摘 要:100m高钢筋混凝土烟囱只能向东倾倒在两铁路线之间一个宽约22m的狭长区域中,允许偏差为±7•4°,爆破条件十分苛刻。本文介绍了该烟囱定向爆破拆除的成功经验,论述了爆破方案的选择、爆破切口形状与尺寸、爆破参数、安全技术措施及爆破效果等。此外还提供了爆破震动和触地震动的测试结果,并做了简要的分析。
关键词:烟囱拆除;定向爆破;触地震动;震动测试
1 工程概况
因技术改造需要,武钢一炼钢厂决定拆除6#钢筋混凝土烟囱。该烟囱高100m,±0m标高处的外径7•6m、内径5•56m、壁厚354mm。内衬为硅藻土和耐火砖,在硅藻土与钢筋混凝土之间充填矿渣棉,耐火砖厚240mm,硅藻土砖厚240mm,矿渣棉厚186mm。+ 100m标高处的外径3•5m、内径2•75m、壁厚180mm,耐火砖厚120mm,矿渣棉厚75mm。烟囱采用250#混凝土整体浇筑,布有一层钢筋,钢筋间距150mm,标高0 ~ 40m段采用
18mm螺纹钢,40~70m段采用14mm螺纹钢,标高70m以上采用12mm螺纹钢。在烟囱东北侧+5•9m处有1个2•0m的烟道口,在+0m处有1个1•2m×1•7m的出灰口。烟囱西侧有延伸至烟囱顶部的钢结构爬梯,烟囱顶部有一避雷针。经计算,烟囱总质量为1•7×106kg,重心高度在+36•0m标高处。烟囱周围环境复杂。北侧与154#铁路线相距7•2m,该铁路线是炼铁厂铁水及原料运输的主要通道,一旦受损,将造成炼铁厂停产。北侧10m处为厂区公路,20m处为厂房。南边距148#铁路线7•2m,148#铁路线为炼铁厂废渣运出线,业主要求
爆堆不能压线。南20m处为炼铁厂主厂房,西60m处为5#钢筋混凝土烟囱。爆区环境见图1,烟囱倾倒条件是苛刻的。
2 总体爆破方案
从环境条件看,烟囱的南、西、北三个方向均有需要保护的厂房、设施,且相距较近。因此,烟囱倾倒场地仅限于154#铁道线和148#铁道线之间20多米宽的狭长空间,允许的倾倒方向偏差为±7•4°。通过查阅烟囱的原始设计资料并现场实测烟囱结构尺寸和保护对象等数据,充分考虑施工工期和爆破技术要求,经反复比较,决定采用向东定向爆破倒塌方案,倾倒中心线位于148#和154#铁路线之间,且与两铁路线平行,爆破切口开设在+1•0m标高处。
3 爆破设计
3•1 爆破切口设计
(1)切口形状。切口形状直接影响烟囱的倾倒过程,常用的切口形式为梯形、四边形、三角形等,但对于高度大的钢筋砼烟囱,由于受钢筋的间距、绑扎方式、碳化程度等因素的影响,烟囱倾倒过程中预留弧形壁体受力往往不均匀,因而压缩破坏过程不对称。为获得较好的定向效果,使烟囱在爆破初始阶段倾倒较平稳缓慢,切口形状选为正梯形。
(2)切口角度和切口长度。切口角度直接决定切口的展开长度,而切口长度决定倾覆力矩的大小,切口过大,会降低定向爆破的准确性,轻者导致严重后坐,重者导致倾倒方向失控,造成意外事故。因此,在保证产生足够的倾覆力矩的条件下,切口角度应尽量小,这样有利于定向倾倒的准确、平稳,根据预留部分力学分析并借鉴类似烟囱拆除的经验,切口圆心角取214°。切口开设在+1•0m处,此处烟囱外径d=7•53m、壁厚δ=350m,筒体周长为23•65m,烟囱切口弧长l=23•65m×214°/360°=14•06m。
(3)切口高度。切口高度(h)是烟囱爆破拆除的重要参数,它决定切口范围内混凝土被炸离钢筋骨架后竖向钢筋的稳定性,也是衡量切口闭合时烟囱重心偏移距离能否大于切口处烟囱外半径的重要指标。根据以往工程经验,h=(1/6~1/4)d,d为切口处烟囱外径,d=7•53m,取h=d/4=1•88m,实际取h=2•6m。爆破切口见图2。
(4)定向窗。为了确保烟囱平稳、准确地按设计
方向倾倒,在合理选择爆破切口尺寸的同时,在切口两端预设定向窗也是主要技术措施之一。定向窗为直角三角形,角度为25°,底边长1•8m,高为0•84m。
