆破安全规程》的６．２．２条没有具　体规定应采用垂直或水平安全允许振速标准。　４．６楼层高与最大振速关系　将２次爆破垂直振速绘成图３、图４，从中可以　看出某些规律：四单元距爆破点最近，振速比相同楼　层的三单元大，符合经验公式中距离与振速成反比　规律；振动波传播受层高影响较大，一定层高有放大　作用，如果把整个楼视为一弹性系统，放大作用表现　出弹性体上部摆动比中部和底部要大，这一现象与　文献［３　］的测试结果非常相似。但这种作用不　可能被无限放大，因为爆破和建筑物触地振动能量　引起的质点扰动毕竟有限。　ｆ　ｇ　魁　制　蜷　图３第一炮楼层与振动速度关系　ｆ　Ｅ　魁　制　蜷　图４第二炮楼层与振动速度关系　５　结语　通过对５层砖结构危楼振动测试数据的分析处　理，可以总结出以下观点：　应，这一结果不仅体现在拆除爆破，而且与土岩和水　下爆破的很多振速测试数据相吻合。　４）振速测试大小表现为：锅炉房触地＞装药爆　炸＞烟囱触地，最大振速出现在起爆２　ｓ后锅炉房　触地时刻。　５）在烟囱主体倒塌区间设置多道沙土墙并开　挖减振沟，使烟囱触地冲击得以缓冲，实践证明减振　效果很好。　６）振动波传播受层高影响较大，一定层高有放　大作用。其它爆破工程也存在类似特征，因此，在估　算楼房爆破振动影响时应予以慎重考虑。　参考文献　［１］　ＧＢ６７２２－－２００３爆破安全规程［Ｓ］．北京：中国标准出　版社，２００４．　［２］　张立，孙跃光，张明晓．蚌埠卷烟厂锅炉房和烟囱爆　破拆除振动测试报告［Ｒ］．２００７．　［３］　张立．有限水域的爆炸振动效应与减振措施［Ｊ］．噪　声与振动控制，２００３，２３（２）：３２—３４．　［４］　张立．爆破器材性能与爆炸效应测试［Ｍ］．合肥：中　国科技大学出版社，２００６．