摘要:本文介绍在其倾倒方向不得偏差±3°的苛刻条件下, 50 m高砖混烟囱定向倾倒控制爆破的方案选择,爆破施工和初浅认识。
关键词:苛刻条件;砖混烟囱;控制爆破
砖混烟囱的高径比通常可达10~12左右,由于其重心较高,底部支撑面较小,爆破时倾倒的定向性较差,所以一般烟囱控制爆破工程中倾倒方向偏差±5°左右比较常见。中国人民解放军9510工厂一座拟拆的50 m高砖混烟囱其可供烟囱顶部安全倾倒着地的场所宽度不到10 m,要求的倾倒方向不得偏差±3°,场地条件十分苛刻。该烟囱的有效准确定向倾倒爆破拆除,可供类似复杂环境条件下的烟囱拆除爆破工程参考。
1 工程概况
拟拆烟囱位于9510工厂厂区内,其北侧16 m处矗立着几座巨大的油罐,东边20 m为五层楼动力车间,南面30 m是本厂主生产部位盐硝车间及两个长20 m、宽10 m的蓄水池,西距行车密度较高的汉渝铁路及铁路通讯线缆约24 m。本拟拆烟囱周围建构筑物的分布情况。本烟囱为砖混加筋结构。烟囱全高约为50 m,地坪以上2•0 m处的外直径为4•6 m,壁体总厚约1•0 m,其中承重筒体壁厚75 cm,耐火保温内衬厚约24 cm。承重壁体内每间隔6行砌砖约30 c高并排敷设两道8的钢筋。烟囱正北侧底部开设一高1•1 m,宽0•9 m的烟道口,正南侧地坪以上3•9 m处留有一个高1•5 m、宽1•0 m的结构洞。
2 爆破方案的选择
2•1 倾倒方向
从本烟囱周围建构筑物的分布情况看,在烟囱南偏东约30~45°方向上有长约55 m的空地坪可供烟囱倾倒。但是,由于本地坪系由混凝土筑建,既平坦又坚硬,其东紧临着二层砖混结构的车间办公楼,如若烟囱朝此倾倒,烟囱顶部的高速着地冲击必定引起强力反弹并前冲,从而极可能摧毁该办公楼西墙结构,而且由于工程紧迫来不及采取阻挡防冲措施,所以该方向不宜作为烟囱的倾倒方向。经几种方案比较,厂方决定本烟囱朝南面东侧水池方向倾倒,但要求确保两个水池间隔墙上方的架空管道和盐硝车间厂房的安全。确定东侧水池作为烟囱顶部倾倒着地场所,即意味着烟囱倾倒的理想中心线应通过东侧水池东南拐角处a点,其方向为烟囱的南偏东22°30′。由于东侧水池宽度只有10 m,显然烟囱倾倒时方向偏差不得超过3°。否则,再向东偏则会落在水泥地坪上产生强力反弹前冲而威胁在用建筑,而向西多偏些则会直接摧毁架空管道。
2•2 爆破切口
(1)爆破切口形状 根据有关资料[1,2]和笔者近年来承担完成的十多例烟囱、水塔拆除爆破实践经验,决定本烟囱爆破采用组合梯形爆破切口。
(2)爆破切口标高 由于本烟囱正北侧±0 m~+1•1 m处开设有宽0•9 m的烟道口,正南侧+
3•9 m处留有结构洞,如果爆破切口选在低标高处,那么东侧爆破口定向窗与烟道口间只留下一截面积不到0•7 m2的砖混支撑柱,烟囱在倾倒过程中将受到较显著的不对称支撑力作用而向东偏转;而如果爆破口定在高标高处,虽然可避开烟道口的影响,但施工操作不方便,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性支撑作用,所以将本烟囱爆破切口底部标高定于地坪以上+1•6 m水平。
(3)爆破口尺寸
爆破切口高度h取全壁厚δ的2倍,即h=2δ=2•0 m。爆破切口外弧长度l取爆破口所在位置外周长的62%,实取l=9•0 m。
