1 工程概况
钦州电厂厂区建、构筑物需要全部拆除,其中钢筋混凝土烟囱需要用爆破方法拆除。该烟囱位于厂区中间,周围地势平坦。东面有待拆厂房和在用高压线,距离43 m;南面有在用高压线、架空通讯光缆和地下高压电缆等设施,距离50 m;北面距离待爆烟囱30 m处地下有自来水管;西面85 m范围内厂房已拆完,地下无管线设施,距离待爆烟囱95 m处为待拆的小水塔和厂区围墙,围墙外除道路外无其它设施。工程环境示意图如图1示。
该烟囱高80 m,底部外径为6. 1 m,筒壁材质为钢筋混凝土和红砖的混合结构,配有2层钢筋,外层主筋直径为20 mm,内层主筋直径为12 mm,双箍筋,箍筋直径为8 mm,主筋间距为15 cm,上、下箍筋间距为20 cm。砼标号为600# ,比较坚固。混凝土壁厚为36 cm。底部红砖层厚为84 cm。烟囱底部东面有1个出灰口宽1. 2 m;距离地面3. 5 m处南面、西面各有1个进灰口。烟囱底部断面结构示意图如图2所示。爆破要求不能破坏周边的水管、电缆等设施。
2 爆破方案
烟囱属于高细结构物,刚度较好的烟囱,要求坍塌方向有长度不小于其高度的1. 2倍,宽度大于其底部直径的2. 5～3倍[ 1 ] 。该烟囱高度80 m,西面有95 m的开阔空地足以实施定向控制爆破。经现场考察,决定采用向正西方向倒塌的定向爆破方案。
3 技术设计
3. 1 爆破缺口形状
在烟囱底部0. 5 m高处布置爆破缺口,在设计倒塌中心线处开定位窗,在爆破缺口两侧开定向窗,爆破缺口形状为类梯形[ 2 ] ,定位窗为矩形,定向窗为三角形。80 m砖_钢筋混凝土复合结构烟囱爆破拆除
3. 2 爆破参数的选择
3. 2. 1 炮眼间距
混凝土和红砖2种材料分别布置炮眼,即混凝土外壁在外面布置炮眼,内壁砖砌体在里边布置炮眼。
钢筋混凝土壁厚为δ= 36 cm,最小抵抗线W1 =1 /2δ= 18 cm,按a =mW 计算,若取m = 1. 6,则a =29 cm,设计取a = 30 cm,排距b = a = 30 cm。孔深l = (0. 67～0. 70)δ,取l = 25 cm。砖砌体部分,最小抵抗线W2 = 1 /2δ= 42 cm,取m = 1. 2,则炮眼间距为50 cm,排距为45 cm。
3. 2. 2 爆破缺口尺寸
按经验,爆破缺口高度对于薄壁烟囱一般为H = (3. 0～5. 0)δ。对于厚壁烟囱一般为H≥2. 0δ,爆破缺口长度大于其周长的1 /2,从而破坏其结构的稳定性[ 1 ] 。对于该烟囱,混凝土和砖的混合结构体总厚度为1. 2 m,地面到出灰斗圈梁下缘的高度为2. 8 m,综合钢筋混凝土和烟囱爆破参数及保证顺利倒塌,同时为便于布眼,取H = 2. 1 m。缺口为类梯形,其下底长L下= 0. 6πD = 0. 6 ×3. 14 ×6. 1 =11. 35 m,取底角α = 45°, L上= L下- 2H cot α =11. 35 - 2 ×1. 5 ×1 = 8. 35 m。
爆破缺口形状及尺寸见图3。
3. 2. 3 装药量计算
外壁装药情况:根据爆高2. 1 m,排距0. 3 m,眼距0. 3 m,则有8排炮眼,每排炮眼个数为27个,总炮眼数为217个。按照一般经验,若炸药单耗q取1 200 g/m3 , 则单孔装药量为Q = qabδ = 1 200 ×0. 3 ×0. 3 ×0. 36 = 39 g。考虑到烟囱内壁有砖砌厚层,混凝土和红砖2种材料接触情况不详,混凝土层配筋粗且密,设计单孔装药量为67 g/孔。外壁钢筋混凝土总装药量: ΣQ = 217 ×67 g/孔= 14. 54 kg。内壁红砖层的眼距为50 cm,排距为45 cm,布6排炮眼,每排炮眼个数为17个,总眼数为102个,每孔药量为150 g,总药量为15. 30 kg。与外壁钢筋混凝土壁齐发起爆。
4 爆破网路
爆破网路采用电和非电复式起爆网路,即用瞬发电雷管激发非电导爆管雷管齐发起爆,起爆网路如图4所示。
5 爆破安全设计
根据本次爆破实际情况分析,有可能造成事故危害的主要因素有爆破振动、飞石以及烟囱倒塌触地振动、反弹飞石,而由于地形空旷,药量较小,且属孔内爆破,爆破不会产生严重的空气冲击波、燥声、粉尘等危害。
5. 1 爆破振动计算
