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建(構(gòu))筑物拆除爆破中的壓縮空氣沖擊波
昆山遠(yuǎn)方機(jī)電設(shè)備有限公司 2016/3/8 10:48:00
15Pa同樣應(yīng)用上述公式得到空氣沖擊波的波速D 5~5029m/s；與上例同樣，可以計(jì)算得到煙囪內(nèi)部空氣體積被壓縮了約30%.廣東茂名爆破高120m的鋼筋混凝土煙囪拆除爆破，煙囪倒地破碎時(shí)壓縮筒體內(nèi)的空氣產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和高速運(yùn)動(dòng)氣流，把附近一個(gè)2 1OmXQ7m的鐵皮配電柜沖擊飛上了側(cè)離3m遠(yuǎn)的樓房二層陽(yáng)臺(tái)上。從形成空氣沖擊波的起碼條件分析，在配電柜處的沖擊波速度至少大于當(dāng)?shù)乜諝饴曀?，按照?dāng)時(shí)溫度（1996年1月份））=15°Ci十算空氣密度P =3401m/s.根據(jù)爆破安全規(guī)程中空氣沖擊波破壞程度的描述，在超壓達(dá)到Ap=（25~ 4）X15Pa的量級(jí)，建筑物的瓦屋面大量移動(dòng)到全部掀動(dòng)，對(duì)應(yīng)該處空氣沖擊波波后的氣流速度約在335 ~452m/s.若以氣流速度為u=335m/s，Ap=025X15Pa計(jì)算得到空氣沖擊波速度D=597m/s，這時(shí)計(jì)算的空氣密度為P=1.27kg/m3，壓縮空氣的動(dòng)能密度e1=fti2/2=：127X（335）/2=71269N/m2；假定鐵皮配電柜質(zhì)量為M=320kg（假定鐵箱是由厚度5mm的鐵板制成），體積為Ve= 4m3，那么掀起它飛出3m遠(yuǎn)、3m高（二層陽(yáng)臺(tái)上），所需要克服重力做功的能量密度e=M（gh+gs）/Ve=137143N/m2，e1遠(yuǎn)大于￡2，由此可知，壓縮空氣沖擊波是完全有可能把鐵皮配電柜掀起飛出到離開(kāi)煙囪3m遠(yuǎn)、3m高的二層樓陽(yáng)臺(tái)上。
4壓縮空氣沖擊波的預(yù)防和控制對(duì)于壓縮空氣沖擊波的預(yù)防和控制，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，主要的方法是采用“泄壓”和“阻波”措施。
41“泄壓”方法對(duì)于樓房爆破，首先要利用樓房現(xiàn)有的門(mén)和窗窗口?？梢栽诒魄锌谒诘臉菍拥姆乔锌诓课贿m當(dāng)在外墻上開(kāi)設(shè)一些“泄壓”窗口，在樓板上也開(kāi)鑿一些‘窗口“，這樣在樓房?jī)A倒時(shí)使樓層中的壓縮空氣能向各個(gè)方向排出，避免在某一個(gè)方向上形成強(qiáng)沖擊波。第二要使樓房爆破后能夠充分解體，除了在爆破切口、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)上考慮外，還可以事先把樓層的承重梁和樓梯梁分段破碎，或者布孔與主爆破同時(shí)爆破切斷，這樣可以減小壓縮空氣沖擊波的產(chǎn)生，減少空氣沖擊波的強(qiáng)度。
對(duì)于高聳構(gòu)筑物爆破（如鋼筋混凝土高煙囪），只有讓它爆破倒塌落地時(shí)筒身的各個(gè)部位都能夠充分的破碎，使筒內(nèi)的壓縮空氣能夠從各個(gè)方向分流出來(lái)，才能減小壓縮空氣沖擊波的強(qiáng)度。尤其要避免煙囪落地時(shí)，在煙囪中部首先受到撞擊壓縮，造成注.
