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建(构)筑物拆除爆破中的压缩空气冲击波 金骥良 （中国铁道科学研究院，北京100085） 摘要：结合某些工程实例，就建（构）筑物拆除爆破中形成的压缩空气冲击波对周围保护对象造成的危害进行了阐述，并就其破坏原因进行了相关公式的验算，以提醒人们对此冲击波危害应引起足够重视。在此基础上，对拆除爆破过程中的压缩空气冲击波提出了有关“泄压”和“阻波”的安全防护措施。 关键词：建（构）筑物；拆除爆破；压缩空气冲击波；危害效应；防护措施 1 引言 本文所述的压缩空气冲击波，是指建（构）筑物拆除爆破时，由于楼房解体和高耸构筑物倒地破碎瞬间，压缩其内部和临近地面的空气而形成的冲击波。人们已经认识到它在爆破中对周围保护物带来的危害，但如何对这种冲击波进行定量计算尚未有专门的论述，本文就此做些探讨，并对拆除爆破中防护空气冲击波的方法作了综述。 2 压缩空气冲击波的产生与危害 拆除爆破中，在建（构）筑物爆破解体、塌落倒地瞬间，在建（构）筑物内部及其与地面之间存在的空气，由于受到强烈压缩形成了极强的空气冲击波。它和其后面紧跟的高速气流，不仅会激起地面尘土污染周围环境，而且会给附近建筑物和设施造成意想不到的损伤。 例如广州体育馆爆破时，由于馆顶屋面板塌落激烈压缩馆内空气，形成的空气冲击波和高速气流从内部冲出，把附近准备喷出水流的水管排架全部推倒，使喷水装置没有发挥应有的消尘作用。 又如1996年，广东茂名高120m的钢筋混凝土烟囱拆除爆破，烟囱倒地破碎时压缩筒体内的空气产生强大的冲击波和高速运动气流，把附近一个2.0m×1.0m×0.7m的铁皮配电柜冲击飞上了距离3m远的楼房二层阳台上，而地面一些角钢和直径20cm、长1.8m的钢管以及混凝土碎块飞上了三层楼。 作者与2007年12月23日，参与监理山西临汾河西热电有限公司高160m的钢筋混凝土烟囱拆除爆破，烟囱倒塌落地时中部筒体先压在已经爆破的框架结构厂房爆堆(高约5m)上，使烟囱内部空气受到剧烈压缩，产生的空气冲击波从烟囱顶部喷出，将前方30m处高约2m、厚24cm的厂区砖围墙推倒，形成一个长约25m的倒梯形缺口。此烟囱爆破拆除倒塌所产生的压缩空气冲击波推倒围墙的情况如图1所示（略）。 2008年5月9日，太原第二热电厂高105m钢筋混凝土烟囱爆破中，作者又一次目睹了压缩空气冲击波造成的破坏。这次爆破的105 m烟囱，原来是一座高210m的高烟囱，由于场地有限，105m以上是人工拆除的。因此爆破拆除的是一座特殊的烟囱：底部直径为20.68m，比正常105m高烟囱的直径约大1倍，而烟囱的高径比只有5：1，比正常烟囱小1倍；烟囱重约7000t，也大大超过正常的105m高烟囱的自重。施工单位为了防止飞石，就地取材将原来设计的距烟囱爆破切口部位1.5～2.0m处用土袋堆码1m以上高度的围墙，改成离开烟囱底部距离5～6m、高度约6m的混凝土碎碴堆筑的弧形围墙。当烟囱由南向北爆破倒塌落地时，下部筒身受到前方高围墙的杠杆支点作用，使烟囱根部受力加大，预留支撑部位钢筋被拉断，烟囱底部基础以上筒身折断，形成一个向后方(南面)的大喇叭口，烟囱撞击地面受到急剧压缩而形成空气冲击波，顺着“喇叭口”向南喷出。这强大的空气冲击波和高速气流，使紧靠烟囱中心南面约22m处的化学处理车间北侧的玻璃窗全部被破坏，不少窗框被冲击落地；车间外砖墙靠近窗户上方的抹灰出现约1～2mm的裂缝多处；东侧距化学处理车间约30m处的主厂房，在墙体拐角高约15～20m处的一块长1.5m、宽约20cm的轻型铝合金墙面被反射增压的空气冲击波拉伸变形。该压缩空气冲击波破坏路径及车间破坏状况如图2所示。 (a)压缩空气冲击波破坏路径示意图 图2压缩空气冲击波对化学处理车间的破坏 Fig.2 The damages of the compressed air shock wave to the chemistry workshop 从这些例子可以清楚地看到，在建(构)筑物爆破倒塌时，压缩空气形成的空气冲击波和其后的高速运动气流所造成的破坏不可忽视，必须予以预防和控制。 3 压缩空气冲击波波阵面参数的验算 根据冲击波理论，空气冲击波波阵面上不同特性参数之间有以下关系式[1]： 阵面超压：△p=p－po=2po(D2一co2)／g(1+y)或△p=ρouD/g (1) 阵面波速：D=[△p (1/ρo—1/ρ)×103]1/2 (2) 气流速度：u=2D(1一co2／D2)／(1+y) (3) 式中：D为空气冲击波波速，m／s；△p为空气冲击波超压，Pa；po，为未扰动空气的压力Pa；c