摘 要:介绍了一座高120m、底部直径9•2m、壁厚500mm的钢筋混凝土烟囱的定向控制爆破拆除。文中讨论了爆破切口的选取、爆破参数和装药量的确定。在定向窗和导向窗的设计中,把清灰口作为导向窗的一部分,在以倾倒中心线为对称轴的相应位置上开凿另一部分导向窗。此外,还简述了预处理、起爆网路和安全技术措施等。
关键词:烟囱;钢筋混凝土结构;爆破拆除;定向爆破
1 工程概况
鞍钢第二发电厂油改煤技术改造工程需将原120m高的钢筋混凝土烟囱拆除,由于工期紧、任务重,为保证安全,决定采用控制爆破方法拆除。
1•1 周围环境
该烟囱位于第二发电厂院内,东距主厂房12m;南面30m处为架高5m的3根煤气管线,50m处为
办公楼及其库房;西侧30m处为并列的4条铁路线,40m处有照明电缆4根,60m处有一组高压输电线及厂房、铁路等设施;北侧27•5m处为8•8m×6•9m的厂区泵站,43•3m处有7•9m×7•0m的空压站,这两个站闲置着。爆区平面位置如图1所示。
1•2 烟囱的结构特点
该烟囱建于1973年,系钢筋混凝土结构,实际高度119•6m,底部筒体外径9•2m、内径8•2m,上口外径5•4m。从烟囱的图纸上查出,标高5•0m以下的配筋:外层为22@150,内层为14@200。烟囱标高0•0m往上,正南、正北处各有一个1•8m×2•5m高的烟道口。标高4•8m处有一浇筑的钢筋混凝土平台,中间有一清灰漏斗,由紧贴内壁的8根柱子支撑井字形梁。标高17•5m以下用100#红砖内衬,厚度240mm;标高17•5m以上,内衬厚度为120mm。标高5•0m以下的筒壁厚度为500mm,上口壁厚为120mm。以内壁45•0m标高处为分界线,下部壁厚由500mm收缩至240mm;上部壁厚由240mm收缩至上口的120mm。
图1 烟囱位置平面图
烟囱的总体积约为1100m3,质量约2650t,质心在42•0m标高处。
2 爆破设计方案
2•1 倾倒方向
根据烟囱所处的位置、烟囱的结构特点、周围环境、施工工期和安全要求,经过对人工拆除、定向控制爆破拆除和折叠定向爆破拆除等方案进行技术、经济、安全方面的比较,认为采用定向控制爆破,使烟囱倾倒在北偏西30°~50°的区域内是可行的。最后确定的倾倒方向为北偏西40°,如图1中所示。
2•2 爆破切口
(1)切口形状。爆破切口的形状直接影响烟囱的倾倒过程。为获得较好的定向效果,保证倾倒过程平稳,借鉴高、重烟囱爆破拆除的经验,切口形状选为正梯形。
(2)切口长度l。根据烟囱结构强度和类比,切口弧长所对圆心角可在205°~225°范围内选取。考虑到施工方便和筒体结构均一性,切口开设在离地面0•5m处,此位置的烟囱外径d=9•2m、壁厚δ=500mm,又无内衬,故取圆心角220°。相应的切口弧长l =17654mm,取l=17•65m。
(3)切口高度h = (1•5~3•0)δ=750~1500mm。为稳妥,并借鉴茂名石化公司两座120m烟囱爆破拆除的经验,取h =3•0m。
2•3 定向窗和导向窗的设计
为保证烟囱平稳、准确地倾倒,在合理选择爆破切口所对圆心角和切口高度的同时,在切口两端开设定向窗,在倾倒方向上开设导向窗。定向窗为直角三角形,底边长2•0m,高1•5m,见图2。导向窗本该开设在倾倒中心线上,但在所定倾倒中心线的右侧约1•0m处有一个宽1•8m的清灰口,若再在倾倒中心线上开导向窗,则会加大导向窗的尺寸,同时会改变烟囱的倒向。为了避免这一现象的发生,我们利用此清灰口作为导向窗的一部分,在倾倒中心线左侧约1•0m处,即与清灰口相对称的位置上,开设尺寸与清灰口相同的孔口作为导向窗的另一部分,如图2中所示。
图2 定向窗、导向窗位置及炮孔布置
3 爆破参数选择和炮孔布置
3•1 爆破参数
(1)最小抵抗线w=δ/2=250mm,其中δ为爆破切口处的筒壁厚度,δ=500mm;
(2)孔间距a =1•2w =300mm;排距b =2δ/3=333mm,取b =300mm;孔深l =2δ/3=333mm,取l =330mm;
(3)单孔装药量qk=qabδ=63g,其中q为单位炸药消耗量,对于钢筋混凝土,根据经验并通过开定向窗时的试爆,取q =1400g/m3;考虑到烟囱配筋较密,取qk= 75g。
3•2 炮孔布置
爆破切口布设10排炮孔,共337个孔,如图2所示。各排的炮孔数分别为n1=28、n2=31、n3
=34、n4=36、n5=38、n6= n7= n8= n9= n10=34,总装药量q =25•28kg。
4 起爆网路
为了确保安全准爆,采用非电导爆管雷管微差起爆系统。分1、3、5段起爆,各段起爆的孔数和药量分别为:1段128孔、9•60kg;3段106孔、7•95kg;5段103孔、7•73kg。每孔装两个雷管,主干网路为复式铺设。图3为起爆网路示意图。
图3 起爆网路示意图
5 预处理
(1)利用爆破方法在爆破切口两端开定向窗,并以倾倒中心线为对称轴,在与清灰口相对称的位置上开导向窗,同时将暴露的钢筋切断。利用预处理爆破的机会,确定合理的炸药单耗。
(2)将支撑部位筒壁的外层竖筋剥离出来,并一根隔一根地切断,以减少烟囱倒塌过程中外层竖筋的牵拉影响。
(3)将烟囱内支撑井字梁的8根柱子中的3根爆断,以免影响烟囱倾倒。
6 安全技术和措施
6•1 触地震动校核
烟囱高度达119•6m,质量大,质心高,触地震动不能忽视,为此用下式进行了校核。v =0•08[(m2gh)1/3/r]1•67式中:v为烟囱倒塌触地引起的地面质点振速,cm/s;m为烟囱质量,m =2650t;g为重力加速度,9•8m/s2;h为质心高度,h =42m;r为质心触地点至被保护目标的距离,本工程中的主要保护目标是烟囱倒塌方向上的厂房,据估算,r =33m。计算得v =5•68cm/s,有必要采取防震措施。
6•2 安全措施
(1)靠厂房处挖有防震沟;沿烟囱倒塌中心线、距烟囱根部80m处,用泥土堆积了长×宽×高=
12m×3m×3m的缓冲垫层。
(2)对于原架空的通讯和照明电缆,事先改为沟埋式,埋深0•8m。爆破时,照明电缆断电8h。
(3)对3根煤气管线采取临时停气或降压措施,并组织了应急抢修队。
(4)爆破部位用双层钢丝网覆盖,以防飞石。
7 爆破效果
随着一声闷响,只见烟囱根部喷出一团尘雾,直立的烟囱先向下一沉,紧接着向预期的方向倾斜,由慢变快倒下。倾倒方向控制准确,没有发生后坐,个别直径约20mm的小块飞碴的抛掷距离约40m。烟囱倒塌长度145m,从大约45m处断成两截,拉开约25m;上段基本摔碎,顶部的混凝土与钢筋完全分离;下段的下20m左右筒体稍有变形,其余部分摔扁或摔碎。定向控制爆破获得圆满成功。
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