摘 要: 介绍了两座复杂结构砖质烟囱的爆破拆除。分析了隔离层对爆破拆除的影响,根据烟囱的结构和周围环境条件,采用了两种不同的爆破施工方案。拆除爆破获得了成功,达到了预期的效果。
关键词: 砖质烟囱; 复杂结构; 拆除爆破
1 引言
采用控制爆破拆除烟囱等高耸建筑物是一种安全、经济的方法。烟囱结构特别是爆破切口位置的结构以及周围环境条件,是影响爆破设计和施工的主要因素。待爆烟囱底部由外拱墙、隔离层、内拱墙、隔热层和内衬这5层组成(如图1)。筒体中隔离层的增加,改变了烟囱的底部结构的爆破条件,增加了爆破设计和施工的难度。
2 隔离层对爆破的影响分析
筒体中隔离层将筒体分为内、外两堵双面临空的圆拱墙,改变了筒体的爆破条件,使内、外拱墙具有相对独立的爆破特性。用爆破法形成切口,必须在内外拱墙中分别布置药包。不仅要考虑药包所在拱墙两侧的受力状态(外侧墙体受拉,内侧墙体受压),而且还要考虑相邻拱墙间的相互影响。置于外拱墙中的药包,一方面要破碎、短距离抛掷其外侧墙体,另一方面要破碎抗压强度较大的内侧墙体。置于内拱墙中的药包除了完成外拱墙中的药包同样的作用外,还要能短距离抛掷外拱墙内侧的破碎体。因此,筒体中隔离层的存在,对三个方面有影响:
(1)炮孔的钻凿方式:如果隔离层中没有充填物,尚可由外向内一次钻凿成孔,如1#烟囱;如果其间有充填物,则只能对内外拱墙分别钻凿炮孔,如2#烟囱。
(2)孔深、孔距:孔深和孔距与内、外拱墙的厚度、直径有关,也与炮孔的钻凿方式、内外拱墙的受力状态有关。
(3)装药量:外拱墙可按其厚度计算药量,内拱墙的装药量要考虑抛掷外拱墙内侧的破碎体,因此装药量要稍大。
3 1#烟囱爆破拆除
3.1 工程概况
长沙某机械厂内一砖质圆筒烟囱高30 m,底部周长8.8 m,经钻孔测得整体壁厚0.7 m。后经开窗查实,底部结构共分5层,其中筒体共3层,分别0.24 m、0.05 m(隔离层)和0.24 m;内衬0.12 m,隔热层0.05 m,隔热层间充满煤灰。烟囱底部位于一高5 m左右的台阶上,通过地下烟道与铸造车间的铸造炉相联系。烟囱南面7 m、西面10 m是该厂的生产车间;烟囱北面15 m是职工宿舍楼,10 m处是施工用临时工棚;东面35 m处是地下化学药品库。周围环境条件复杂,见图2。
3.2 爆破方案
从周围环境条件可以看出,1#烟囱的可倒塌区为朝东。介于台阶坡顶线和临时工棚间宽10 m左右一狭长区域。倒塌后筒体应堆集在台阶上,否则就有伤及台阶下厂房的可能。因此确定该烟囱沿台阶坡顶线向正东方向倒塌,在地下化学药品库的顶部(台阶面上)加垫一定厚度的袋装黄土;用袋装黄土沿台阶坡顶线堆砌成一防滚坎,尽量防止烟囱倒塌着地后筒体破碎滚下台阶而损坏生产厂房。由于该烟囱的烟道埋在地下,为清除内衬,预先用爆破法开设定向窗、切口中心窗等3个窗口。待3个窗口形成后再用撬棍人工清除其内衬。
3.3 爆破参数设计
采用正梯形切口,在烟囱外一次钻凿炮孔。由于是拱形结构,内拱墙的药包位置要超过内拱墙中心线;因为内拱墙双面临空,所以炮孔深度又不能超过0.69~0.7倍内拱墙壁厚[1]。因此,孔深l =δ1+δ2+0.6δ3=0.43cm式中:δ1、δ3为内外拱墙的厚度,24cm;δ2为隔离层的厚度,5cm。炮孔孔距0.35 m,排距0.3 m,呈梅花形布孔;对于内拱墙,计算其外侧孔间距为0.275 m。经布孔后确定,切口长5.25 m,为周长的0.596倍;切口高1.2 m,为筒体厚度的2.26倍,烟囱整体壁厚的1.71倍;整个切口共布62个炮孔。单孔装药量:每孔共分二段装药,内外拱墙药包均为37.5 g。内拱墙中由于炮孔较密,单位体积的用药量要稍大于外拱墙。外拱墙的用药系数为1 488 g/m3,内拱墙的用药系数为1 894 g/m3。
