摘要:位于市区30多米高的孤立山包上,一座有两层内衬的53 m高的砖烟囱,其最上部有3 m已出现破裂偏斜。应用烟囱定向倾倒控制爆破技术,设计选取了合理的倾倒方向,并对最里层保温层和内衬进行了预拆除。采取了开设定向窗、烟囱外壁和中间内衬同网起爆的技术方案。共用58发瞬发电雷管,总装2号岩石硝铵炸药2 475 g,一次起爆成功。
关键词:控制爆破;定向倒塌;砖砌烟囱
1 烟囱周边环境
益阳市原火电厂烟囱位于资江南岸市中心区风景点裴公亭北侧的小山包上,小山包高出地面30多m,烟囱高53 m,早已废弃。市城建局决定在第一届竹文化节召开前夕将其拆除。小山包位于市中心区,山脚挖得很陡。东面和南面密布宿舍楼和仓库,北面是资江,西面是茂密的树林。烟囱脚下面北方向5~6 m有一个水池。烟囱东面自山脚而上有一烟囱通道与烟囱连通(见图1)。
2 烟囱结构
烟囱距地面1•0 m处外径3•67 m,周长11•54 m。烟囱断面从外及内的组成:外壁厚50 cm,红砖砌筑;第一保温层厚6 cm;第一层内衬厚24 cm,耐火砖砌成;第二保温层厚6 cm;第二层内衬厚12 cm。两层保温层中填筑颗粒状保温材料,但已粘结成块很牢固。外壁、保温层、内衬层共厚98 cm,烟囱内径171 cm。烟囱顶部外径98 cm,壁厚24 cm,内径50cm,体积约234 m3。
烟囱于1956年用75号红砖浆砌成,从顶部往下3•0 m处。有一条环向裂缝,使顶部向北明显偏斜。
3 定向倒塌方向选择
3•1 倒塌方向选择
小山包东面、南面有宿舍和仓库,不能选为倒塌方向。北面是资江,虽无建筑物,但废砖滚入河
中影响航运且清除困难。通常,高大建筑物倒塌后的纵向抛距是其高度的1•0~1•2倍,爆堆横向宽度是外径的2~3倍。山包西面是山地,符合这一条件。夏季江边多东南风,风向和倒塌方向基本一致,所以确定烟囱向西定向倾倒。
3•2 倒塌问题分析
烟囱顶部在倒塌摇晃过程中可能掉入资江中。但因顶部砖数量少,危害不大。倒塌解体后的钢筋砼圈梁及砖团块可能沿山凹滚下,但山凹中有两级水平台阶缓冲和树林的阻拦,估计砸坏仓库的可能性较小。
4 爆破参数的选择
4•1 爆破开口型式
为放样施工简单,减小后坐,选择平型开口。
4•2 爆破定向窗
爆破开口两端设定向窗,能终止爆破多余能量向开口两翼扩散,确保建筑物的准确倒塌。选择定向窗高1•5 m、上宽0•5m、下宽0•3 m,爆破前人工凿成。
4•3 爆破开口高度
依据失稳原理,烟囱倒塌时其重心必落到烟囱外壁最外侧点之外,烟囱倾斜必超过一定的角度,所以一定要有足够的开口高度。开口高度大一点,可防止倒塌过程中出现偏转。本次爆破取开口高度1•5 m,为外壁厚的3倍,整个壁厚的1•53倍。
4•4 开口宽度及开口率
开口率太大,向后坐塌量大。本次爆破向前倒塌场地较长,向前冲的安全问题较小,但要防止后坐塌量大,砖团、砼圈梁沿烟道滚下山,砸坏宿舍楼,故选择了较小开口率,开口宽度6•50 m(含定向窗宽度),开口率为周长的56•3%。
4•5 外壁层炮孔布置
一般烟囱没有内衬或只有1层内衬,本烟囱有2层内衬,对此特殊结构的烟囱采取的措施
将第2层内衬(厚12 cm)用人工凿除,第1层内衬爆破拆除,从烟囱筒体内钻孔,与外壁层同时起爆。最小抵抗线w:取w=23δ=34 cm。孔深l0:钻孔方向垂直于外壁层,孔深l0=w=34 cm。38个孔累计孔深12•9 m。孔距a,排距b:取a=b=50 cm。孔径:38~40 mm。
4•6 内衬层炮孔布置
