摘 要:某烟囱高25 m,系砖结构。为适应城市改造的需要,对该烟囱用爆破法进行了拆除。鉴于该烟囱周围场地较开阔,故采用在其下部爆破矩形切口的定向倒塌拆除方案。文中介绍了爆破参数的设计及安全防护措施。
关键词:烟囱;定向爆破;爆破参数;安全措施
石家庄市卫生学校有一烟囱需拆除。该烟囱系圆筒型砖结构,高25 m,底面直径为3.25 m,壁厚0.37 m,内衬0.24 m,内衬和烟囱内壁之间有3~5cm宽的空隙,空隙中填有耐火泥。该烟囱有3层圈梁。烟道在西面,高1.8 m,宽1.6 m。烟囱东侧为开阔场地,南侧8 m处有学生宿舍,西侧6 m处有食堂,北侧20 m存留一排临时建筑。烟囱附近无地下管道和电缆,施工环境较好。根据场地条件和甲方要求,烟囱宜向东倾倒。
1 爆破设计
1.1 倒塌方向的确定
烟囱定向倒塌的方位是根据其高度和周围建筑物的分布情况确定的。烟囱定向倒塌后,其垂直轴线oo′应与地面上设定的倒塌方位线bb′重合。烟囱外壁上的b点即炮孔布置中线上的点,在施工中必须首先定位。其常用定位方法有3种,一是用经纬仪定位b点;二是延长预定倒塌中心线定位b点;三是从b′点引两条线b′c和b′a与烟囱外弧相切,取ac弧的中点即可得到b点(见图1)。烟囱爆破倒塌后的堆体长度和宽度是爆破时需要考虑的主要问题之一。一般说来,砖混结构烟囱的顶部有较坚固的帽子时,易产生前冲;钢筋混凝土烟囱不易产生前冲。倒塌的水平距离自烟囱中心算起,通常为其高度的1.0~1.2倍,垂直于倒塌中心线的横向宽度为烟囱爆破部位外径的2~3倍。
1.2 爆破切口形状选择
常用的爆破切口形式有矩形、梯形、人字型和两翼型等,一般说来,烟囱和水塔的倾倒方向与切口形状无关,只要设计和施工正确,无论哪一种形状都能保证按预定方向准确倒塌。然而,切口形状不同,对施工和倒塌的形式却有所影响。相对而言,矩形切口的钻孔和防护等工作都较方便。且矩形切口高度较小,倾倒时一般无后座现象。本工程的现场较开阔,故采用矩形爆破切口。
(1)爆破切口的长度。工程施工中无论采用哪种切口形式,一般都在待爆物周长的2/3~3/5范围内布置炮孔
(2)缺口高度。缺口高度越高,越能保证倾倒。但是,缺口高度越高,工作量越大,防护越困难,对安全也不利。由结构力学可知,烟囱的倾倒与烟囱的重心位置及细长比(h/φ)有关(见图2)。从静力极限平衡条件来看,其重心g需要移到g′处,使重心在水平上超出底部支撑面,即gg′≥r。烟囱的重心位置一般在其高度的1/3~2/5处,烟囱细长比多在7~11之间。从倾斜力矩考虑,缺口的高度是底部半径(爆破开口处)的函数h=( 1/5~ 1/8)r。同时,还应考虑壁厚的影响。为使缺口处的爆破碎块充分抛出,根据实际经验,可按壁厚的1.5~2倍验算。为容纳爆破碎块,缺口位置不应太低,一般最底一排炮孔应高出地面0.8~1 m。为避开烟囱底部进烟道、出灰口、圈梁等结构的影响,爆破缺口高出自然地面2 m。+2.00 m处烟囱周长c=9.42 m,其半径r=1.5 m。本烟囱外壁强度一般,缺口长度按l = (2/3~3/5)c,取6 m。缺口高度,结合以往的实践经验,为确保烟囱顺利倒塌,而按壁厚1.5~2倍计算,取h=0.6 m。
1.3 爆破参数
圆筒形烟筒和水塔的爆破缺口部分,应视为一个拱形构筑物。若以药包中心的连线为分界线,则药包爆炸时产生的应力波使构筑物的内侧受压,外侧受拉,如图3所示。而砖砌体或混凝土的抗拉强度远远小于其抗压强度,因此,炮孔深度要慎重选择。孔的深度太浅,装药靠近外表,爆破时抛掷明显,会有大量飞石扩散。炮孔超过一定深度,不满足最小抵抗线要求,又难于形成理想的缺口。
(1)孔网参数。筒壁厚度δ是影响爆破参数的主要因素。此外,还应考虑材质、爆破缺口部位直径的大小、内衬等。确定钻孔深度时,应估计装药和堵塞的长度。最小抵抗线w=1/2δ,取0.19 m。炮孔深度l=(0.67~0.7)δ,取0.25 m。炮孔间距a=(0.8~1)l,取0.2 m。炮孔排距b≤a,此处取0.2m。炮孔直径为40 mm。
(2)单孔装药量。利用2#岩石硝铵炸药,单孔装药量按q = qabδ计算,参考有关资料,对本工程的砖结构烟囱,取q=200 g/m3,按上式计算得q=29.6 g,取为30 g。
(3)炮孔布置。布置4排炮孔,在预定的倾倒方向两侧按梅花形对称布置。
(4)内衬。爆破施工中,常要求内衬和外壁同时爆破,以确保烟囱倒塌。内衬破坏长度为其周长的一半即可。在本工程中,对内衬爆破的参数是:孔深0.2 m,孔间距0.2 m,排距0.2 m,单孔装药量20g,共布置3排孔,爆破段占内周长一半。正方形布孔,从内向外钻眼。孔数60个,总药量1200 g。
2 爆破防护措施
为重点保护南侧学生宿舍,对倾倒中心以南的炮孔酌情减少药量(25 g/孔),对倾倒线以北的炮孔增加药量(35 g/孔)。倾倒中心线两侧各2 m范围内炮孔用瞬发雷管起爆,其余部分的炮孔和内衬上的炮孔用ms1段延时雷管起爆。为确保可靠起爆,布设电雷管和非电雷管两套起爆系统。为防爆破飞石,在烟囱外用φ6 mm钢筋扎上两层草袋及橡胶带;在烟囱倾倒方向的混凝土地面上铺设10 cm厚的土渣缓冲层。
3 爆破拆除效果
起爆后约1 s烟囱开始缓慢倾斜。约2 s后整体偏斜15°,上部圈梁处出现裂缝,且裂缝随倾倒速度的加快逐渐显著,最后整个烟囱呈3折倒向地面。烟囱倒塌在东偏北约5°的方向,爆堆长约30 m,宽约7 m,烟囱全部解体,碎块最远飞散20 m。本工程达到了预计目的。爆破缺口的偏置装药对倾倒方向有一定影响。内衬爆破对保证倾倒方向和加快倾倒速度很有帮助。撞击碎块的飞散与地面硬度有关,所以,在坚硬地面上必须铺设较厚的土壤或炉渣,以加强缓冲。
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