摘 要: 介绍了2座60多米高砖烟囱定向爆破拆除的爆破参数、爆破效果及体会。
关键词: 砖烟囱; 定位窗; 拆除爆破
1 概 况
两座砖烟囱位于鄂州市滨湖大道旁,因道路改造建设需要拆除。其中a烟囱高65 m,四周环境较为复杂,其东北方向,距烟囱壁0.8 m处有6 000 v高压线,东侧为居民区,其中一民房距待爆烟囱仅8.0 m;南侧平房为尽可能保护对象,西面40 m处为马路。b烟囱与a烟囱相距800 m,高68 m,位于a烟囱东南面,环境较好。具体环境见图1、2。两座砖烟囱均为标准红砖水泥砂浆砌成,烟囱顶部都有少许缺口,筒身无裂痕。两烟囱距地面0.5 m处外径尺寸相同,均为5.76 m,a烟囱壁厚1.10 m,b烟囱壁厚1.16 m,两烟囱均无内衬。
2 爆破方案
对于高耸建筑物采用定向爆破施工速度快、成本低,从待拆烟囱的周围环境可以看出,a烟囱西南方向有一块空地,距离约80 m,可供烟囱倾倒。b烟囱东侧的烟道口正好在倾倒方向的爆破缺口内,结合烟囱特征,为有效降低烟囱触地震动等对临近建(构)筑物的有害影响,决定采用a烟囱向西南方定向倒塌,b烟囱向南定向倒塌的爆破方案。
3 爆破设计
(1)缺口形状
为严格控制烟囱的倒塌方向并防止后坐,2座砖烟囱爆破设计均采用正梯形缺口。
(2)缺口弧长l
根据烟囱的结构特征及周边保护对象,均在烟囱底部地面以上0.5 m处开始布孔。缺口弧长为
周长的0.6倍,即l=0.60×3.14×5.76=10.86m。根据以往经验及理论分析,这样的开口长度,足以破坏烟囱的稳定性,重心偏移将导致整个结构失稳。烟囱在自重作用下形成倾覆力矩,迫使烟囱按预定的方向倒塌,并且对防止后坐有利。
(3)缺口高度
对于砖砌水泥砂浆结构的烟囱,爆破缺口高度h0一般达到烟囱壁厚的1.5~3.0倍,即1.35~3.48 m,即可使烟囱在自身的重力下失稳,并形成充分的倾覆力矩,保证顺利倒塌。根据失稳原理,开口高度是底部半径及烟囱质心位置的函数,通过近似计算,一般小开口高度为:hmin=1.5r2/zc=0.48m式中,r为底部半径,m;zc为质心高度,m;取h0=2.0 m,这样足以使烟囱顺利倾倒。
(4)定向窗
人工、机械开凿定向窗,定向窗几何尺寸均为宽1.4 m,高1.4 m。
(5)定位窗
a烟囱人工、机械开凿定位窗,定位窗尺寸为高2.0 m,宽1.0 m,如图3。经过计算,剩余部分完全能够支撑住整个烟囱。b烟囱不开定位窗,在倾倒中心线上选取相临4个炮孔进行试爆,其爆破缺口。
(6)缺口布孔和药量
由于2座烟囱底部结构尺寸基本相同,因此烟囱爆破采用相同的爆破参数,缺口区的炮眼采用矩形方式布孔。a、b两烟囱炮孔参数见表1。
(7)装药方式与起爆网路
每孔内装2发1段导爆管雷管,采取连续柱状装药方式。装药堵塞完毕后,就近约20根导爆管捆成一束,每束用2发瞬发电雷管串联引爆,然后将电雷管串联接入主线,用gm-300起爆仪起爆。2座烟囱同一天不同时起爆,b烟囱先爆。
4 安全校核
4•1 爆破震动安全计算
根据爆区环境,经计算爆破震动对a烟囱东侧民房不会产生危害。另外在烟囱与民房之间有一条沟,可起到减震作用。高耸建筑物的倒塌,必须预防触地震动的危害。建筑物倒塌冲击地面引起的震动与被爆体的质量、刚度、重心高度和触地点土层条件等有关,可由下式近似计算:
