摘 要:介绍了用定向控制爆破方法拆除吉化电石厂120m钢筋混凝土烟囱的经验。针对该烟囱下部有1个门和3个窗户的特殊结构,选择倒梯形爆破切口,以增强预留支撑面的强度。为防止烟囱落地产生震动和前冲,在倒塌的前方设置了减震带和阻冲挡土墙。文中同时还阐述了参数的选择与计算,以及爆破效果。文中总结的四点经验值得借鉴。
关键词:钢筋混凝土烟囱;爆破拆除;爆破切口;安全防护
1 工程概况
吉林市吉化电石厂有一座120m高的钢筋砼烟囱,因厂区改造需要爆破拆除。该烟囱底部+1m标高处外半径5•125m,壁厚0•5m,内半径4•625m。内部有一层钢筋网,钢筋直径16。钢筋砼总容量838m3,烟囱自重2543t。在烟囱的东侧20m处有一条高架管线,南侧142m处有一厂房,西面有一个已经拆除的厂房,留有南、西两面墙,用于阻挡烟囱落地后产生的飞散物,距离墙15m;北面48m处有一厂房。待爆烟囱环境如图1所示。
2 爆破方案设计
2•1 烟囱的倒塌方式
根据烟囱周围环境,南面有宽大于烟囱2倍直径和长接近1•2倍烟囱高度的空地,因此决定向南定向倒塌。倒塌方向空地的长度142m,小于144m,故采取提高切口位置高度1m、加切口高度1•8m的方法,将烟囱落地时的长度控制在141•2m以内,并
图1 烟囱的周围环境
在140m处采取设挡土墙防护措施,来控制烟囱落地时的前冲。
2•2 烟囱爆破切口的形式和尺寸
(1)爆破切口的形式:因烟囱底部门和窗户较多,选择正梯形切口会降低预留截面支撑强度,同时由于东、西两个方向的门和窗户的高度不对称,起爆后的瞬间可能会在门和窗户的角上出现应力集中,使烟囱的倒向偏离倒塌中心线。如果采用倒梯形切口,将上开口线放到门窗口之上,虽然增加了一些作业难度,但克服了上面所提到的不利因素,有利于烟囱按预定方向顺利倒塌和缩小倒塌距离。因此,决定选用倒梯形爆破切口,如图2所示。
图2 爆破切口形状
(2)对应圆心角度:α=(5/4~8/7)×180°=225°~206°(经验公式),根据以往烟囱定向爆破经验,对应圆心角度取α=220°。
(3)爆破切口长度: l= 220°/360°•π•d=19•7m,通过计算爆破切口的长度为烟囱周长的
0•612倍,能保证烟囱重心失去平衡而倾倒。
(4)爆破切口高度:根据120m高烟囱和钢筋砼结构特点,切口高度按h=3δ计算(δ为烟囱壁
厚),h=1•5m。为确保爆破时烟囱按预定方向准确倒塌和降低其倒塌长度,实际切口高度取大于切口部位壁厚3倍以上,取h=1•8m。
2•3 爆破参数
炮孔直径40mm、最小抵抗线0•25cm、孔间距30cm,孔排距30cm、孔深35cm,每孔装药量为:
q上=150g、q下=200g,总装药量为38kg。
2•4 定向窗
为控制切口爆破作用范围、确保烟囱沿轴线方向准确倒塌、防止出现后坐现象,采用了预开定向窗措施:①在烟囱的切口上部两侧各开一个0•85m长、0•85m高的三角形定向窗,来控制切口的破坏作用范围;②在倒塌方向轴线中心的窗口部位开一个高2•5m、宽2•8m的导向口,以创造临空面有利于烟囱的倾倒;③割断预爆开口处的钢筋,减少烟囱倾倒时的钢筋阻力。经计算预开定向窗和导向口长度(0•85×2 + 2•8 = 4•5m)占爆破切口处周长(32•18m)总长度的比值为0•14,小于15%故能保证爆破前烟囱安全。爆破切口及定向窗尺寸如图2所示。
2•5 起爆网路
