摘 要:介绍了一60 m高砖砌烟囱拆除爆破时爆破参数的选取,以及控制后坐的措施。实践证明:用控制爆破方法,选择合理的爆破参数,完全可以控制烟囱在倾倒时的后坐问题。为在复杂环境下对高耸构筑物实施无后坐定向爆破提供了类比资料。
关键词:烟囱;爆破拆除;无后坐
1 工程概况
湘潭市郊区某砖厂一烟囱建于1984年,属砖砌圆筒结构。烟囱高60 m,底部外直径4.5 m,壁厚0.6 m,内衬0.12 m,内衬与壁体内侧的空隙为0.1m。烟囱从地面水平向上2.5 m高度处有一高0.3m的圈梁,烟囱上无明显裂隙,整体性较好。烟道位于烟囱的南侧,烟囱进烟口高度为2 m,宽度为1.5m。掏灰口在西北部位,宽0.5 m,高0.6 m。烟囱南侧30 m为老107国道,西边55 m处为4层砖砌住宅楼,北边为开挖的施工广场,10 m处为一架空高压线,90 m范围内无其它保护对象,东侧33 m处为民房,西南侧25 m处有一座两层楼房和变电间。爆破环境如图1所示。甲方要求在爆破时不影响107国道的通行,对周围建筑物不能有影响。
图1 爆破环境示意图
1—4层住宅楼 2—民房 3—变电间 4—待拆除烟囱
2 爆破方案的确定
根据烟囱的爆破作业环境,烟囱的北面场地开阔,可以利用场地长度为90 m,宽度为30 m。根据公式(1)、(2)可以预计烟囱倒地后的堆积范围。
l =1.2h (1)
b =2.5d (2)
式中:l———烟囱倒地后的长度,m;
b———烟囱倒地后的宽度,m;
h———烟囱高度,m;
d———烟囱的最大直径,m。
代入相关数据计算得出烟囱倒地后长度为72m,宽度为11.25 m。北面的场地满足烟囱定向倒塌的要求。定向倾倒与原地坍塌及折叠爆破相比,技术难度相对较低,风险较小,在场地条件许可时,应为首选方案,所以选择烟囱向北定向倾倒。中线与烟道的中线对应,以避免定位不准。虽然本工程对烟囱后坐没有严格要求,但考虑为今后在复杂条件下控制后坐提供资料,在设计时采取了严格控制后坐的措施。该烟囱底部2.5 m范围内为砖砌体,结构单一,缺口最上一排炮眼离圈梁的距离在0.2m以上,烟囱倾倒时,即使不破坏,对烟囱的倾倒方向亦无影响。2.5 m处的圈梁对烟囱的定向倾倒不起作用,考虑到施工方便,确定在底部开缺口。所以该烟囱的爆破方案为底部开口无后坐定向爆破向北倾倒。
3 缺口设计
(1)爆破缺口形式。矩形缺口开口高度相对较小,实践证明这种缺口形式对控制后坐是最有利的,施工也方便,所以将缺口设计为矩形。
(2)爆破缺口长度。通常烟囱爆破都是在其周长的1/2~2/3范围内布孔,据有关资料和多次爆破实践表明,布孔长度应占烟囱周长的0.5~0.6。如果缺口所占比例过大,则会使留下的支撑部分过小,容易使烟囱倾倒方向产生偏差,同时会产生不同程度的后坐,也增加了工作量。为了严格控制后坐,必须对留下的支撑部分的强度进行校核,以保证在烟囱倾倒的全过程中支撑部分不被上部烟囱的重量压跨。经计算得烟囱留下的支撑部位的长度l0≥5.4m,取1.1倍的安全系数,用公式(3)计算烟囱的缺口长度l0。
l =πd-1.1l0(3)
式中d为烟囱开口处的直径,代入数据计算得l=8.19 m,为施工方便,取为8.2 m。再用下式计算缺口长度系数k。
k =lπd(4)
计算得k=0.58,在0.5~0.6之间,是合理的。
(3)爆破缺口高度。爆破缺口高度越大越能保证烟囱倾倒,但开口工作量也越大,防护困难,对安全不利。文献认为对于砖砌烟囱,爆破缺口高度为壁体厚度的1.5~2.0倍,也有文献认为爆破缺口高度h与壁厚无关,而用下式计算:
h =r6.4(5)
r为爆破缺口处的半径。在考虑缺口闭合时受到动载冲击而发生了部分破坏的基础上,认为缺口高度可按(6)式计算。h≥5πr36(6)
笔者认为(6)式反应了烟囱爆破时缺口的闭合行为,与实际更为吻合;公式(5)计算值偏小,应考虑安全系数,本设计用(6)式计算得到h≥0.98 m,为保证烟囱的顺利倾倒,取h=1.2 m。
4 预处理
为了减小放倒烟囱时同时起爆的炸药量,保证烟囱的定向倾倒效果,有效控制烟囱在倾倒时的后坐,有必要对烟囱进行预处理。因为烟囱内衬厚度小,壁体厚度大,内衬对倾倒方向没有影响。考虑到最外边的炮孔爆破时破坏范围要向外扩大0.5~1.0倍的炮孔间距,对留下的支撑部位会造成破坏或一定程度的损伤,进而引起一定程度的后坐。为了解决这一问题,在缺口的边缘开设两个定向窗口。窗口宽度为0.8 m,高度为1.2 m。窗口用放小炮辅以人工处理形成,最边上一排炮眼离缺口边缘的距离为20 cm,药量为正常药量的3/5。
5 爆破参数设计
最小抵抗线w=0.5δ;炮眼深度lp=2/3δ;炮孔间距a=1.5w;炮孔排距b=0.85a;装药排数n=h/(b+1);每排炮孔数m=1/(a+1);单孔装药量q0用体积公式计算,单耗在试爆窗口的基础上确定为0.8 kg/m3。将烟囱的数据代入可计算得出附表的结果,炮眼布置见图2。
图2 爆破缺口及炮眼布置图
a—定向窗 1,3,5—雷管段数
6 起爆网路设计
定向窗的开设也有利于为壁体的爆破提供自由面,烟囱的定向效果主要取决于缺口范围内的砖砌体能否被爆破彻底破坏,以及缺口的形成过程是否严格关于中线对称。充分利用定向窗所提供的自由面以及采用微差爆破有利于实现壁体的彻底破坏,要满足第二个条件必须使中线两侧的壁体对称同时破坏,因此起爆顺序为从两侧的定向窗开始向中线起爆。各部分的准确起爆对保证烟囱的准确定向起着关键作用,为提高网路的可靠性,决定用1,3,5段导爆管雷管实施孔内延时起爆,与炮孔联系的导爆管每10~15根分为一组,一共有6组,每组用两发1段非电雷管起爆,再将每组引出的导爆管的一根导爆管(共6根)组成一小组,其余6根组成另一小组,再分别用2发检测后的电雷管起爆每一小组,4发电雷管串联。这样只要有一发电雷管爆炸,所有的导爆管都会被激发,网路的可靠性大大提高。
7 安全防护及效果
因为总的起爆药量较小,周围建筑物较远,冲击波和震动的影响可以不考虑,飞石采用两层麻袋悬挂加竹夹板进行防护,防护重点是西侧与东侧。2000年10月8日下午3∶30分准时起爆,随着一声沉闷的爆炸声,约1 s后烟囱开始倾斜,大约3 s时烟囱在高约1/3处折断,大约4 s时在上部的一段烟囱倾倒过程中再次折断,在整个过程中烟囱始终没有后坐,支撑部分壁体完好,倒向准确。
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