摘 要:爆破拆除一座70m高的砖结构烟囱时,该烟囱没有按预期的方向倾倒。文中介绍了设计方案、实际爆破参数以及爆破效果,并对爆破中烟囱的实际倒塌结果与设计要求不一致的原因作了详细的分析。
关键词:烟囱;砖结构;定向爆破;拆除爆破
1 工程概况
1•1 烟囱结构
须爆破拆除的废弃砖烟囱位于武汉青山区华宇硅酸盐制品厂内。该烟囱建于1987年,砖结构,高70m,底径5•5m,+0•50m处壁厚0•70m,内衬厚0•24m,内衬与壁之间的空隙6cm。爆破前,离地10m处的钢筋混凝土圈梁和烟道已拆除,烟道下部尚有南北向对称的两个烟道。
1•2 周围环境
在烟囱正南45m处有两栋砖结构的二层居民楼,北偏东30°方向64m处有一栋砖结构二层小楼,北偏西35°方向85m处有一排平房和照明电线。周围环境、建筑物分布如图1所示。
图1 周围环境示意图
2 烟囱倒塌方向确定
烟囱定向爆破倒塌的基本原理是通过切口爆破,破坏烟囱的支撑点,使重心偏移,在爆破瞬间产生倾覆力矩,使其失稳,沿指定方向倾倒。根据现场条件,确定采用定向倒塌方案;由于东西两侧都有足够的空地作为烟囱的倒塌场地,但相对而言西侧建筑物稍多,而东侧无任何建筑物,故选东侧作为倒塌方向。
3 爆破设计
3•1 爆破切口设计
(1)切口形式。和一般烟囱爆破工程一样,选择梯形切口,并在切口范围内预先开设导向窗,三角形导向窗的顶点位于切口的边缘(见图2)。
图2 炮孔布置展开图
(2)切口长度。众多成功的工程实例证明,切口长度应取切口处筒体圆周长度的3/5~2/3,相当于切口所对的圆心角为216°~240°。为可靠起见,本工程取圆心角240°,或切口长度为筒体周长的2/3,即11•5m。
(3)切口高度。一般,切口高度h=(1•5~3•0)δ,其中δ为壁厚,δ=1m。本工程取h =2•2m。切口位于地面以上0•5m处。
3•2 布孔参数
(1)炮孔深度。对于筒式高耸建筑物,其开口部分应该视为圆形结构,其炮孔深度l应该按拱体确定。对拱形结构爆破时,药包位置外侧将受到拉力作用,内侧受压力作用。由于脆性介质的抗拉强度远小于抗压强度,加之拱的抗压强度大,所以外侧的爆破漏斗比内侧更易于形成;因此,要确保同时被炸毁,药包位置应该靠内;当从外面钻孔时,其孔深l取壁厚δ的0•65~0•72倍,本工程取0•7倍,即l =0•525m,实际取0•55m。
(2)炮孔间距a和排距b。对于间距和排距的确定原则是确保爆破为弱抛掷爆破,即对于砖结构要使被炸出的砖碴离开原位;对于钢筋混凝土则要使被炸的混凝土块脱离钢筋网,确保在倒塌的过程中对炸出的碎碴不受任何阻挡,因此,一般取a < l。对于砖结构,取a=(0•8~0•95)l。按a=b=0•9l计算,a=b=0•495m,实际取a=b=0•5m。按梅花形布孔(图2),分为1、3、5段起爆,其中第1段炮孔数n1=17个,第3、5段炮孔数(n3、5=60个(3段36个,5段24个)。
3•3 装药量确定
(1)单孔装药量q。用公式q=kabl计算,其中k为炸药单耗,经试爆和调整,取k=0•9kg/m3,并且第1段药量增加20%。经计算,第1段的单孔药量q1单=0•149kg,取0•15kg,总药量q1总=0•15×n1=2•55kg;第3、5段的单孔药量q3、5单=0•124kg,取0•13kg,总药量q3、5总=0•13×n3、5=7•8kg。
(2)内衬装药量。内衬装药量也是按1、3、5三段进行装药,炮孔个数分别是10、6和7个,分布于7m高的内衬区域内,单孔装药量和外部切口设计相同。内衬爆破设计比较简单,故设
计描述从略,其装药量是2•99kg。本工程爆破的总装药量为13•34kg。
4 爆破效果及分析
起爆后,烟囱向东稍倾,稳定约2s后,在向东倾倒的同时,整个下坐。爆堆南北长20m、东侧28m、西侧16m,高5m。尽管爆破震动和飞石未对周围建筑物造成任何影响,附近房屋的窗玻璃完好无损,但烟囱没有完全按设计方向倒塌。为什么会出现未完全按设计方向倒塌的情况呢?根据对爆后情况的观察和了解,主要原因分析如下:
(1)内衬的影响。据有关爆破资料,大多数情况下烟囱的内衬应预先拆除,但本工程中烟囱的内衬未预先拆除,而是与切口同时爆破,由于经验不足,内衬爆高设计过大(装药高度最大达7m),尽管爆破切口刚形成时烟囱有向东倾倒的趋势,可是7m高处的药包起爆后,影响了爆破切口的导向作用。
(2)用药量过多。设计的药量约为14kg,为稳妥起见,实际药量比设计多了约4kg(包括试爆用药)。药量过大,冲击波和震动大,更容易使烟囱的支撑体瓦解,从而使爆破切口失去定向作用。
(3)切口长度设计过大,这是最主要的影响因素。大多数烟囱的爆破,切口的长度介于3/5~2/3的筒体周长范围内。对于本工程中砖结构烟囱的爆破,切口长度取为上限,即2/3的筒体周长,同时装药范围又略大于此长度,加之砖结构因年久风化而强度降低,致使预留支撑体承重能力不足而导致烟囱在切口形成后整体下坐。
5 结 语
由于场地开阔,非预期的实际爆破效果未造成不良的影响。然而,如果场地条件只允许向东倒塌,烟囱的实际倒塌结果将会对周围建筑物造成损害,这是爆破拆除所不允许的。所以,本工程的经验教训对广大的爆破工作者来说,未必不是好事。这会提醒大家,在拆除条件类似的烟囱时,设计中务必校验保留支撑体的承重能力,正确设计爆破切口的参数,特别是切口的长度。实践表明,对于砖结构烟囱,特别是砖结构已经风化而强度下降的烟囱,爆破设计时切口圆心角取240°,或者说切口长度取筒体周长的2/3,是不合适的。
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