拆除爆破振动用下列公式计算[ 2 ] :V = K′K (Q1 /3 /R )α式中, K′为拆除爆破振动折算系数, 取K′= 0. 25～1. 0,此处取0. 5; K、α为与爆破地点地形、地质等条件有关的系数和衰减系数, K取180,α取1. 5; R 为爆破地震安全距离, 本次爆破取R = 150 m; Q 为装药量,设计值为29. 84 kg; V 为爆破振动速度, cm / s。代入该公式计算得V = 0. 5 ×180 ×( 29. 841 /3 /150) 1. 5 = 0. 27 cm / s。
爆区内200 m范围内除了待拆的建筑物外,无其他设施,离爆破中心200 m以外的区域振动速度在0. 27 cm / s以下,因此不会造成振动危害。
5. 2 爆破触地振动
由于烟囱高度有80 m,重心高,刚度大,倒塌后可能造成强烈的触地冲击振动。参考无量刚相似参数分析方法,按下列公式计算触地冲击振动速度作为参考[ 3 ] 。
Vt = Kt [ (M gH /σ) 1 /3 /R ]β式中,Vt 为塌落引起的地面振动速度, cm / s;M 为下落物件的质量,该烟囱质量为1 200 t; g为重力加速度,m / s2 ; H 为物件中心的高度, 该烟囱重心高为30 m;σ为地面介质的破坏强度,一般取10 MPa; R为观测点至冲击地面中心的距离,取R = 150 m; Kt、β为衰减参数, 参考有关实测经验数据, 取Kt =3. 37、β= 1. 66。则Vt = 3. 37 ×[ (1200 ×9. 8 ×30 /10) 1 /3 /150 ]1. 66 =
0. 27 cm / s
可见,在离爆破中心点150 m处,触地振动速度估计值为0. 27 cm / s,因此是安全的,符合《爆破安全规程》的相关要求。
5. 3 飞石控制
5. 3. 1 爆破飞石控制
本次爆破周围环境虽然比较开阔、空旷,除待拆的建、构筑物外, 150 m 范围内无其他需要保护的构、建筑物及设备,但是空中有高压线和通讯光缆等,且由于炮眼浅,炸药单耗大,要采取覆盖防护措施控制飞石远抛。要求采取近体防护措施,即用2层竹芭、2层草袋覆盖爆破位置,并用铁线绑紧。考虑到政府部门有关人员参加现场开工仪式及周围群众多的情况,防护上还采取了在爆破缺口外2 m处堆泥挡飞石的措施,堆泥高度2. 5 m。
5. 3. 2 触地反弹飞石控制
烟囱倒塌触地时,地面较硬可能引起碎石碎土反弹远抛,造成意外事故,特别是本次爆破烟囱倒塌位置的地面碎石废渣较多,容易引起反弹飞石。因此必须采取有效的措施加以控制。本次爆破设计在烟囱倒塌方向上,离烟囱底部45～90 m、宽度为20 m的范围内设置软土堤带,堤高1 m,软土堤带表面用编织袋装土堆积2层,不能堆散土,以防散土飞溅远抛。
5. 4 爆破警戒
爆破本身产生的飞石可采用防护材料加以防护,飞石可控制在一定范围内。但钢筋混凝土烟囱刚度大,高度高,倒塌触地可能产生飞石,因此除垫土外,加强警戒范围,爆破警戒范围为以爆破中心为半径的300 m。如图1所示。
6 爆破效果
起爆后,烟囱稍微振了一下,之后缓缓睡下。烟囱按照预先设定的方向倒下,并准确的倒在防护垫层上,爆破取得完满成功。倒塌后,烟囱前38 m完好,烟囱顶部至60 m完全压扁,露出直条条的钢筋。从倒塌痕迹看,倒塌方向没有明显偏差,落在垫层中央,因此没有造成触地飞石。倒塌范围长度基本与烟囱高度相当,没有产生前冲现象。保留部分起到支撑作用,但烟囱倒塌后基本被压跨。
7 体会
1)钢筋混凝土复合结构的高耸构筑物由于结构的复杂性,爆破保证较大爆破炸药单耗是必要的,较大的装药量可以弥补可能的爆破设计参数和施工原因可能造成的偏差,保证爆破缺口的完全形成,使烟囱顺利倒塌。
2)在设备和场地允许条件下,爆破缺口周围设置土堆防护效果明显,尽管在较大装药下,爆破飞石基本被挡在屏障内,最远的飞石不超过10 m。
3) 由于烟囱内壁较厚,在内部钻眼时,爆破参数不宜过大,以防由于弧度原因造成装药位置距离过稀,而影响爆破效果。
4)设计时担心由于壁厚较大形成初始平衡位置前移,造成拉力矩增大而影响烟囱倒塌。从爆破倒塌过程看,烟囱倒塌顺利,没有出现拉力过大而影响烟囱倒塌的情况。