4.1 工程概况
某大学有一砖质圆筒烟囱,高30 m,底部周长8.56 m,整体壁厚1.0 m。筒体共3层,厚0.7 m,有厚度0.24 m、0.37 m的内、外拱墙和隔离层;隔离层内不连续充有煤灰。内衬为厚0.24 m的耐火砖,隔热层宽0.06 m,中间充满煤灰。在切口范围内东向和西北向有两个0.4 m×0.6 m的烟道,如图1所示。在离地面2.5 m高处有圈梁,以上筒体为单层,厚0.24 m,无内衬;圈梁以下以内拱墙(厚0.37 m)为主要承重墙体。烟囱北面34 m为马路,60 m处为学生宿舍;南面8 m处为学生澡堂和蒸气调节室;东面22 m为学生区主供电架空线和马路,25 m处为学生食堂、开水房和学生三舍;西面15 m处的小山坡上是计划同时爆破拆除的水塔,16 m处的小山坡是正在建设中的热水池。爆区周围人流量大,周围环境条件复杂,见图2。
4.2 爆破方案
根据对施工的要求和周围环境条件,以控制倒塌后烟囱筒体不堆集到学生宿舍前马路上为目标来控制倒塌方向。有专家认为[2],烟囱倒塌后其长度将增加29.5%,30 m高的烟囱其倒塌长度可能在38 m左右。烟囱北偏西26.5°一线的地形条件能满足此条件,由此确定倒塌方向为北偏西26.5°。人工预先清除内衬,砌堵东面烟道。为克服筒体中隔离层及其中煤灰对钻孔和装药的影响,采用内、外拱墙分别钻孔的方法;爆破切口采用正梯形,布置在圈梁以下。
4.3 爆破参数设计
(1)外拱墙 外拱墙的切口略大于内拱墙的切口,以确保不妨碍内拱墙的爆破切口的形成和防止切口上部圈梁对烟囱倒塌可能产生的影响。由于外拱墙不是烟囱的主要承重墙体,故在爆破切口的周边采用0.2 m的小排距密集布孔;在爆破切口中央采用0.3 m的宽排距布孔;孔距0.35 m,孔深0.16m,呈梅花形布置。经布孔,确定切口长5.1 m,即周长的0.596倍;切口高1.5 m,为筒体总厚的2.1倍(见表1 )。周边密集孔单孔装药30 g,中央孔单孔装药37.5 g,用药系数为1 488~1 786 g/m3。
(2)内拱墙 圆筒形高耸建筑物的拆除爆破,常见的是由外向内沿径向钻凿炮孔。直径5 m以上的该类建筑物亦可在筒壁内侧钻水平炮孔,这时合理的炮孔深度为壁厚的0.56~0.58倍。[5]孔深与堵塞长度:孔深是保证内拱墙能彻底破碎并有一定的能量抛掷外拱墙内侧破碎体的关键参数之一。根据拱形结构的爆破破碎特点,由内向外钻孔,药包的位置不能超过内拱的中心,炮孔装药后的堵塞长度l不得小于(1~0.7)δ内,即:△+0.3δ内< l<0.5δ内,△为药包的长度。经过比较,选定炮孔深度为0.18 m,是内拱墙壁厚的0.486倍。孔距与排距:由常用的筒体由外侧钻孔时的布孔参数推算由筒体内侧钻孔时的布孔参数。经过计算,确定孔距和排距都为0.2 m,即内拱墙壁厚的0.54倍。爆破切口的大小:切口内侧弧长2.38 m,为内侧圆周长的0.583倍;切口高1.2 m,即内拱墙壁厚的3.24倍,整个筒体厚度的1.71倍。单孔装药量:周边孔装药37.5 g,中央孔采用37.5 g和50 g药包交错装药。
5 爆破效果
起爆后,2座烟囱都按设计方向准确倒塌,筒体解体彻底,没有后坐现象,飞石、地震波和筒体落地都没有对周围环境造成任何损坏。1#烟囱的筒体解体在防滚坎内,没有滚落到台阶下面。2#烟囱的倒塌距离较设计距离短得多,倒塌过程中折断现象较明显。两次爆破都获得了成功,达到了预期的爆破效果。
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