摘 要: 在大唐桂冠合山发电有限公司120 m钢筋混凝土烟囱爆破拆除时,对各重点保护部位布置测点,进行实时振动监测。根据振动监测结果,
对爆破效果和触地振动的传播规律进行了分析,探讨了触地振动衰减的影响因素,提出了减小高耸建筑物爆破拆除振动危害的安全措施。
关键词: 烟囱; 爆破拆除; 触地振动; 振动测试
1 工程概况
大唐桂冠合山发电有限公司为了响应国家“降低能耗,节约能源,减少污染排放量,改善空气质量”的号召,决定对该公司4#—7#机组烟囱采用控
制爆破的方法进行拆除。该烟囱为钢筋混凝土结构,高度为120 m,底部外径9. 26 m,内径8. 26 m,壁厚0. 5 m;烟囱顶部外径5. 8 m,内径5. 44
m,壁厚0. 18 m;内衬采用耐火砖砌筑,厚0. 24 m。烟囱地面标高处东北和西南方向各有一个大小相同的出灰口(2. 5 m×1. 6 m),每个出灰口正
上方距离地面6. 65 m处各有一个大小相同的烟道(4. 3 m×4. 2 m)。烟囱采用双向配筋,竖筋从下到上依次为25—10,环筋从下到上依次为
22—14。该烟囱总质量约2 650 ,t重心高度为48 m。
该烟囱爆破采用梯形爆破切口,总装药量为8kg,最大一段起爆药量为27 kg,设计的倾倒方向为东北方向,允许的误差为±10°。
2 振动监测
2. 1 振动测试系统
本次测试仪器采用成都中科动态仪器有限公司生产的EXP3850爆破振动仪及配套的速度传感器,可实现多通道数据采集、存储和分析。EXP3850爆
破振动记录仪是记录、分析地震波信号的便携式仪器,仪器直接与速度传感器相连。将本仪器放置在测试点附近,每台仪器可自动记录8个振动事
件及其采集时刻,仪器通过RS232接口将波形传给计算机,由计算机对数据进行处理。
2. 2 测点布置
测点布置在需要重点保护的建筑物及设备旁边。根据电厂的要求,本次测试共布置了9个测点,具体情况如图1所示,各测点到爆心、触地重心的距
离见表1。
3 振动监测结果与分析
3. 1 振动监测结果
振动监测结果见表1,图2是触地振动典型波形图。从波形图中可以明显看出,此次爆破烟囱并非整体触地,而是折为2段分别触地。
3. 2 爆破效果及分析
爆后经过测量,烟囱基本按设计方向倒塌,向南偏差约5°,在允许倒塌的范围之内。从爆后烟囱倒地情况来看,切口以上至约35 m处筒身基本完整
,破坏形式主要是局部开裂。35 m以上的筒身破碎较为充分,并且发生前冲现象。分析原因,主要是在离烟囱35m处有一陡坡,由于烟囱的质量和倾
倒速度很大,所以冲击力就很大。当烟囱倾倒接触到陡坡时,部分冲击力转化为拉应力,当拉应力大于钢筋混凝土的极限抗拉强度时,烟囱被拉断,
断裂的上部烟囱在倾倒离心力的作用下发生前冲。可见,烟囱触地分为2段,先是底部到35 m处触地,后是35 m到烟囱顶端发生前冲触地,这也就是
波形图分段的原因。一般来说,由于烟囱的高度、材料以及倒塌环境不同,烟囱的破碎程度和前冲距离也不相同。另外,由于烟囱不是整体触地,
所以触地振速是矢量合成速度[1]。
从测试结果看,由于本次测试的距离较远,最大一段起爆药量较小,而且爆破振动的主频较高,衰减较快[2],所以爆破振动未能触发仪器,爆破振动
和触地振动的波形图未能出现在同一图中。本次测试仪器设置的触发速率为0. 056 cm/s,说明爆破振动在所有测试点的速度峰值均小于此值,远
远低于建筑物的安全允许振速,不会对建筑物造成损坏。
3. 3 烟囱触地后的振动与分析
本次爆破从起爆到烟囱触地历时大约14 s。通过对爆破效果和测试结果分析,可以得出以下几点认识:
1)本次测试中, 3#、4#测点的速度比较大,分析原因主要是测点在烟囱设计倾倒方向的侧前方,当烟囱出现偏转时, 3#、4#测点变成了正前方。
虽然2#测点距离烟囱触地重心的距离更近,但由于2#测点与烟囱的触地面存在着负高程(-8 m),并且烟囱倒塌方向上的速度比侧向速度大[3],所