(4)定向窗 为确保设计的保留支撑体不受爆破口区爆破的损伤,提高支撑体的支撑能力在烟囱倒塌过程中对于设计倾倒中心线的对称性,决定在烟囱倾倒爆破前预先在设计的爆破口区内两端部开凿定向窗。定向窗底部比烟道口顶部高1•0 m。其底部标高为+2•1 m,宽0•7 m,高1•0 m。
3 爆破施工
爆破切口中心以架设于东边水池东南拐角处a点的经纬仪测定,爆破切口和两定向窗均以实测的中心线为准对称布置。烟囱倾倒爆破前先行将爆破口区范围内的耐火内衬拆除。
3•1 爆破参数
本工程采用气腿凿岩机钻凿炮眼,岩石乳化炸药装药。采用的爆破参数列于。为提高爆破口爆破效果,炮眼深度采用相邻孔一深一浅间隔布置,而爆破口中心区即掏槽眼采用较大的炸药单耗和孔装药量。
3•2 起爆技术
本烟囱定向倾倒控制爆破采用毫秒电雷管三段微差全串联网路、高能电容式起爆器起爆技术。雷管为1、4、6段毫秒电雷管,每个炮眼装1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75 ms和50 ms,由爆破口中心区依序向定向窗对称延时。
4 爆破效果
本烟囱拆除经约6个小时的炮眼钻凿,3个小时的定向窗开凿和内衬处理,2个小时的装药联线,于开工的第2天下午3时准点起爆。厂方录像及现场观察显示:烟囱于通电起爆后约1 s开始倾斜,烟囱整体倾斜达15°左右时于根部以上约10~12 m处断裂,但上部筒体仍以稍小的角速度随下部筒体倾斜转动;倾斜达30~60°时,上部筒体又先后折断成三折,最后依序塌倒触地。整个倾斜塌倒历程约4 s。后对爆堆现场实地量测,烟囱顶坨正对着a点塌落在东侧池中南壁下,爆堆轴线几乎与设计的倾倒中心线完全吻合,烟囱顶坨至烟囱底座中心的距离约达53 m,预留的支撑体向后拱裂但没有垮塌。烟囱顶坨着地点正面所对约4 m远的盐硝车间一扇窗户玻璃破碎,车间进水,这显然是烟囱顶坨砸到池中引起涌浪造成的。除此之外,架空管道和其它建构筑物均安然无恙,厂方非常满意。
5 几点认识
(1)开凿定向窗对于烟囱、水塔类细高建筑物的定向倾倒爆破来说,是准确定向的一个可靠措施。定向窗既可避免爆破口区爆破对保留支撑体的损伤,保证其有足够的支撑强度,又为爆破区增加了新自由面,改善其爆破条件,而且还减小了一次拟爆区域面积,减少了炮眼和起爆雷管数,简化了起爆网路。
(2)当烟囱底部结构使得保留支撑体明显不以设计倾倒中心线对称、可能影响倾倒方向时,可以适当提高爆破切口标高,以消除或减弱保留体支撑能力的不对称性,提高定向的准确性。
(3)烟囱、水塔类细高建筑物拆除爆破中,爆震效应一般较小,不致影响周围建筑物的安全,但其坍塌着地时由于重心较高,质量较大,着地运动速度快,其冲击引起的振动不可轻视。本工程因烟囱顶部着地点在水中,约1•5 m深的水可以较大地缓冲吸收着地冲击能,所以其引发的振动不致为患。爆破时离烟囱顶坨着地点约50 m处厂区门卫房内的值班人员没有振感,即证实了水池积水缓冲冲击振动的分析。但是,本工程却忽略了烟囱顶坨冲击积水可能引起涌浪的危害,致使正面车间窗户玻璃破损,虽然厂方没有介意,但这仍是应该引以为戒的。
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