3•2 爆破参数确定
(1)切口爆破参数。炮孔深度l =0•85δ=0•30m,其中δ为爆破切口处的筒壁厚度,δ=350mm;孔距a=0•28m,排距b=0•26m,炸药单耗q =3•5~4•0kg/m3,单孔装药量q = qabδ=90g。炮孔布置在爆破切口范围内,方向朝烟囱中心,采用梅花形布孔方式。
(2)内衬处理爆破参数。由于烟囱的内衬为240mm厚的耐火砖和240mm厚硅藻土砖砌成,其强度较大,在施爆时应将切口部位的内衬全部清理掉。爆破参数为:孔深0•35~0•40m,孔距0•35m,排距0•30m,炸药单耗2kg/m3,单孔装药量100g。采用三角形布孔方式,分上中下三部分布孔,每部分布孔2排。
3•3 起爆网络
为了确保安全准爆,采用非电导爆管雷管微差起爆系统,分三段起爆。爆破切口中间部位采用ms1段非电雷管,两侧采用ms3段非电雷管,内衬处理用ms5段非电雷管,每个炮孔装2发非电雷管,形成交叉复式网络,每18~20发非电雷管组成一簇,用2发瞬发电雷管起爆。孔外电雷管采用大串联起爆网络,用起爆器起爆。
4 安全技术措施
(1)钻孔时用钢管、竹跳板搭脚手架,四周用安全防护网围住。
(2)测量要准确。用经纬仪精确确定切口水平高度、倾倒中心线、切口和定向窗尺寸,并用红油漆在烟囱上标出。
(3)用密集孔、小药量松动爆破开两侧定向窗,用风镐修理到设计尺寸,并把定向窗内钢筋全部割掉。
(4)严格按爆破设计钻炮孔,不得擅自改变孔网参数和炮孔方向,装药前炮孔要检查、验收。
(5)爆前将爬梯和避雷线分割成三段。
(6)为减少烟囱的触地振动,在倾倒中心线60、70、80、90m处垂直倾倒中心线堆码沙袋作缓冲层,沙袋堆长20m、宽2m、高1•8m。
(7)加大警戒范围,为防止烟囱倒塌时碎块飞溅,人员安全距离为200m。
5 爆破震动测试与分析
5•1 测试仪器与结果
用65型传感器、cd-1型拾震器、ybj-2型爆破自记仪对重要建筑物(如炼铁厂厂房、邻近厂房、铁
道线等)进行质点振动速度监测,以确保其安全。测
点布置见图1(图中数字1~6),测试结果如图3和
表1所示。
5•2 测试结果分析
(1)从波形图看,爆破引起的振动速度小于触地振动速度,频率大于触地振动。
(2)1号测点在铁道线处,振动速度最大,为5•85cm/s; 2~6号测点布在邻近厂房处,速度最大为3•19cm/s,远小于钢筋混凝土框架房屋的安全振动速度5cm/s。因此,邻近厂房是安全的。
(3)一般框架厂房的自振频率在1~3hz,而本次爆破震动频率在3•3~21•8hz之间,超过厂房的自振频率,不会引起共振而导致厂房破坏。
6 爆破效果分析
随着一声闷响,烟囱根部喷出一团尘雾,烟囱先向下沉,同时向预定方向略有倾斜,缓慢倾斜约3s,烟囱下坐在3~3•5s内完成,从3•5s开始加速,5•5s以后以更高速度倾倒落地,与此同时烟囱出现断裂,整个爆破历时11s。烟囱按设计方向倾倒,倾倒方向与设计偏差±30′,无后坐现象。爆堆长度112m,落地烟囱分3段:①根部0~20m基本完好,为圆筒状,上下和两侧有裂纹;②20~40m筒体压扁、破碎;③40~47m、90~95m没见混凝土外壳,只有烟囱的内衬耐火砖,其它部位混凝土外壳全部摔碎,箍筋断开,钢筋外露。周围厂房设备和铁路完好无损,爆破达到了预期的效果。
7 结 语
(1)爆破效果较好,倾倒方向与设计偏差±30′,这表明本次在苛刻条件下进行的100m钢筋混凝土烟囱的拆除爆破,爆破设计是合理的,安全技术措施是可行的。
(2)振动测试结果表明,烟囱触地振动速度明显高于爆破振动速度,但振动频率较爆破振动低,可见烟囱触地振动的危害更大。
(3)沙袋堆能有效地缓冲烟囱倾倒时的触地振动,并控制碎块的飞溅。
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