以3#、4#测点的速度大于2#测点的速度。另外,烟囱并不是整体触地,烟囱上端触地前冲后离3#、4#测点的距离约30 m,这是3#、4#测点振速大的
主要原因。
2)本次测试中, 4#测点的振速大于3#测点的振速,而二者到烟囱的距离完全相同,分析原因主要是由于高程放大效应(4#测点比3#测点高6 m)。
3)本次测试中, 6#测点的振速大于2#测点的振速, 6#测点到震源的距离比2#测点远8 m, 6#测点的高程比2#测点高8. 3 m,说明在这种情况下距
离的衰减效应小于高程的放大效应。
4)本次测试中, 7#、8#测点的高程以及到震源的距离均相近,但振速差距较大,分析原因主要有2个:一是传感器与楼板的耦合性不好;二是波在传
播过程中后期衰减的速度比较快[4]。
5)本次测试中,除了3#、4#测点的振速比较大以外,其他测点的振速均小于0. 6 cm/s,主要原因有3个:一是测试距离比较远(其中9#测点因距离
远而没有采集到数据);二是波在传向这些测点时,都先经过一个负高程(相当于减震沟);三是波在沿楼房柱子上传时,除了有高程放大效应外,同
样也有衰减。
6)从表中数据可以看出,此次爆破触地振动的主频比较低(5. 49—10. 98 Hz),接近钢筋混凝土建筑物的固有频率。因此,在高大建筑物爆破拆除
时,除了爆破振速外,主频也应该作为安全判据。
3. 4 烟囱触地振动衰减的影响因素烟囱塌落振动速度为[2]:
V =K(2MgH/σR3)α(1)式中,M为烟囱的质量, ;tH为烟囱的重心高度,m;σ为烟囱材料的破坏应力,MPa;R为重心与测点的距离,m;g为重力加速
度,m/s2;K为衰减系数,K=1.0—1.86;α为衰减系数,α=1. 24—1. 40。本次爆破拆除振动测试采用的是散点布置方式,所以不能对K、α值进行
回归分析,但通过该公式依旧可以发现触地振动的影响因素:当烟囱的材料及周围的场地确定时,测试距离对触地振动的影响最大,其次便是烟囱
的质量和重心高度。
4 结论与建议
4. 1 结 论
此次振动测试的数据小于《爆破安全规程》的规定,说明被保护的对象是安全的。爆后对各被保护对象进行检查,没有发现损坏现象,证明爆破拆
除方案是可行的,这为以后该电厂爆破拆除其它烟囱提供了很好的参考依据。通过此次振动测试,可以得到如下结论:
1)在高耸烟囱爆破拆除中,烟囱的触地振动要大于爆破振动,而且触地振动的主频比较低,接近建筑物的固有频率,因此,在做防震措施时要重点考
虑触地振动。
2)烟囱倒塌触地并非整体触地,而是由于本身的结构、材料特性以及触地时的地形状况等原因而发生折断,分段触地。因此,所测到的振动波形也
并非只由重心触地时引起,它应该是各段烟囱触地振动的叠加。
3)触地振动传播时,在相同条件下,倒塌方向上的速度大于侧向速度。
4. 2 建议
触地振动主频低,持续时间长,较爆破振动的危害更大,特提如下建议:
1)为了减小烟囱的触地振动,防止烟囱直接撞击地面和引起周围泥土及杂物飞溅,爆前要把烟囱倒塌范围内的碎渣清理干净,并铺设黄土、沙袋等
做为缓冲层,以减缓筒体直接冲击地面的速度[5]。当被保护的建筑物距离爆破拆除的烟囱较近时,除了铺设缓冲层减震外,还应该在烟囱与被保
护建筑物之间挖一条减震沟[6],以更好地防止触地振动对建筑物的影响。如果场地周围被保护的建筑物较多,且距离较近、倒塌范围受限时,建
议采用分段折叠爆破,这样烟囱触地的冲量就会变小,引起的触地振动也会降低。
2)在利用触地振动公式进行计算时,不应该把烟囱的重心触地点做为震源,而应该取测点到烟囱之间的最短距离作为R,这样算出的数值比较接近
真实值,而且该数值也会大于利用重心触地点做为震源算出的数值,更有利于做好防震措施。
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