活跃在爆破力学和文物建筑保护两个行业

周家汉

 

　　我这辈子永远不会忘记的一首歌是《没有共产党就没有新中国》，这首歌我从小就唱。

 

　　我出生在长江岸边的一个小镇—猇亭，父亲是一个码头工人，母亲在码头上摆香烟摊补贴家用。新中国成立后，政府实行助学金制度，帮助家境贫困的孩子上学念书，我这个码头工人的儿子才有机会上中学、大学。1956年国家号召向科学进军，我有机会考上中国科学技术大学，大学毕业后被分配到中国科学院力学研究所工作，从此有幸跟随大科学家钱学森、郑哲敏先生，一步一个脚印，活跃在爆破力学和文物建筑保护两个行业并做出成绩，实现了向往的科学人生。

 

　　大学毕业时，我的理想是要为党、为人民工作50年。现在我已退休21年，80岁了，想争取继续为党做点工作。

 

　　探寻爆破机理，促进爆破技术不断发展

 

　　开采矿山、修建铁路、开挖隧道、建筑拆除爆破作为一项科学技术应用范围很广。

 

　　半个多世纪以来，中国科学院力学研究所曾经有数10人从事爆破力学的研究工作。在郑哲敏院士的带领下，力学所团队创造性的应用钱学森的"工程科学"思想指导爆炸力学研究，把许多来自实践的问题，进行科学提炼，找出主要因素，形成力学问题，进行理论分析或进行实验研究，然后再指导工程实践。许多方面的研究都是开创性的，有的工作至今还有指导意义和实用价值。

 

　　老一代科学大家回国是为了祖国的建设和发展，他们以国家的需要为己任，国家任务需要的研究工作就是科研课题的方向。在20世纪70年代，为了国防工程建设的需要，郭永怀先生提出平地定向爆破堆山的设想，力学所参加的研究课题在不同土质条件下进行了多组实验，寻找爆破作用机理。建筑物爆破拆除后塌落至地面撞击造成的地面震动，随着高大建筑物拆除项目的增多而引起了人们的重视。通过量纲分析，我提出了建筑物爆破拆除时塌落振动速度的计算公式，说明建筑物拆除爆破时的塌落振动速度与结构的解体尺寸和下落的高度有关，和结构构件的材料性质、地面土体性质有关。因此，为了减少对地面的撞击作用，控制下落建筑物解体的尺寸十分重要。尽管建筑物的总体高度不能改变，但可以通过设置分层分段延迟爆破，控制依次下落的解体构建的大小以减小振动的影响范围。我在40多年前提出的建筑物塌落振动速度计算公式现在已被国内外工程师广泛用于爆破拆除工程设计。2004年5月，温州市中银大厦烂尾楼爆破拆除在即，一座邻近在建大楼的负责人担心烂尾楼爆破时的震动会影响正在进行混凝土构件的质量。根据上述公式的计算结果，我们预测了距离爆破工点不远处的震动强度不会超过爆破安全规程的允许值，实测结果说明了爆破实际的安全性。

 

　　关注文物保护，研究列车振动传播规律

 

　　随着经济发展和城市化进程的不断加快，发展轨道交通是北京等大城市公共交通体系建设的重中之重，发展城市间的高速铁路是国家高交通建设网的重中之重。这是由于轨道交通具有运量大、速度快、安全准点的特点，而且可以保护环境，节约能源和土地资源。与地震、爆破等产生的震动相比，高速列车、地铁列车运行的震动作用是长期存在、重复、反复发生的，其震动能量能引起临近地面震动进而导致建筑物的损坏。我们在对有线列车运行地面震动测试的基础上，创新的提出采用"比例距离"的预测方法，已被新建高速列车、地铁列车运行振动监测数据所验证。和分析爆破振动传播一样，我们采用无量纲参数组合分析预测影响地面震动强度的主要因素。研究结果给出了由列车轴动载荷、距离、列车运行速度组成的"比例距离"，来说明列车振动速度的衰减规律。地面振动幅度大小与列车运行速度有关，列车运行速度越快，对地面震动的影响也越大；随着距离的增加，震动强度减弱，距离越远，振动速度越慢，随着至铁路的距离的平方关系而减少，距离的长短比列车运行速度或者重量的大小对造成地面震动的影响更重要。

 

　　我有幸参与了北京地铁6号线线位和车站设置方案讨论会，在会上，我例举了北京、上海、深圳等城市已建地铁运行的振动监测数据。为确保北京故宫博物馆古建筑的安全，6号线没有在故宫角楼下穿过。为了减少北京地铁8号线在前门和2号线交汇加重对正阳门和箭楼的干扰，在我的建议下，8号线也调整了在前门段的线位。为保护前门古建筑，我还多次呼吁有关部门修改北京站至北京西站间直径线的功能定位，不要在前门箭楼地下跑"火车"。

 

　　传承科学精神，铭记成功在于一丝不苟

 

　　爆破作业是一项具有风险性的工作，同时又是令人自豪和富有成就感的工作。要想爆破成功，无疑需要我们具备踏实严谨、一丝不苟的敬业精神。爆破有成功，也有失败、失误，甚至事故。人们为一次次爆破的成功而欢呼，也为一次次爆破的失败而愧疚和反思。

 

　　我曾经在全国爆破工程技术人员培训的讲课中，提出了"三张图"的概念。第一张图是原地面地形地貌图或是原有的旧建筑物图。爆破设计前，要对爆破工程的原状或是现状进行周密的调查和测量，将爆破对象周围的环境完整、真实的表述出来。第二张图是工程设计图，所要表述的是如何设计药包、参数选择、计算结果，包括各种设计图表，体现的是爆破设计思想和技术水平。第三张图是爆破效果图，展现目标对象经过爆破之后应该呈现的状态，包括对周围环境的影响程度，要把监测的数据和预测进行对比。

 

　　爆破研究的目的是实现精密控制。我认为"三张图"的内涵就是科学、严谨、精密这三个词语。要想爆破成功，从爆破实际到施工诸多环节，都要求我们处处小心，时时在意，环环相扣，才能够保证爆破工程的质量，并便于对工程建设进行对照检查，避免发生事故。"三张图"体现了我们爆破工程师的人生格言:"成功在于一丝不苟，做科研需要一丝不苟。"做科研需要一丝不苟，做科普也要一丝不苟。在科普工作中，我们需要把科学知识和做科学的严谨态度同时传递给年轻人，并把这种精神发扬光大。

 

　　作者：周家海，79岁，中国科学院力学研究所研究员，北京中科力爆炸技术工程有限公司总工程师。