巖土工程師施工經驗:建(構)筑物拆除爆破中的壓縮空氣沖擊波

　1引言
　　本文所述的壓縮空氣沖擊波，是指建（構）筑物拆除爆破時，由于樓房解體和高聳構筑物倒地破碎瞬間，壓縮其內部和臨近地面的空氣而形成的沖擊波。人們已經認識到它在爆破中對周圍保護物帶來的危害，但如何對這種沖擊波進行定量計算尚未有專門的論述，本文就此做些探討，并對拆除爆破中防護空氣沖擊波的方法作了綜述。
　　2壓縮空氣沖擊波的產生與危害
　　拆除爆破中，在建（構）筑物爆破解體、塌落倒地瞬間，在建（構）筑物內部及其與地面之間存在的空氣，由于受到強烈壓縮形成了極強的空氣沖擊波。它和其后面緊跟的高速氣流，不僅會激起地面塵土污染周圍環境，而且會給附近建筑物和設施造成意想不到的損傷。
　　例如廣州體育館爆破時，由于館頂屋面板塌落激烈壓縮館內空氣，形成的空氣沖擊波和高速氣流從內部沖出，把附近準備噴出水流的水管排架全部推倒，使噴水裝置沒有發揮應有的消塵作用。
　　又如1996年，廣東茂名高120m的鋼筋混凝土煙囪拆除爆破，煙囪倒地破碎時壓縮筒體內的空氣產生強大的沖擊波和高速運動氣流，把附近一個2.0m×1.0m×0.7m的鐵皮配電柜沖擊飛上了距離3m遠的樓房二層陽臺上，而地面一些角鋼和直徑20cm、長1.8m的鋼管以及混凝土碎塊飛上了三層樓。
　　作者與2007年12月23日，參與監理山西臨汾河西熱電有限公司高160m的鋼筋混凝土煙囪拆除爆破，煙囪倒塌落地時中部筒體先壓在已經爆破的框架結構廠房爆堆(高約5m)上，使煙囪內部空氣受到劇烈壓縮，產生的空氣沖擊波從煙囪頂部噴出，將前方30m處高約2m、厚24cm的廠區磚圍墻推倒，形成一個長約25m的倒梯形缺口。此煙囪爆破拆除倒塌所產生的壓縮空氣沖擊波推倒圍墻的情況如圖1所示（略）。
　　2008年5月9日，太原第二熱電廠高105m鋼筋混凝土煙囪爆破中，作者又一次目睹了壓縮空氣沖擊波造成的破壞。這次爆破的105m煙囪，原來是一座高210m的高煙囪，由于場地有限，105m以上是人工拆除的。因此爆破拆除的是一座特殊的煙囪：底部直徑為20.68m，比正常105m高煙囪的直徑約大1倍，而煙囪的高徑比只有5：1，比正常煙囪小1倍；煙囪重約7000t，也大大超過正常的105m高煙囪的自重。施工單位為了防止飛石，就地取材將原來設計的距煙囪爆破切口部位1.5～2.0m處用土袋堆碼1m以上高度的圍墻，改成離開煙囪底部距離5～6m、高度約6m的混凝土碎碴堆筑的弧形圍墻。當煙囪由南向北爆破倒塌落地時，下部筒身受到前方高圍墻的杠桿支點作用，使煙囪根部受力加大，預留支撐部位鋼筋被拉斷，煙囪底部基礎以上筒身折斷，形成一個向后方(南面)的大喇叭口，煙囪撞擊地面受到急劇壓縮而形成空氣沖擊波，順著“喇叭口”向南噴出。這強大的空氣沖擊波和高速氣流，使緊靠煙囪中心南面約22m處的化學處理車間北側的玻璃窗全部被破壞，不少窗框被沖擊落地；車間外磚墻靠近窗戶上方的抹灰出現約1～2mm的裂縫多處；東側距化學處理車間約30m處的主廠房，在墻體拐角高約15～20m處的一塊長1.5m、寬約20cm的輕型鋁合金墻面被反射增壓的空氣沖擊波拉伸變形。該壓縮空氣沖擊波破壞路徑及車間破壞狀況如圖2所示。

　　(a)壓縮空氣沖擊波破壞路徑示意圖
　　圖2壓縮空氣沖擊波對化學處理車間的破壞
　　Fig.2Thedamagesofthecompressedairshockwavetothechemistryworkshop
　　從這些例子可以清楚地看到，在建(構)筑物爆破倒塌時，壓縮空氣形成的空氣沖擊波和其后的高速運動氣流所造成的破壞不可忽視，必須予以預防和控制。