天安门广场原北京邮局大楼爆破拆除工程

完成时间：1976年12月～1977年2月

工程地点：北京天安门广场

完成单位：88611部队、89003部队、中国人民解放军工程兵工程学院

项目主持人及参加人员：吴风泰、林学圣、杨子江、吕慎远、杨群清、周凤仪、李登云、李希凡、张庆功、张振国、胡汝隆、刘书明、李和宗、刘金堂等

撰稿人：顾月兵

1工程概况

1.1工程环境

    原北京邮局大楼位于天安门广场南侧。西距毛主席纪念堂主体工程22m，西北距人民英雄纪念碑120m，东北距历史博物馆125m。南侧53m为医科院宿舍，东侧37m是法院，东北40m是卫戍区天安门营房。周围电力电讯设施密布。爆破前的北京邮局大楼见图1。

图1爆破前的北京邮局大楼

1.2工程结构

    原北京邮局大楼建于1900年。该楼地上四层，地下一层，共五层。东西长54m，南北宽45m，地面上高度19．2m，建筑面积约8700m²。平面为“凹”字形，内部结构的梁、板、柱均为钢筋混凝土整体浇筑。楼板由墙和梁、柱支承，砖墙之间有一排(或两排)钢筋混凝土柱作为中间支承点；所有门窗处均有石柱支撑；南楼东端是三个楼梯组成的台阶式楼梯间，与一层金库相连，使该部位结构更为牢固稳定。结构图见图2、图3。

图2  结构立面图

图3  一层平面及测点布置图

1.3工程要求

工程要求将大楼爆破炸塌，便于机械和人工清运；爆破施工期间不能影响相距22m的纪念堂主体工程施工；爆堆不能堵住紧挨大楼西墙6m宽的施工运输通道；必须确保纪念堂主体工程、人民英雄纪念碑、历史博物馆的绝对安全，确保附近的宿舍、营房、法院等建筑及人员的安全。

2爆破方案

2.1爆破方案的选择

    2.1.1原地坍塌方案

    爆破所有内部立柱及部分大梁，使全楼凭自重向中间塌落，拉倒两侧的外墙。该方案的优点是：装药个数少，易于布设起爆网路，准爆性高；用药量较少，爆破危害效应相对减小；装药在室内起爆，较易控制爆破飞石及空气冲击波的影响范围。其缺点是：只炸中间立柱及两侧部分承重柱，全楼原地坍塌可靠性不高；倒塌后爆堆较高，难以清运。

    2.1.2定向倒塌方案

    爆破楼内所有立柱及要求倒塌方向外墙，靠大楼自重定向倒塌。该方案的优点是：能可靠满足定向倒塌要求，确保西侧施工道路的畅通；倒塌塌散范围较大，便于清运。其缺点是：施爆部位增多，装药个数多，起爆网路复杂；装药量增大，产生的爆破危害效应相应增大，增加了控制的难度。

    2.1.3爆破方案的确定

    通过方案评审，最终决定采用定向倒塌方案。即：爆破1～3层所有内部钢筋混凝土柱，炸散混凝土，露出钢筋，利用结构自重拉断钢筋使房屋倒塌。彻底爆破底层的东墙(爆破缺口高约lm以上)，削弱底层的南、北、西墙(爆破缺口30cm以上)，确保残楼向东倒塌。爆破底层金库、楼梯间、门楼、地下室柱、梁以及二、三层梁柱结合部，使房屋上部结构易于塌人地下室，便于清理。考虑施工方便，爆破分南楼、北楼、西楼三次进行。

2.2炮孔布置与爆破参数

    2.2.1  炮孔布置

  在没有原始图纸资料的情况下，对建筑结构进行了勘察和测量，了解其结构并进行了炮孔布置。

    (1)从分析结构特点出发，在满足倒塌要求的前提下，总药量力求减少。为此，着重布药在一层及地下室的承重部分(主要是柱及承重墙)，使其倒塌后能充分利用房屋自重碎裂上部结构。

    (2)只对一层门、窗间外墙实施爆破，倒塌方向的外墙布置4～5排炮孔，炮孔深度为墙厚的l／2～2／3，孔距约为墙厚的1／2～3／4(如墙厚64em，孔深35～40em，间距30～40cm；墙厚40cm，孔深22～24em，间距30cm)。

    (3)对所有钢筋混凝土柱实施爆破。炸散混凝土，露出钢筋，利用结构自重使结构失稳、整个楼房倒塌。爆破钢筋混凝土柱时不考虑炸断钢筋，否则药量过大，影响安全。本楼层内框架结构，中间各有四个自由面，炮孔深度为柱厚度的2／3，孔距为柱厚的2／3～3／4，布在柱中央，避开钢筋穿孔，成直线布置。对外框架结构，柱在墙中间，有两个自由面，故在柱面边墙上布置两排孔。

