摘 要:介绍了一座70m高烟囱在较为复杂的环境条件下,定向爆破拆除的实例,通过合理地选择爆破方案、设计爆破参数,控制爆破切口的形式和尺寸,采取有效的防护措施,使爆破取得圆满成功。
关键词:烟囱;定向爆破;爆破方案;爆破参数;防护措施;成功。
1 工程概况
待爆破拆除的废弃烟囱位于河南省三门峡市渑池县化工厂院内,由于工厂改建需将其拆除。该烟囱建于1958年,烟囱为圆筒式,系由水泥砂浆与红砖砌筑而成,下部曾有一钢筋混凝土圈梁已经拆除。烟囱高70m,底部南向有一高1.1m、宽1.2m的进烟道,北向有一高1.7m、宽0.8m的出灰口。在烟囱的烟道部位,烟囱外径为5.5m,壁厚为75cm,壁的结构是:从外壁沿圆心方向向内依次为49cm为二砖层,二砖层的砂浆缝中布置有直径为 6mm、网度40×40cm2钢筋网,尔后留有4cm的间隙,最后是已腐蚀的、厚22cm的砖层内衬。烟囱坡度为3%。烟囱周围环境比较复杂,东侧距一工作水泵房5m,南侧距高压输电线22m,西侧30m处有一架空汽体管道,西南向距一幢二层平房40m。具体情况见图1所示。根据场地条件,确保周围建筑物的安全,决定采用定向倒塌的爆破拆除方案,场地中只有东南向有较大的空间作为烟囱的倒塌场地,其它方向则不行,因此决定倒塌方向定为南偏东15°方向。在严格控制爆破飞石的同时通过合理确定爆破参数使烟囱按预定的方向准确倒塌。
2 爆破技术设计
根据烟囱定向爆破倒塌理论,要通过在烟囱底部一定范围内的切口爆破,破坏烟囱的底部支撑,使重心偏移,在爆破瞬间产生倾覆力矩,使其失稳,沿预定方向倒塌。因此,爆破设计主要是针对爆破切口部位进行。
2.1 爆破参数
烟囱爆破部位壁厚δ为75cm,取炮孔深度1=2/3×δ=2/3×75=50cm;炮孔间距a=0.91=45cm;采用梅花形布孔,取排距b=0.85a=38.25cm,为便于施工,实际调整b=35cm。
2.2 爆破切口
为准确地控制烟囱的倒塌方向和缩小后座距离,爆破切口设计为倒梯形。切口弧长l:按定向倒塌理论,切口弧长l应不小于切口处筒体外周长的1/2,据实际经验取l=(1/2~2/3)πd,d为切口处的外径。此处爆破切口弧度取220°,通过计算l=10.56m。切口高度h:通常情况下,切口高度取壁厚(δ)的1.5~3.0倍,但必须>1.5倍,即h=(1.5~3.0)δ=112.5~225.0cm。根据b=35cm,若按6排炮孔布置,则设计爆破切口高度h=(6-1)b=175cm。在爆破参数和布孔范围确定的基础上,为实现烟囱定向倒塌,必须在烟囱设备倾倒中心线两侧均匀对称地布孔。为确保切口爆破成型规整,在切口的左右两边分别加了穿透壁厚的密集型导向孔,以控制破碎的发展。切口部位共布置102个炮孔,其中4个炮孔为调整药量预先进行了试爆。最下一排炮孔距地基50cm。为使烟囱倾倒时支撑部位受力平衡,对爆破切口轮廓线以外的出灰口部位砌砖进行了预先加固。炮孔布置。
2.3 药量计算及装药结构
单孔装药量q=kabδ,通过药量计算和试爆后,装药系数k值确定为1200g/m3,将有关参数代入上式得出单孔装药量q=1200×0.45×0.35×0.75=141.75g,实际调整为140g。在102个爆破孔中,装药量为140g的有94个。由于烟道外烟囱局部壁厚较小,根据壁厚的不同分别设置了2个60g和6个40g的药包,其中60g和40g的药包采用单层装药,140g药包采用双层装药。双层装药的结构是:底部80g,回填10cm炮泥放入60g药包,最后用炮泥全部堵塞。共使用2号岩石硝铵炸药13.52kg。炮孔装药时,烟囱内衬与外壁间的间隙通过炮孔进行堵塞土球处理,以保证炮孔底部药包爆炸时产生的高温高压气体不致泄漏,真正起到破碎作用。必要时,把底部药包装在烟囱内衬的砖墙内,进行封堵,而后在外壁内放置外层药包,以达到破碎效果。