对内衬层处理措施如下:将第2层保温层和第2内衬层用人工凿除。将第1层保温层和第1层内衬层在靠近定向窗的部分也用人工凿除,只留下倒塌中心两侧各1•5 m宽,合计宽3•0 m,布孔爆破拆除。
①最小抵抗线:w=16 cm。
②孔深:l=16 cm,20孔累计深3•2 m。
③布孔3排:排距b取30 cm。内衬的顶排药孔与外壁层顶排药孔基本对齐。
④孔距为25~40 cm不等,每排6~7个孔,共计20个孔。
4•7 装药量
①面积系数、体积系数同时使用的装药量q = f(q1a+ q2v) (1)
式中:q—单孔装药量,g; f—炮眼所处位置临空面情况的系数,即炮眼定位系数,两面临
空f=1•0; a—爆破体被爆裂的剪切面积,m2,a=b•w=0•17 m2,b—壁厚; v—爆破体积,m3,v=a•b•b=0•125 m3; q1—单位剪切面积耗药量(面积系数),g/m2,查表得浆砌体q1=(35~45)/w,取q1=132 g/m2; q2—体积系数,即单位爆破体耗药量,查表得δ=50 cm砖砌体,q2=100 g/m3。代入(1)式,算得q=35 g。
②只用体积公式的装药量
q = abbk (2)
式中,孔距a=0•5 m,排距b=0•5 m; k—单位体积用药量,查表知壁厚50 cm浆砌体k=800~950 g/m3,取800 g/m3。代入(2)式计算得:q=100 g。
③药量调整
用两种公式计算出来的药量有差距,并依据现实因素作了调整。一排二排临近地面,飞石受地面约束,不会太远,所以全装药75 g,中间一孔装药100 g。三四排孔限制装药50 g,个别孔孔距排距偏斜的,适量加大到75 g或减少到25 g。38孔共装药2 475 g,平均单位体积耗药量733 g/m3,每孔平均装药65 g。
④内衬层炮孔装药
内衬层炮孔装药量因其在烟囱筒体内爆破,碎石飞不出外界,装药量偏大,每孔装37•5 g,20个孔,共装药750 g,平均单位体积耗药量为1 736 g/m3。
4•8 电爆网路敷设
本次爆破使用抚顺474厂生产的8号瞬发电雷管,去掉1•0 m脚线,电阻全在2•0ω左右,质量好,敷设单网路。外壁层38发电雷管,内衬层20发电雷管,合计58发,大串通,2×16/0•15电线作母线,100多米母线电阻80ω,总电阻200ω,用1 600 v脉冲起爆器起爆。
5 防护
拆除爆破中的“防护原理”是对“等能原理”难以控制的补充措施。爆破效果的影响因素错综复杂,爆破的防护任何时候都不能缺少。这次爆破在小山包上,笔者做了如下的防护工作:
①用楠竹、树条搭成高3•5 m,宽6•0 m的骨架向南倾斜,与地面夹角75°,骨架上铺竹跳板,安放在烟囱南侧,防止碎石向南飞。
②在烟囱外壁捆扎铁丝,在炮眼处悬挂2~4层浸湿了的草袋。
6 爆破效果
爆破倒塌方向比设计倒塌方向向南偏斜5°左右。倒塌长度50 m,向后坐塌4•5~5•0 m,但没有砖团滚下山脚。倒塌后70%砖头沿浆砌缝破裂,完整率高,钢筋砼圈梁都已破裂,爆堆宽度不到烟囱外径的2倍。烟囱顶部向外倾斜部分还是随主体共同倒下,但顶部仍然向北倾斜倒地。倒下的两个圈梁圆环和两三个砖块团向仓库1和仓库5方向滚下4~5 m,未接触到仓库。烟囱脚下西北方向的水池中未落入砖块,水池完好无损。竹夹板防护拦没有被冲倒,防护拦后无飞石。从起爆到烟囱倒地约3~4 s,声音小,尘埃少,爆破达到了设计效果。
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