摘要:较详细地介绍了广州恒运电厂100 m高钢筋混凝土烟囱的定向爆破设计与施工,并对爆破过程中的支座破坏及爆破效果进行了分析,对如何确保高烟囱准确定向提出了自己的看法,对于类似工程的设计与施工具有一定的参考价值。
关键词:烟囱;定向;爆破拆除
1 工程概况
恒运热电厂钢筋混凝土烟囱建于1988年,无腐蚀破裂现象,整体性好。烟囱高100 m,底部±0•00 m标高处,外直径8•81 m,+2•80 m标高以下钢筋混凝土壁厚40 cm。+2•8~+17•50 m段壁厚35 cm,空气隔热层厚8 cm,耐火砖内衬厚24 cm。顶部上口外直径3•3 m,钢筋混凝土壁厚16 cm,内衬厚12 cm。在±0•00 m处有东西向对称的2个出灰口,尺寸均为140 cm×200 cm;在±4•20 m标高上东西向对称两个烟道口,尺寸分别为220 cm×260 cm,160 cm×200 cm。+2•80~+3•65 m标高为出灰平台,有4条水平梁,梁断面为40 cm×85 cm,内含1个出灰漏斗。
沿纵向在+2•80 m、+17•50 m、+30•00 m处,设有牛腿,支撑耐火砖内衬,以后每隔10m设有1条牛腿,耐火砖内衬坐在其上。烟囱下部结构如图1所示。
图1 烟囱下部结构示意图(单位:mm)
布筋状况:+2•80 m以下双层钢筋网。外层网的竖筋20 mm@200,环筋12 mm@100;内层
网的竖筋12 mm@150,环筋12 mm@150。+2•80以上是单面钢筋网,竖筋20 mm@200,环筋16 mm@100。该烟囱位于拆除区中部偏南,其北侧为待拆除的汽机间和锅炉房,南为干煤棚,东西各40 m的建筑物为本次拆除范围,烟囱周围环境如图2所示。要求在电厂正常运转,保证人员及邻近建筑物及设施安全的前提下将其爆倒并解体外运。
2 爆破方案选择
烟囱正北面范围宽阔,距离主控楼110 m,有全高一次定向倒塌的场地,且烟囱整体性好,所以
拟采用安全、快速的底部爆开切口,一次定向爆破倒塌方案。设计倒塌方向为正北,倒塌方向中心线垂直于汽机间和锅炉房的长轴方向。烟囱定向倒塌后,用液压破碎机进行破碎解体,用挖掘机将碎渣装车运走。
3 爆破技术设计
3•1 爆破切口
爆破切口形状为正梯形。爆破切口角度为230°,则爆破切口尺寸为:爆破切口底长l=17•6 m;保留支撑部位长s=10•0 m;梯形底角α=51°;爆破切口顶长l′=15•20 m;切口高度h=2•90 m;爆破切口底线位置在标高+0•5 m处,其形状和尺寸如图3所示。
3•2 定向窗口
在爆破切口两侧预设两个梯形定向窗。其尺寸为:上底宽2•3 m,下底宽3•50 m,高2•9 m。
在爆破梯形切口正中心预开宽2•6 m、高2•9 m的窗口。因此,扣除窗宽度,在切口内爆破部分宽度为8 m。经验算不影响烟囱的稳定性。
3•3 爆破参数
在爆破切口范围内布设水平炮眼,炮眼与囱壁垂直。炮眼呈排布设,相邻两排炮眼交错布
图2 烟囱周围环境(单位:m)
图3 爆破切口形状尺寸示意图(单位:m)
在+2•80标高下,壁厚为40 cm,炮眼深度l=25 cm,炮眼间距a=30 cm,排距b=30cm,共11排炮眼。每排炮眼26个,共计286个。第4、5排炮眼,因壁厚增加,故炮眼深度要增加5~10 cm,即l=30 cm和35 cm。单孔装药量q=habk,上式中h为壁厚,h=0•4 m;k为炸药单耗,k=2•0 kg/m3,则计算得q=0•072 kg,取q=75 g。第4、5排炮眼因壁厚加大,需增大药量。经计算,第4排每孔要增加50 g炸药,即单孔药量q=125 g,第5排每孔药量增加25 g,即单孔药量q=100 g。炮孔总数为286个,总装药量q=23 400 g,即23•4kg。炮孔布置如图4所示。
