摘 要: 一座高50 m的砖烟囱拟爆破拆除,其倒塌场地较紧、倒塌地面较坚硬和其底部结构不沿倾倒中心线对称,为此采用提高爆破切口位置,使切口长度为外周长的62%的爆破方法,达到了预期的爆破效果。
关键词: 砖质烟囱; 结构不对称; 定向爆破; 设计与施工。
1 工程概况
待拆除烟囱位于某校内,建于20世纪70年代,由于建设的需要,拟予爆破拆除,本烟囱高50 m,系砖砼结构。烟囱距地坪处3.5 m处外直径为4.2m,顶部直径为2 m。底部筒体为水泥沙浆砖砌体,自外向内分别为承重砖壁、隔热层和耐火内衬,厚度分别为0.49 m、0.08 m和0.24 m。烟囱南侧地坪处开设一道内高为3.0 m、内宽为1.3 m的半圆拱形烟道,北侧地坪处开设一道0.8 m×0.6 m的矩形出灰口。周围环境如图1所示:其南侧7 m为车间;西侧4 m为简易平房;北侧约45 m为6层居民住宅楼;东侧50 m为架空通讯电缆,架空通讯电缆外为马路,约65 m为活动中心及网球场。
2 爆破拆除方案
该烟囱结构坚固完整,周围环境复杂,爆破时需要保护民房及前面居民楼的安全。考虑正北方倒塌场地有限和烟囱的结构状况,决定采用定向控制爆破拆除该烟囱,选择朝北偏东45°方向倾倒。采取如下措施:
1)提高爆破切口位置,由于烟囱南侧地坪至+3.0 m开设有烟道口,此范围内烟囱结构与拟予倒塌的中心线不对称,可能会影响本烟囱向北偏东定向的准确性。为避开烟道口对烟囱定向倾倒过程中保留支撑体结构对称性的影响,决定将本烟囱爆破切口底部提高到地坪以上+3.5 m处。
2)优化切口参数,根据有关资料和爆破实践表明:在切口允许的范围内,切口所占比例过大,则留下支撑部分过小,在倾倒过程中容易发生扭转,同时产生不同程度的下坐,容易产生后坐;破切口比例过小,倾倒力矩较小,倾倒速度较慢,倾倒过程中不易产生后坐,倾倒过程中筒体折断现象较晚,倒地后前冲距离远,爆渣堆积长度尺寸较大。结合实际,切口长度取该处烟囱周长的62%,保留支撑区的长度为周长的38%。
图1 爆破环境示意图(单位:m)
3)开设定向窗,为确保设计的保留支撑体不受爆破口区爆破的损伤,提高支撑能力在烟囱倾倒过程中对于设计倾倒中心线的对称性,决定在烟囱倾倒爆破前预先在设计的爆破开口区内两端部预先开凿2个定向窗。定向窗为矩形,高为1 m、宽为0.6m。预先用人工将爆破切口区范围内相应的内衬耐火砖拆除,为了保证上部的稳定性,将该范围内衬拆除成三个圆拱洞,以便支撑上部耐火砖的重量。爆破切口形状、尺寸如图2所示。
3 爆破参数设计
3.1 爆破切口
爆破切口采用梯形组合切口,即切口展开呈梯形。爆破切口高度h取全壁厚δ的2倍,壁厚δ为0.81 m,实取爆破切口高h =1.6 m。切口长度:l =0.62πd =8.13 m,πd为切口处烟囱外周长,πd=13.118 m,实际取l=8.0 m。
图2 爆破切口展开形状及炮眼布置示意图(单位:m)
3.2 孔深、孔距、排距及单孔装药量
炮孔深度:根据工程经验,炮孔深度取为拟爆壁厚的0.75倍,实取孔深0.36~0.38 m,相邻炮排一深一浅,深浅交叉布置,最小抵抗线w=0.25 m;炮孔间距a =0.4 m;炮孔排距b =0.4 m,炮眼按梅花形布置。经计算和预开定向窗试爆后确定单孔药量为q=80 g,总装药量为6.16 kg;炮孔数77个,最大一段药量为2.40 kg。
3.3 起爆器材及网路
采用毫秒电雷管三段微差全串联网路、高能电容式起爆器起爆和2#岩石乳化炸药装药。雷管为1、3、5段毫秒电雷管,每个炮眼装1发雷管,以倾倒中心线为对称分三区,各区间起爆间隔时间分别为50 ms,由爆破切口中心区依序向定向窗对称延时。
4 安全防护
1)烟囱定向倒塌过程中,由于高径比大,重心偏移后,有很大的加速度,触地后会产生很大的振动;落地碎块触地会出现反弹、飞溅现象,而且反弹飞溅的碎块近者可击坏临近设备、建筑物,远者可伤人毁物。加之本烟囱最上部整体倒塌落地时,因惯性作用会有前冲的趋势,产生巨大冲击很可能使受冲击的部位有大块飞石溅出,故需特别注意防止顶部前冲飞溅和烟囱落地反弹可能造成的危害。所以,以设计倾倒中心线为中心,预计在烟囱上半部分着地地段挖松深0.4 m、长30 m、宽10 m的地坪;并在其预计顶端着地处前方构筑一道高2 m、宽1m、长10 m的阻挡沙袋墙。
2)采用金属网和编制袋遮挡爆破切口,防止爆破瞬间爆渣抛出。
5 爆破效果
起爆后烟囱按设计倒塌方向倒塌,烟囱头部被阻挡沙袋墙挡住,触地没有产生任何飞石飞溅,周围建筑物安然无恙,烟囱前倾4 m,后坐近2 m,倒塌宽度大约为直径的2倍。
6 结 语
爆破切口长度决定着烟囱失稳倾覆力矩和保留支撑的能力。该烟囱爆口长取外周长的62%,符合一般工程经验。该烟囱爆后1 s内未见偏倾,至1.5s仅倾斜5°,且未见明显下坐,说明其爆口长度取值基本合理。但是爆口长度也决定着烟囱失稳倾斜加速度及产生的剪力。在同样条件下,爆破切口越长,烟囱倾覆力矩、失稳倾斜及产生的剪力也越大,发生断裂可能越早。该烟囱爆后1.5 s才倾斜5°,其运动加速度及产生的剪力显然不大,但仍已超过了该烟囱的抗剪强度致使断裂发生。因此可以认为,在该烟囱强度条件下,为延迟初期断裂的发生,爆破切口长度取值应可再适量减小。烟囱爆破切口长度的取值在计算倾覆力矩和保留部支撑能力的同时,还必须密切结合烟囱实际强度状况进行修正,在同样条件下,强度低的爆破切口长度应相应减小。
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