摘 要 介绍了高砖结构烟囱定向控制爆破拆除的成功经验。着重介绍了爆破切口形状与尺寸、爆破参数、起爆网络、安全技术措施及爆破效果等。
关键词 烟囱 砖结构 定向爆破 爆破安全
1 工程概况
1.1 爆区周围环境
拟爆烟囱位于某民营科技工业园内,东面14 m为厂房,8 m为高压线;南面5 m为高压线,20 m处为厂房;东南方向17 m为配电房;西面10 m为厂房;西北15 m为住宿楼;北边100 m处为民房。爆破周围环境如图1所示。
图1 爆区环境
1.2 烟囱尺寸
等爆烟囱为砖结构,烟囱高h=60 m,底部外直径6 m,壁厚0.5 m,筒体由外壁和内衬组成,内衬为12 cm的耐火砖。烟囱总质量为7.0×106kg,重心在24 m处,东南有1个烟道,目前已用砖封闭,在烟道上方自下而上有1条可观察到的细微的裂缝。
2 爆破拆除方案
建筑群中爆破拆除烟囱的技术关键在于倾倒的定向性,倾倒过程中烟囱上部的稳定性和解体渣堆范围的准确性。根据被拆除建筑物的结构特点和烟囱的周围条件,采用定向倾倒爆破方案,倾倒方向为正北,如图1所示。
3 爆破参数设计[1,2,3]
3.1 定向倒塌方位的确定
定向方向的准确性直接影响着烟囱爆破的成败,为了保证烟囱按照原设计的方向倒塌,必须使烟囱的轴线与地面上设计的倾倒方位线重合,由于本工程倒塌范围较小,而烟囱上有裂缝,因此准确定位至关重要。为了保证其准确可靠,采用测量仪器按设计的倾倒方向在烟囱上准确标出切口的中心线,然后画出切口边线和定位窗位置,力求准确无误。
3.2 爆破切口设计
3.2.1 切口形状
由于砖烟囱的抗剪能力差,起爆后倾倒速度快,根据烟囱的实际情况,确定爆破切口为正梯形。梯形缺口除施工方便外,还有利于提高烟囱的支撑能力和定向准确度。
3.2.2 切口长度
切口角度直接决定切口的展开长度,切口长度决定了倾覆力矩的大小,切口偏长,倾覆力矩偏大,根据余留部分的力学分析和安全校核,并结合类似烟囱拆除经验,切口圆心角取230°,考虑施工方便,切口开设在+0.5 m处。经实测筒体周长为18.22 m,烟囱切口弧长l=18.22×230°/360°=11.68 m。
3.2.3 爆破切口的高度
切口高度是保证定向倒塌的1个重要参数。切口高度过小,烟囱在倾倒过程中会出现偏转,达不到理想的倾倒方向,因此爆破切口高度不宜小于爆破部位壁厚δ的1.5倍。根据类似工程经验,切口高度h=(1.5~3.0)δ,壁厚δ为0.5 m,取爆破切口高度为1.5 m。爆破切口布置展开如图2所示。
3.3 定向窗的选择
预开定向窗是保证烟囱沿预定方向倾倒的有力措施,在设计倾倒中心线两侧的缺口两端布置2个定向窗,定向窗为直角三角形,长为1.0 m,高为0.85 m。
图2 爆破切口布置
3.4 内衬的处理
烟囱内衬为12 cm厚的耐火砖组成,强度较大,为了确保倒塌方向的准确性,在施爆前应将切口部位的内衬进行适当处理。即在切口部位的内衬上开凿几个小拱形,预留支撑体,装药时对两边预留的支撑体进行外覆药包爆破。
3.5 切口布孔参数和装药量计算
(1)炮眼布置。炮眼布置在爆破切口的范围以内,炮眼的方向朝烟囱的中心,采用梅花形布孔方式。
(2)炮眼深度l。根据国内外施工经验,合理的炮眼深度:l=(0.67~0.7)δ,取l=0.35 m。
(3)孔距和排距。孔距a=(0.8-0.9) l,取孔距a=0.30 m;排距b=0.85a,取排距b=0.25 m。
(4)装药量。单孔装药量q=qabδ,q为单位炸药消耗量,取q为2.1~2.5 kg/m3,计算得q=2 400×0.28×0.25×0.5=84 g,取q为90 g。切口共布孔216个,总药量19.44kg。
(6)起爆网络。采用电—非电起爆网络,孔内装2发非电雷管,分3段起爆,用ms1,ms2,ms5段非电毫秒雷管微差。采用复式起爆网络,每18~20发非电雷管用2发电雷管起爆,电雷管用大串联方式起爆。
4 爆破安全校核及安全技术措施
4.1 烟囱倾倒范围的校核
烟囱定向倾倒一般有一定的前冲,根据经验,l冲=(1~1.2)h,l冲=60~72 m,而北向距离为100 m。倒塌宽度d宽=9~13.5 m,而爆破倒塌宽度大于20 m。综上所述,烟囱定向倾倒范围是允许的。
4.2 飞石控制
为了防止爆破产生飞石,在爆破缺口部位采用胶皮覆盖2层,并用铁丝捆扎,外层再覆盖铁丝网和帆布,警戒范围为100 m。
4.3 爆破震动效应
按萨氏修正公式估算最大齐爆药量:qmax=r3×(v/k•k′)3/a式中,q为一次齐爆最大药量,kg;k′=0.5;k为参数,取200;r为爆心至保护物距离,m;a为参数,取2.0;v为质点垂直振速,cm/s。配电房为爆破振动重点,v=2 cm/s,r=17 m,经计算,得qmax=13.89 kg,而实际最大段药量为7 kg,远小于此值,所以爆破震动是安全的。
4.4 塌落震动效应
高耸建筑物的倒塌,必须预防2次震动的危害。建筑倒塌冲击地面引起振动大小与被爆体的质量、刚度、重心高度和触地点土层条件有关,中国科学院工程力学研究所根据大量的数据提出了硬质地面触地的震动公式:vc=0.08×[i1/3/r]1.67式中,vc为爆破坍塌物触地引起的地表振动速度,cm/s;r为坍塌物重心触地点距保护建筑物的距离,m;i为坍塌物触地冲量,i=m2gh;m为坍塌物的质量,kg;g为重力加速度,m/s2;h为爆破坍塌建筑物重心落差,m。将m=7.0×106kg,r=30 m,h=24 m代入上式,可得:vc=1.42 m/s。可见,触地震动亦是安全的。
4.5 安全技术措施
(1)用人工开凿定向窗,并用风镐修理到设计尺寸。
(2)将烟囱的爬梯及避雷针分割成3段。
(3)确保钻眼质量,严格掌握炮眼的位置、方向和深度等,钻孔结束后要严格检查所有炮孔。
(4)药包预先加工,每孔的药量误差小于5 g,药包要装到孔底,用炮泥填满堵实。
(5)为减轻烟囱倾倒着地时的振动和碎块冲撞,在预计烟囱倒塌范围内铺设一定厚度的缓冲砂土。
5 爆破效果
起爆后,烟囱按设计方向倾倒,烟囱完全破碎,无后座产生,烟囱倒塌长度为68 m,邻近厂房、民房、配电室安然无恙。
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