这次爆破使用的是同箱军用8#瞬发镍铬桥丝电雷管215枚,经过精确测定,雷管之间电阻差均不超过0•2ω,采用串并联电点火起爆网路,用高能起爆器一次起爆。
3 爆破安全校核
(1)爆破震动校核:根据公式q=r3(v/kc)3/α进行校核,式中kc=200、v=4cm/s、α=1•5m、q=
44•24kg。实际使用的炸药38kg,小于一次允许最大起爆药量44•24kg,故能保证周围建筑物安全。
(2)烟囱落地震动校核:按照中国科学院工程力学所提供的塌落振动速度公式:v2′=0•08(i1/3/r′)1•67i=m′(2gh′)1/2式中:i为触地冲量;r′为目标点与构件触地中心的距离;h′为塌落构件重心落差;m′为塌落构件的质量。经计算i=79608•49×103,v2′=0•946cm/s。计算结果和采取减震措施表明,距离最近的框架式结构厂房是安全的。
(3)预处理后余留截面在起爆前的稳定性:对烟囱开设了定向窗和导向口后,剩余的烟囱筒壁支撑面积为:s1=(32•18-4•5)×0•5=13•84m2。烟囱重力荷载的作用压应力计算:σ=2435×103×9•8/13•84=1•72×106pa。因烟囱的抗压强度σ=51mpa,所以经预处理后烟囱不会由于烟囱荷载的作用而坍塌。
4 安全防护措施
(1)为防止爆破产生的个别飞石,在烟囱外部距离爆破部位1•5m处搭设一排大于切口范围的脚手架,上挂固定一层铁丝网和两层厚湿草垫进行阻挡防护。
(2)为防止烟囱倾倒时前冲,用编织袋装土在距烟囱140m处的倒塌轴线上筑设一道长8m、宽3m、高3m的阻冲挡土墙。
(3)为减弱烟囱倾倒落地质点震动和落地后产生碎石飞溅,在距烟囱50m处倒塌轴线上每隔5m铺设一条草垫防溅缓冲带,带长20m、高度由1m逐渐增加到2m。
5 爆破效果与体会
5•1 爆破效果
起爆后18s,烟囱按预定方向准确倒塌,周围建筑物及厂房内各种设施完好无损,爆破达到了预期目的。经爆后现场测定,烟囱22•5m以下为圆桶状、22•5m以上部分变成扁平状,大部分钢筋与混凝土脱离,烟囱的头部落地后沿轴线向两侧分开。整体倒塌范围控制在长140m、宽30m以内。前面所设的阻冲挡土墙对控制烟囱的倒塌起到了较好的阻冲作用。
5•2 几点体会
(1)对高大烟囱定向爆破拆除时,应在烟囱倒塌轴线50m以外设防溅缓冲带,每隔5~10m设一道,用砂袋砌筑而成,其高1•0~1•5m、宽0•5~1•0m,长取烟囱直径的3~4倍,轴线部位低于两侧高度,以防烟囱体落地后向轴线外滚动。爆破实践证明:设防溅缓冲带、铺垫砂土能有效地减小烟囱倒塌触地时的冲量及对地面的振动强度,可有效地防止破碎物反弹和飞溅。
(2)当倒塌方向长度不够时,可采取适当提高爆破切口位置高度、在倒塌方向设置具有一定强度的阻冲挡土墙或采用分段折叠倒塌,能有效地控制爆后烟囱的倒塌长度。
(3)爆破前,在切口两侧预先用爆破法开设定位窗,割除其部位的钢筋,能有效地控制切口的破坏作用范围,防止出现后坐现象,提高烟囱倒塌方向的准确性。
(4)预先在爆破切口轴心对称开设导向口,割除其钢筋扩大烟囱倒塌方向的临空面、减小切口轴心部位的支撑力,有利于烟囱定向倾倒。同时,还可减少切口主爆孔的装药个数及炸药量,有利于对瞬间一次最大起爆药量的控制、减弱地震波的强度。
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