3•4 起爆方法
孔内安装非电毫秒雷管,每排用塑料三通串联成一个小闭合回路,再将11排炮孔的11个小闭合回路用三通串成一个大循环回路,保证了网路双保险,可靠性更高。从大循环闭合回路两端引出2根非电导爆管,用2发串联电雷管引爆。考虑到炸药总量少,爆破震动不致影响到邻近建筑物,采取同段起爆。
4 施工
施爆前按设计标出倒塌中心线、爆破切口周边线及各炮眼位,并将烟囱内可能影响倒塌的
出灰漏斗和倒塌方向的出灰平台预先拆除。
图4 炮孔布置示意图
按设计眼位打眼,每个炮眼要进行验收,如遇钢筋可移眼位,但移距不得超过5 cm。定向窗口用爆破方法开凿,风镐修边,并割除钢筋,要保证两窗口的对称性。开完定向窗口,炮眼验收合格之后,进行装药联线和爆破。在开窗口时进行试爆,以观察钢筋混凝土的破碎状况,以便确定
装药量是否需要调整。试爆位置在倒塌中心线处,用3列3排9个炮眼。在保留部位,烟囱外侧,沿+0•80 m高程,对称倒塌中心线的左右两侧用风镐开凿一条总长4 m的水平缝,露出钢筋,将竖筋切断,以减少烟囱倒塌时受拉筋的数目。在爆破部位,烟囱外侧,沿+0•8 m高程全部凿出一条水平缝,露出钢筋,全部切断。在锅炉间和汽机间爆倒以后,以爆破松渣作为烟囱倒塌的缓冲层,同时保留主控楼,这样烟囱主体是逐渐倒在锅炉间和汽机间的碎渣堆上,可以减少因囱体着地产生的碎石飞块,保留主控楼可以阻挡碎石向正北方向飞溅。
5 爆破安全
5•1 爆破振动分析
按常用的垂直振动速度计算公式,结合实测拆除爆破振速衰减规律进行计算:
v = k′•k(q1/3/r)α
式中,v—垂直震动速度,cm/s;k、α—与地形、地质因素有关的系数和指数,这里取k=
150,α=1•6;k′—拆除爆破衰减系数,这里取k′=1/3;q—单段最大药量,kg;r—测点到爆源中心的距离,m。在烟囱爆破时,q=23•4 kg,东西两面离烟囱最近点建筑物至少45 m,即r=45 m,那么v=0•61 cm/s根据《爆破安全规程》(gb6722-86)的规定,电厂厂内钢筋混凝土框架结构类型建筑物允许的安全震速为5 cm/s,而爆破引起的震速仅为0•61 cm/s,可以保证周围建筑物不受影响。
5•2 个别飞石危害
经过合理的设计,保证堵塞长度和堵塞密实,控制炮孔炸药量并按设计进行埋放,另外在爆破体部位用两层竹笆进行防护,飞石距离可以控制在10 m内,不会造成危害。
5•3 爆破空气冲击波及噪音危害
本次烟囱爆破是多点分散装药,每个炮孔仅75 g炸药,并且有炮泥的严密堵塞,还有防护体对空气冲击波和噪音的阻挡,根据以往的施工实践,不会造成危害。
6 爆破效果及分析
(1) 100 m烟囱着地振动往往比爆破振动大,本次爆破利用正在倒塌的厂房作烟囱的冲击对象,测试结果是:烟囱头部着地振动3•6 cm/s,比烟囱爆破振动0•61 cm/s大5倍。测点布置线平行烟囱倒塌中心线56 m,但离烟囱头部着地点不到10 m的主控楼未见任何开裂,按推算该处的振动速度应在20 cm/s以上,由于主控楼完好无损,厂方决定暂不拆,留作它用。
(2)烟囱起爆后,在倒塌过程中(约15°时),后支座发生不对称剪切破坏,后支座东南侧先受压剪切破坏,并稍微后座。分析可能是当天刮西北风的风载偏心所致。
(3)起爆后初始段倒向准确平稳,虽在稍后的后支座不对称剪切破坏,造成烟囱筒体扭转,但定向准确性不受影响,烟囱还是准确倒在倒塌中心线上。由此可见,确保烟囱起爆后初始阶段支座不破坏,是准确定向的关键。
(4)烟囱顶部的铁件在倒塌过程中被甩出,落地点远离烟囱头部12 m。雷电击中非电导爆管事故
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