摘 要: 以60 m高的钢筋混凝土烟囱拆除为工程实例,介绍了采用大定向窗,密孔距定向控制爆破技术,重点阐述了爆破切口高度的计算原则和方法,爆破结果符合设计要求。
关键词: 钢筋混凝土薄壁烟囱; 控爆拆除; 定向倒塌
1 工程概况
1. 1 爆区周围环境
中原油田基地北区集中供热锅炉房改扩建工程,需拆除60 m高钢筋混凝土烟囱一座,其周围环
境如图1所示。烟囱东侧9m处为输煤栈桥、北侧8m处,东西分布2座水膜除尘器,向北22. 5 m处有一座东西走向的锅炉厂房,其西墙至烟囱西侧的东西向距离为18. 6m,建设方拟从西墙向西增建一台锅炉厂房,现在正在施工;南侧13. 5 m处仍有一座锅炉厂房,其西墙至烟囱西侧的东西向距离为18. 6 m;向西场地空旷,有充分的倾倒场地。烟囱可在向西大约45°角的范围内倾倒。
图1 工程平面位置示意图(单位:m)
1. 2 烟囱尺寸及结构
经现场勘测,待拆烟囱为薄壁钢筋混凝土结构。烟囱高h=60 m,底部外径6. 12 m,底部周长19. 2m,壁厚0. 2 m,隔热层0. 08 m,内衬0. 12 m,北侧烟道口高2. 5 m,宽2 m,烟囱内有一道南北砖墙,高5m,厚0. 24 m,将烟囱一分为二。烟道口两侧为钢筋混凝土加固建筑,分别高4. 4 m,厚0. 56 m,宽1. 04m,间距3. 3 m的2根砼柱。
2 爆破拆除方案[1]
2. 1 烟囱倒塌方向
根据烟囱的结构、场地条件、周围环境和工期要求,确定采用定向倾倒爆破方案。按场地条件,向西从nw235°~280°的45°角的范围内均可倾倒,但考虑到北侧烟道口的位置,确定倾倒中心线为nw265°,即向西偏南5°。根据以往钢筋混凝土烟囱爆破的实践经验,倒向误差为±5°,向西场地的条件是比较充分的,因此可以说,该烟囱的定向是安全的(详见图1)。
2. 2 爆破切口设计
该烟囱的底部外径6. 12 m,周长19. 2 m,切口弧长确定为周长的64%,即12. 2 m,倾倒中心线两侧各6. 1 m。以北侧烟道口为准,在南侧对称的部位亦开挖相同规格的窗口,做为定向窗口(高2. 5m,宽2. 0 m),为减少一次起爆的药量,从正面亦开挖一个窗口,与爆破切口同高,宽为1. 6 m,位于中心线左右对称处,在3个窗口之间3. 34 m弧长的筒体上各布设炮孔8排,爆破切口高1. 26 m,共256个炮孔(如图2所示)。
图2 定向窗位置示意图
2. 3 烟囱爆破前的预处理措施
1)爆前将北烟道口拆平,另开挖2个窗口,并预先拆除烟囱内隔墙柱和烟囱内衬;
2)预留支撑筒体弧长6. 9 m,对其中间2. 9 m范围内,在底部切断外侧竖向钢筋,以加快烟囱的倾倒速度,有利于筒体的破碎效果。
3)一切准备工作完成后,按设计图布孔、钻孔,施工中必须按倾倒中心线两侧严格对称,误差不得超过2 cm。
3 爆破参数设计
钻孔深度l=0. 14 m,孔炮a=0. 2 m,排距b=0. 18 m,切口高度h=1. 5 m,切口弧长l=12. 2 m,采用梅花形布孔, 8排孔,每排32孔,共256个孔,单孔装药量按q=qabδ式计算。该烟囱筒壁厚0. 2 m,属薄壁结构,在爆破中难度较大,因其最小抵抗线w只有10 cm,按经验公式,孔距a与最小抵抗线w相当,如果a=w,则炮孔数量将达到1 000个以上,增大了成本,对此,往往采取加大孔距和增加药量的办法。本工程取上述孔网参数,根据以往的经验,取单孔装药量q=25~