2.4 起爆网络与起爆顺序
该烟囱爆破采用8号毫秒延期电雷管,所有雷管全部串联。雷管之间的电阻差≤0.2ω,共使用196发雷管,采用yjgn-1000型发爆器起爆。为降低电爆网络中的负载总电阻和相对提高网络中的起爆电流,炮孔中多余的电雷管脚线全部剪掉后再联接。根据起爆器的性能,完全可以起爆196发电雷管。用毫秒电雷管分段起爆,起爆顺序是从上至下6排孔分别布置1~6段毫秒延期电雷管。一次性通电起爆。
3 爆破施工与安全防护
钻孔时,钎杆指向圆心并垂直于烟囱表面,对钻好的炮孔,要清除内部粉尘并逐一检查验收。装药和填塞炮泥时,要特别注意保护电雷管脚线不得使其损坏,脚线的接头全部缠上绝缘胶布。由于烟囱倒塌范围内撞击的地面经过硬化,因此在起爆前,为了不使70m高的烟囱倒塌时撞击地面碎砖块飞溅危及周围环境,确保爆破万无一失,预先在烟囱倒塌范围内的地面上铺垫一层砂土,砂土厚0.5m,宽7m,长85m。为防止爆破时个别碎块飞扬造成危害,临爆前,在烟囱的爆破切口部位悬挂了一层湿水麻袋,在其外面又分别覆盖了一层荆笆和一层铁丝网。同时对水泵房用木板等材料进行了围挡防护。爆破震速验算:以高压配电房允许的震速v许=3cm/s代入萨道夫斯基公式进行验算同段起爆的最大允许药量。qmax=r3(v/k)3/α式中:r———爆源中心到高压配电房的距离,实测为30m;
v———高压配电房所在地面质点允许的震速,3cm/s;
k———与介质有关的系数,取200;
α———衰减指数,取1.5。
代入qmax=r3(v/k)3/α=303(3/200)3/1.5=6.075kg,而这次爆破的同段最大药量(1段)为3.22kg,故能满足要求。
4 爆破效果
起爆后约4s,烟囱按预定方向全部倒塌,塌落长度83m,塌落最大宽度8m,后坐1m,对周围建筑物和设施未造成任何破坏,爆破效果完全达到设计要求。取得了明显的经济效益和社会效益。
5 结语
(1)爆破类似烟囱等高大的结构物,一定要认真研究其周围的环境,从而确定倒塌方向,选择可靠的爆破方案,通过精密的爆破设计,特别是爆破切口的设计一定得根据被爆体的实际情况(壁的结构、风化程度等)进行,控制切口的形状和尺寸,一般情况下,对于年数已久的砖结构材料,爆破切口长度不应当为切口处筒壁周长的2/3,而应<2/3周长,但必须>1/2周长,切口高度也不宜过高。同时对单孔投药量进行试爆校核,以取得最佳数据,进而达到使烟囱底部切口段保留部分既能在烟囱倒塌时支撑住整个烟囱而不后座,又能使烟囱重心线偏移出支撑点以外同时绕支撑点转动倾倒,按预定方向倒塌,从而达到安全施爆的目的。
(2)爆破网络的设计一定要可靠,同时在装药爆破时,应尽量采用多炮孔、加大装药分散程度、毫秒微差起爆等方法,控制爆破破坏影响范围,这是拆除爆破一般应遵循的原则。
(3)近临烟囱周围的建筑物和设施、烟囱爆破切口部位以及烟囱塌落范围内地面上都要进行安全防护,特别是烟囱非常高大时,尤其要如此。同时对爆破震动安全情况进行校核,必要应做适当的调整以满足安全的要求。
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