vc=0.08×(i1/3/r)1.67
式中:vc为爆破坍塌物触地引起的地表振动速度,
cm/s;r为坍塌物重心触地点距建筑物的距离,m;i为坍塌物触地冲量:i = m(2gh)1/2,m为坍塌物的质量,kg;g为重力加速度;h为爆破坍塌建筑物重心落差,m。可算出民房的地表振动速度为:vc=2.24cm/s,该值小于民房的允许振动速度,因此烟囱倒塌的触地振动不会对民房造成危害。
4•2 飞石防护
爆破飞石的飞散距离是划定爆破安全警戒范围和确定防护等级的主要依据。对拆除爆破飞石的飞散距离,目前尚无成熟的计算公式,大连理工大学的李守臣通过对几十例拆除爆破工程产生的飞石数据进行回归分析,得到无覆盖条件下飞石距离与单位炸药用量之间的关系:lf=70k0.53式中,lf为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距离,m;k为拆除爆破单位用药量,kg/m3。本次爆破实际单位用药量为0.9 kg;计算得lf=66.20m。可见,本次爆破必须对飞石采取防护措施。具体做法是:近体防护,即用竹跳板扎成竹排,斜靠在烟囱爆破部位,并在竹排外挂帆布。
5 试 爆
爆破前,在b烟囱倾倒方向选择4个炮孔进行试爆。试爆炮孔装药400 g,爆后发现试爆处烟囱壁完全爆开,飞石约10 m,四周6孔被破坏,烟囱顶部出现少量碎片,经过分析,最后决定炮孔装药为:底部3排单孔装400 g,上部2排单孔装药300 g。单座烟囱总装药量为:400g×30+300g×20=18kg,低于设计药量,在安全范围内。
6 安全措施
为了确保爆破安全,采取下列安全防护措施:
(1)a烟囱爆破时,切断东北方向6 000 v高压线;
(2)爆破施工时严禁无关人员在现场围观,爆破施工人员要配带标志;
(3)加强警戒。在爆区以外100 m处设置警戒,爆后由有关人员进行检查,确认安全后发出解除警戒信号。
7 爆破效果及体会
b烟囱起爆后,烟囱站立约2 s后开始倾斜,在烟囱倾倒约25°时,烟囱开始解体,但整个烟囱还是按预定设计方向倾倒,整个倾倒过程历时约5 s,经爆后测量,烟囱倒塌长度约48 m,爆堆比较集中,烟囱完全解体;a烟囱起爆后,烟囱站立约2 s后开始倾斜,当烟囱向设计方向倾斜约30°时,烟囱明显折断成3节,整个烟囱倒塌历时约6 s。经爆后测量,倒塌长度约45 m,爆堆比较集中,烟囱完全解体,需保护的房屋无任何损坏。2座烟囱基本无后坐现象,高压线等安然无恙,爆破取得满意效果。本次爆破拆除工程后有如下体会:
(1)本次爆破,b烟囱的试爆为确定2座烟囱最终的单孔药量提供了依据;
(2)在复杂环境下爆破烟囱,定位窗的开凿不仅可以防止炮孔的夹制现象,而且还可以减少炮孔数,降低总起爆药量;
(3)通过多例烟囱爆破观察,爆破切口形成瞬间,切口上部砖体均出现下塌现象,形成比设计要大得多的切口,所以爆破切口高度取1.5~2.0倍壁厚已足够;
(4)本次爆破进一步说明,砖烟囱倾倒的运动过程与钢筋混凝土烟囱明显不同,其坍塌后倾距离往往小于其高度,所以在确定坍塌范围时,应考虑这个问题;
(5)炸药单耗不宜过大,应通过试爆来确定,通常情况将单耗控制在700~1 200 g/m3为宜。
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