35g,能够取得较好的爆破效果,否则将会在筒体上形成爆破漏斗,其结果是炸而不倒,无法控制倒向。在加大单孔装药量的同时,采取加强防护措施,以期既保证安全,又达到爆破效果(不能用通常的单耗来计算单孔装药量)。按q=30 g,计算总装药量∑q=4. 68 kg。烟囱爆破雷管总数:孔内256枚,联接雷管26枚。起爆雷管4枚,共286枚。全部用i段雷管。
图3 炮孔布置平面展开图(单位:m)
4 起爆网路
从图3可见,爆破切口总弧长12. 2 m,由3个定向窗口分为2部分,每侧布孔128个,孔内均用非电毫秒延时导爆雷管(ⅰ段)。网路的联接,每10根导爆管用l枚导爆管雷管(ⅰ段)联接,即一把抓的联接方式,然后将13根导爆管用2枚串联的电雷管联接,两侧筒体分为2个起爆点,最后联接到起爆主线上,用军用78式点火机起爆。为保证起爆网路中的雷管都能准爆,应做好以下具体措施:
1)用近期出厂质量好的同一批次的雷管。
2)选择近期出厂的乳化炸药。
3)堵塞炮孔和连接起爆网路时,严格遵守操作规程,防止导线绝缘破损产生断路或短路,并用205-1型欧姆表检测,发现异常现象及时排除。
4)装药前应对购买的炸药和雷管做参数试验,试验爆破器材的质量和爆破参数,根据试验结果确定最佳参数,进行爆破施工。
5. 1 地震波、空气冲击波和飞石安全距离计算[2, 3]
1)爆破振动:v=k3qrα取洛阳龙门爆破参数试验资料:k=85,α=1.93计算得最近的水膜除尘器处的振速v=3 cm/s南侧锅炉房处的振速v=2 cm/s两者的安全校核值v≤5 cm/s,可确保是安全的。
2)空气冲击波,可忽略不计。
5. 2 防护材料、防护形式以及爆破噪音和尘土的防护方法[4]
1)为防止飞石对周围建筑物和人员造成损伤,在爆破部位覆盖2层草帘及金属网,在烟囱切口0. 5~1. 5 m处搭设竹夹板围栏进行防护。
2)在倾倒中心线两侧铺垫60 cm厚的软土作缓冲介质。
3)爆破产生的噪音和灰尘,因爆破周围无精密仪器和重要设施且影响范围小,时间短,故不再做专门的防护。
4)安全警戒范围为100 m,爆破时,厂区内人员全部撤离至100 m以外。
6 爆破效果
2004年4月9日下午4时整,烟囱起爆后1 s开始倾倒,从起爆到烟囱顶部着地约8 s,全部倾倒在预先铺垫的软土上,爆堆横向宽9. 8 m,沿倾倒方向烟囱的破碎情况如下: 0~12. 6 m,基本完好,12. 6~28 m,摔扁、破裂, 28~60 m彻底粉碎,内部钢筋全部裸露。人工稍加锤打,即可取出钢筋。爆后,离烟囱8 m的水膜除尘器、南侧13. 5 m,北侧22. 5 m的锅炉房无丝毫影响,烟囱上段触地时,个别飞石最远距离约12 m。
7 结 论
a)如此高的钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除,在濮阳市建市20年以来尚属首次,主管部门、公安机关及媒体非常重视。
b)利用新建锅炉房土建期间挖出的土作为60 m高烟囱的缓冲介质,缓冲效果好,降低了施工成本。
c)此方案得到了河南省爆破协会的审核批准及帮助指导,完全达到预期效果。
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