摘 要: 介绍了40 m高砖混烟囱的爆破设计与爆破方案,爆破参数确定,运用了爆破施工方法,同时进行爆破安全校核及安全防护措施,从而达到了预期的效果。
关键词: 定向爆破; 爆破拆除; 砖混烟囱
1 工程概况
1. 1 烟囱构造
待拆烟囱为砖混结构,有8的竖筋20根,外壁有0. 03 m厚水泥砂浆保护层,内壁无保护层。该烟囱高40 m,烟囱底部(地坪处)周长9. 8 m,外径为3. 12 m,内径为2. 04 m,地坪以上+0. 75 m处周长9. 7m。该烟囱地坪以上至+2. 9m高度之间,自外向内分别为承重砖壁、耐火砖内衬,厚度分别为0. 4m、0. 11m,隔热间隙厚0. 03m, +2. 9m以上为单层承重墙,厚度为0. 4 m。烟囱东侧地坪处开设一道内高为1. 8 m,内宽为1. 0 m的矩形烟道口。
1. 2 环境条件
待拆除烟囱位于某核电厂现场办公区内,由于现场改造扩建拟爆破拆除。周围环境如图1所示:烟囱正东侧4 m处为修理车间一, 37 m处有高压线;南侧19. 5 m处为修理车间二;西南100 m处为现场办公大楼;西侧为沙滩,西北角有一水塘,地形开阔,有利定向爆破拆除;偏东北方向92. 5 m处为变压器和配电房。两修理车间均待拆除。
图1 拟爆烟囱周围环境示意图(单位:m)
2 爆破拆除方案
2. 1 倾倒方向
从本烟囱坐落的周围环境分布情况看,爆破时要保护东侧37 m处高压线和40 m处宿舍,在烟囱正北侧虽有空地坪可供烟囱倾倒,但考虑到若烟囱朝此方向倒塌,烟囱顶部的高速着地冲击必定引起强力反弹并前冲,从而有可能对正北略偏东处的变压器和配电房造成破坏,所以综合考虑,决定采用定向爆破拆除此烟囱,选择烟囱朝西北水塘方向倾倒。
2. 2 爆破切口
2. 2. 1 爆破切口形状
根据有关资料和以往的工程实例经验[1-2],决定本烟囱爆破采用正梯形爆破切口,如图2所示。
图2 爆破切口展开形状及炮孔布置示意图(单位:m)
2. 2. 2 爆破切口高
由于本烟囱正东侧地坪至+1. 8 m处开设一宽1. 0m的烟道口,若爆破切口定在+1. 8m以上的高标处,虽然可避开烟道口影响定向倒塌的准确性,但增加了施工难度与强度,而且使得预留的支撑体悬臂过高,难以确保烟囱倾倒过程中起到对称支撑作用,所以,经过强度校核,根据结构、质量对称原则,对烟道口进行填补、加固后,将本烟囱爆破切口底部标高定于地坪以上+0. 75 m水平。
2. 2. 3 爆破切口尺寸
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,倾倒过程中筒体折断现象较晚,倒地后前冲距离远,爆渣堆积长度尺寸过大,根据有关资料及结合实际情况,爆破切口外弧长度l取爆破切口所在位置处周长的62%[2],实取l=62%×9. 7m=6. 0m,爆破切口高度h取全壁厚δ的1.5—2倍,取h=2δ=0. 8 m,实际取1. 0 m。
2. 2. 4 开设定向窗
为确保设计的保留支撑体不受爆破切口区爆破的损伤,提高支撑体的支撑能力在烟囱倒塌过程中对于设计的倾倒中心线的对称性,决定在烟囱倾倒前预先在设计的爆破切口区内两端部开凿定向窗,定向窗为三角形,取其底部高为+0. 75 m,宽为0. 8m,高为0. 5 m。
2. 3 爆破参数
2. 3. 1 最小抵抗线w
w=1/2δ=0.5×0.4=0.2 m δ为烟囱壁厚
2. 3. 2 钻孔深度l
根据工程经验,炮孔深度l=2/3δ=2/3×0. 4=0. 27 m,为充分利用炸药爆炸能量对烟囱拱形壁体的均匀破碎作用,在钻凿炮眼时,可使同排相邻炮眼一深一浅(0. 25—0. 27 m),深浅交叉布置。
2. 3. 3 孔距、排距
爆破切口炮眼采用梅花形布置,具体见图2。由a=mw,m取1.5,则a=1. 5×0. 2=0. 3 m,由b
=(0.8—0.9)a,取b=0. 85×0. 3=0. 25 m。
2. 3. 4 排数n
n =h/0.25+1=1.0/0.25+1=5 实取n =52.3.5 爆破切口下边线孔数
n = (6-0.8×2) /0.3+1=15.6 实取n =15