    (4)考虑到清运方便，适当爆断一些长度和断面较大的梁。炮孔尽量布在柱、梁结合部，且适当增大药量；使爆破能同时炸烂柱和梁的混凝土，露出钢筋，便于清运。

    (5)爆破地下室所有柱和主梁，使上部结构易于塌落，充填地下室空间。

    2.2.2爆破参数

    根据常用爆破砖、石、混凝土和钢筋混凝土药量计算公式，计算出爆破各部位结构的炮孔装药量。装药量计算公式：

C=ABR³

式中 C----装药量，kg；

     A----材料系数(对石灰浆砌筑砖砌体，A=l；水泥浆砌筑砖砌体，A=1.2；天然石块砌体，A=1.4；钢筋混凝土，A=5)；

     B----填塞系数，当装药在目标物中间，破坏半径为厚度之半，又有填塞时，取B=1.15：

     R----破坏半径，m，指装药中心至目标表面的距离。

    据此，选择相应构件进行试爆。根据爆破效果，适当调整装药量，作为实爆依据。为了减弱碎块飞散，有效利用爆炸能量，确定采用小直径装药实施爆破。药卷外径定为25mm(比一般制式药卷减小7mm)用牛皮纸加工糊成，外涂石蜡防潮。用规定装药高度的方法来控制装药密度约0．9g／cm³，并用电雷管进行试爆，效果良好。

南楼爆破主要参数见表1。

表1  南楼爆破主要参数

2．3起爆网路设计

    根据设计要求，一次起爆装药个数较多(最多一次达3500个药包)，只能采用混联电点火线路。为减弱爆破振动、空气冲击波和破片飞散的危害，使用7种不同延期的电雷管(其中毫秒延期三段：50ms、75ms、110ms；秒延期四段：4s、6s、8s、10s)，分别布设在房屋的各个部位，利用起爆先后顺序以控制房屋倒塌的方向。起爆网路设计要点是：

    (1)根据电雷管性能，保证每条串联支路的电流在2A以上。根据发电机能力，计算确定每条混联线路中并联支路数不超过10条，每条支路的串联电雷管数不超过70发，合为700发。为了确保准爆，控制每条串联支路内电雷管的电阻差不大于0.1W；控制各条串联支路间的电阻差不大于1．0W (采用电雷管平衡各支路的电阻)。最后以移动式40kW的发电机进行2次l：1试验，试验证明这种线路形式可靠。

    (2)起爆顺序根据要求的倒塌方向、尽量避免破片飞散、确保爆破安全、便于施工等因素综合考虑确定。起爆顺序为外墙→柱→地下室。外墙先爆，这时墙还未倒塌；再爆柱，破片被墙挡住，不易飞散，房屋开始定向倒塌。最后，爆地下室，破片不易飞散，倒塌的残架落人地下室空间，便于清理场地。

    (3)在既定电源(40kW发电机)和延期电雷管的条件下，为了一次爆破多个装药，设置5条独立的混联线路，每条线路电雷管总数不超过700个，合为3500个药包。设计起爆箱，通过继电器和磁力开关，在秒延期电雷管的延期时间内，逐次向各条独立线路供电，使全部电雷管能按预定次序逐段爆炸。

2.4爆破安全设计

    爆破安全设计主要从最大一段起爆药量对爆破振动的控制，控制爆破飞石的飞散范围对周围设施和人员的影响。

    2.4.1  最大一段齐爆药量的确定

    北京地区房屋建筑抗震强度是按7度自然地震烈度设计的。为确保最近处纪念堂工程的安全，控制该处所在地面振动速度不得超过4cm／s。

    按公式   ，代人v=4cm／s，K=150，a=1．5，R=30m，计算得出最大一段齐爆药量为19.2kg。

    实际爆破最大一段起爆药量14．8kg，小于计算值。

    2.4.2爆破飞石飞散范围的控制

    首先，从爆破能源进行控制，通过计算和试验，确定合适爆破药量。只炸散混凝土而不炸断钢筋，减少产生爆破飞石的能源。

    其次，从最小抵抗线方向进行控制。钻孔时控制炮孔深度，使最小抵抗线的方向指向楼内，使产生的飞石大部分控制在屋内。

最后，采取安全防护措施。爆破屋内柱、梁时，用铁丝网、旧铁皮遮住所有门窗。爆破层外混凝土和花岗石柱时，用旧铁皮及芦席等进行屏障，尽量减少飞石的过远飞散。

3爆破效果和量测数据

3.1爆破效果

    原北京邮局大楼按爆破方案分为南楼、北楼和西楼3次爆破。南楼爆破时，由于对东端三个楼梯组成的台阶式楼梯间且与一层金库相连的坚固性和稳定性认识不足，爆破后该部分未能顺利坍塌，其余各部位爆破效果良好。在总结南楼爆破经验的基础上，对北楼和西楼分别实施了爆破，爆后房屋全部定向倒塌，基本达到了预期效果。最后对南楼楼梯间部位实施了补爆，爆后达到了预期效果。爆破效果见图4。

图4爆破效果

3.2爆破安全监测结果

    原北京邮局大楼爆破时，89003部队组织人员分别对地震加速度、冲波压力、声响及破片飞散进行了微观测试和宏观调查。其量测成果如下。

    3.2.1  测点布置

    原北京邮局大楼为“凹”字形(如图3所示)，相对距离定点，南楼、北楼和西楼按(1)、(2)、(3)顺序分三次爆破。图中○为P₁、P₂、P₃三个测点超压，采用Y6D-3动态应变仪与自制的应变探头测试。¤为X点，测声强。△为G₁、G₂两个测点，测垂直与水平振动(采用压电晶体加速度传感器)。

    3．2．2量测结果

量测结果见表2。

表2冲击波超压、振动及声强量测数据

    在对南楼、北楼、西楼实施爆破时，对周围建筑未造成任何损害。爆破南楼残楼时，有花岗石碎片飞出南侧20m，但未超出规定的安全警戒范围。