本文所述的壓縮空氣沖擊波，是指建（構(gòu)）筑物拆除爆破時(shí)，由于樓房解體和高聳構(gòu)筑物倒地破碎瞬間，壓縮其內(nèi)部和臨近地面的空氣而形成的沖擊波。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到它在爆破中對(duì)周?chē)Ｗo(hù)物帶來(lái)的危害，但如何對(duì)這種沖擊波進(jìn)行定量計(jì)算尚未有專(zhuān)門(mén)的論述，本文就此做些探討，并對(duì)拆除爆破中防護(hù)空氣沖擊波的方法作了綜述。
2壓縮空氣沖擊波的產(chǎn)生與危害拆除爆破中，在建（構(gòu)）筑物爆破解體、塌落倒地瞬間，在建（構(gòu)）筑物內(nèi)部及其與地面之間存在的空氣，由于受到強(qiáng)烈壓縮形成了極強(qiáng)的空氣沖擊波。
它和其后面緊跟的高速氣流，不僅會(huì)激起地面塵土污染周?chē)h(huán)境，而且會(huì)給附近建筑物和設(shè)施造成意想不到的損傷。
例如廣州體育館爆破時(shí)，由于館頂屋面板塌落激烈壓縮館內(nèi)空氣，形成的空氣沖擊波和高速氣流從內(nèi)部沖出，把附近準(zhǔn)備噴出水流的水管排架全部推倒，使噴水裝置沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)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(shí)壓縮筒體內(nèi)的空氣產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和高速運(yùn)動(dòng)氣流，把附近一個(gè)7m的鐵皮配電柜沖擊飛上了距離3m遠(yuǎn)的樓房二層陽(yáng)臺(tái)上，而地面一些角鋼和直8m的鋼管以及混凝土碎塊飛上了三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(shí)中部筒體先壓在已經(jīng)爆破的框架結(jié)構(gòu)廠房爆堆（高約5m）上，使煙囪內(nèi)部空氣受到劇烈壓縮，產(chǎn)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(qū)磚圍墻推倒，形成一個(gè)長(zhǎng)約25m的倒梯形缺口。此煙囪爆破拆除倒塌所產(chǎn)生的壓縮空氣沖擊波推倒圍墻的情況如所示。
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(lái)是一座高210m的高煙囪，由于場(chǎng)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(guò)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(lái)設(shè)計(jì)的距煙囪爆破切口部位1.520m處用土袋堆碼1m以上高度的圍墻，改成離開(kāi)煙囪底部距離56m、高度約6m的混凝土碎碴堆筑的弧形圍墻。當(dāng)煙囪由南向北爆破倒塌落地時(shí)，下部筒身受到前方高圍墻的杠桿支點(diǎn)作用，使煙囪根部受力加大，預(yù)留支撐部位鋼筋被拉斷，煙囪底部基礎(chǔ)以上筒身折斷，形成一個(gè)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(qiáng)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(xué)處理車(chē)間北側(cè)的玻璃窗全部被破壞，不少窗框被沖擊落地；車(chē)間外磚墻靠近窗戶(hù)上方的抹灰出現(xiàn)約12mm的裂縫多處；東側(cè)距化學(xué)處理車(chē)間約30m處的主廠房，在墻體拐角高約1520m處的一塊長(zhǎng)15m、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(chē)間破壞狀況如所示。
壓縮空氣沖擊波對(duì)化學(xué)處理車(chē)間的破壞從這些例子可以清楚地看到，在建（構(gòu)）筑物爆破倒塌時(shí)，壓縮空氣形成的空氣沖擊波和其后的高速運(yùn)動(dòng)氣流所造成的破壞不可忽視，必須予以預(yù)防和控制。
3壓縮空氣沖擊波波陣面參數(shù)的驗(yàn)算根據(jù)沖擊波理論，空氣沖擊波波陣面上不同特性參數(shù)之間有以下關(guān)系式陣面超壓：：戶(hù)二戶(hù)一p）二2P（D2―c2）/g（1+波超壓，Pa；p為未擾動(dòng)空氣的壓力，Pa；o'為未擾動(dòng)空氣的圍擋速度，c，=331（1+t，/546），m/s；t是未擾動(dòng)空氣溫度，G，P為壓縮空氣密度，kg/m3；P是未擾動(dòng)空氣密度，取P=125kg/m3；Y是空氣絕熱指數(shù)，Y=14.對(duì)于理想氣體，在其壓力p、溫度t、體積V之間有以下關(guān)系：對(duì)于壓縮空氣沖擊波，由于建筑物在爆破倒塌過(guò)程中，其內(nèi)部空氣受壓縮的時(shí)間很短，因此可以假定受壓縮空氣的溫度不變，則公式（4）可以寫(xiě)為：的壓力、體積和溫度。
應(yīng)用上述理論，對(duì)上節(jié)中所舉實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)算。
山西臨汾河西熱電廠高160m的鋼筋混凝土煙囪拆除爆破，出現(xiàn)的空氣沖擊波破壞。從現(xiàn)場(chǎng)圍墻的強(qiáng)度和破壞狀況估計(jì)，作用的空氣沖擊波超15Pa若空氣常溫下速度c々331m/s、P=1.25kg/m3，應(yīng)用公式（1）可以求得空氣沖擊波的波速D=7985~916Om/s；應(yīng)用公式（3）計(jì)算得壓縮空氣的流速u(mài)=551 1~6637m/s；如果在煙囪倒塌前，內(nèi)部空氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力p=1. 15Pa，空氣壓縮后的壓力p=Ap+p=（1 15Pa，由公式（5）得到煙囪內(nèi)部空氣體積V/V=064~Q57氣）。6，即空氣體積被壓縮了約40%.太原第二熱電廠高105m鋼筋混凝土煙囪爆破中壓縮空氣沖擊波造成的破壞。從現(xiàn)場(chǎng)窗戶(hù)和磚墻裂縫情況判斷，空氣沖擊波的超壓為Ap=（。