则孔数m=n•n=75 实取m=73
2.3.6 装药量
由于当地炸药品种的限制,炮孔装药采用岩石铵松蜡炸药,根据体积公式,单孔装药量q=kabδ, k为单耗,取2. 5 kg/m3,则q =2 500×0.3×0.25×0.4=75 g
总装药量q=m•q=73×75=5 475 g对爆破切口中心区即掏槽眼采用较大的炸药单耗和孔装药量,最大段起爆药量为1. 35 kg。
表1 爆破切口区爆破参数表
本烟囱定向倾倒控制爆破采用非电毫秒导爆管雷管5个段别孔内微差串联网路,针式激发起爆器,雷管为1、3、5、7、9五个段别非电导爆管雷管起爆,为确保每孔的雷管都起爆,每孔装2发雷管。以倾倒中心线为对称分三区,各区间起爆时间间隔分别为50 ms、50 ms、100 ms、110 ms,由爆破切口中心区依次向定向窗对称延时起爆。
3 爆破施工方法
1)为防止烟囱倾倒时切口余留面迅速压垮而导致后坐,爆前,用人工方法将2. 9m内衬耐火砖全部拆除[3],并利用拆除的耐火砖将烟道口砌堵,以加强其支撑强度,确保倾倒方向的准确性。
2)对定向倒塌方向及中心线,用全站仪认真反复测量,并将其准确定位于烟囱的爆破缺口。
3)炮眼严格按设计对称布置于中心线两侧,并用红油漆标识。
4)钻眼时,钻杆指向烟囱圆心,确保炮眼方向垂直于烟囱表面,确保炮眼深度。
5)装药前要对炮眼进行验孔,清除炮孔内的粉尘等杂物。
6)装药前在预开定向窗处进行试爆,并根据爆破效果进行调整。
4 爆破安全校核及安全措施
4. 1 爆破安全校核[4]
根据以往工程经验,烟囱爆破拆除时应考虑的主要危害效应是爆破振动、落地震动及爆破飞石。根据国内外大量工程实测资料及以往的工程实践经验分析,只要控制得当,这些危害效应就不会对一定范围内人员、建筑和设施造成任何不良影响。
1)爆破振动
由萨道夫斯基公式v=kk′(3q /r)α,式中,q为最大段起爆药量,取1. 35 kg;k、α值是与地形条件有关的系数和衰减系数,分别取150和1.5;k′为控制爆破修正系数,取0.4;r为爆心与建筑物之间的距离,取40 m ;v为地面质点垂直震动速度,cm/s。经计算,爆破引起的振动速度v=0. 28cm/s,因此本次爆破振动不会对周围建筑设施产生任何危害。
2)塌落振动
对于高耸建筑物的爆破塌落震动一般要比其爆破震动大,对周围建筑物的影响也大,所以不可忽视,目前尚无适应各种情况的为大家所公认的准确公式计算,通常采用以往类似工程经验确定。根据中科院工程力学所提供的塌落震动速度公式计算:v′= 0.08(i1/3/r′)1.67,式中, i为触地冲量, i=m′(2gh′)1/2=22.54×106;m′为塌落构件的质量,m′=1.2×106kg;h′为塌落构件的重心落差,h′=18 m;r′为被保护点与构件触地中心的距离, r′=40 m。将数据代入式中得,烟囱倒塌触地在需保护建筑物的震动速度为v′=2. 1 cm/s,再者倾倒方向为沙滩地坪起到天然减震作用,因此建筑物是安全的。
3)爆破飞石
根据以往的工程经验,爆破飞石可由下式计算[5]:r=800w/25,式中,r为个别飞石飞散距离;w为最小抵抗线,取0.2m;则飞石安全距离r=72m。
4. 2 安全措施
1)购置防护板对四周房屋(如:东侧职工宿舍、东北方向变压器、西南方向办公大楼等)窗户加以防护,以防烟囱倒地后瞬间激起的碎石砸破窗户;
2)购置草垫、铁丝网对爆破切口进行覆盖,以防起爆产生的飞石超出安全距离以外;
3)起爆前对半径200 m的范围进行清理并封锁作业场地。
5 爆破效果
通过远距离拍摄的录像资料观察,起爆瞬间,烟尘飞起,烟囱颤动,稳定约2 s后,烟囱开始倾斜并由慢到快向设计方向倒塌,在与地坪夹角40°左右,从烟囱顶部1/4处断裂。倒塌过程中间无扭转、后坐,起爆瞬间及触地时没有产生飞石飞溅,烟囱筒身大部分已解体,周围建筑物安然无恙,从而达到预期的效果。根据爆后测量,爆堆长度达37 m,爆堆最高处约0. 7m,爆堆靠原烟囱底部、顶部处宽分别为5m、9 m。
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