1 工程概况及周围环境
受某公司委托,由我单位承担贵州省焦化一厂、焦化二厂的烟囱及煤仓皮带走廊的爆破拆除任务。焦化一厂的烟囱高110m ,底部壁厚1122m、底部直径6111m ,为砖结构;皮带走廊建筑面积210m2 ,高约20m ,钢筋砼框架结构的柱子尺寸分别为30cm ×60cm(24根) 、50cm ×50cm (16 根) ,共计有柱子40根。焦化二厂烟囱高110m ,底部壁厚1122m、底部直径6111m ,同样为砖结构。皮带走廊1 座,建筑面积约320m2 ,高约20m。钢筋砼框架结构柱子尺寸分别为30cm ×60cm(40 根) 、50cm ×50cm(16 根) ,共计有柱子56 根。
整个拆除任务包括两座砖结构烟囱、两座皮带走廊及放置煤仓的排架等。由于待拆建筑周围没有需要重点保护的建筑,因此工程环境相对简单。但拆除工作必须保证安全,严防飞石及碎碴飞溅,严格控制振动,将爆破拆除对周围环境的影响降到最低。爆破拆除的建筑周边环境如图1 所示。
2 爆破拆除方案
211 爆破拆除总体设计要求
(1) 烟囱单独爆破拆除,煤仓和皮带走廊同时爆破拆除,并于爆前将两者被拆和保留部分采用爆破和人工方法预处理,割断联系钢筋。
(2) 煤仓定向倾倒爆破,利用其倒塌时与地面的冲击作用将部分墙体、梁体和板体等摔碎。为此爆破切口北高南低,且南面墙体、立柱延时后爆;同时,为了确保爆破过程中煤仓的充分解体、降低爆破振动和建筑物倒塌时的触地振动,皮带走廊底部立柱采取延时起爆,使走廊下落时逐段塌落,以有效控制触地振动。
(3) 为了确保整个爆破拆除工程的顺利成功,爆前采用风镐和爆破的方法对爆破切口内的部分墙体进行预拆除。
(4) 严格控制同段起爆药量和爆破总药量,必要时可设置减振沟和铺设缓冲层,以减小爆破及塌落振动对周围建筑物的影响。
具体拆除施工步骤如下:首先采用人工或机械方法开设烟囱的定向窗,并处理掉皮带走廊下部砖墙,避免拆除过程中影响结构的定向坍塌。在烟囱两个定向窗之间沿筒壁布置炮孔,同时在皮带走廊的下部立柱上布置炮孔,爆破后形成定向倒塌切口,使其按设计定向倾倒。为确保爆破效果,爆前将框架结构倒塌方向反面底部立柱部分钢筋切断,同时人工处理皮带走廊两排立柱底层联系梁。
212 烟囱爆破参数
两烟囱高度、直径、壁厚等都相同,所以可以采用相同的切口设计。根据以往爆破拆除烟囱及国内类似工程经验,此次烟囱爆破拆除采用矩形切口。110m 烟囱及皮带走廊控制爆破拆除
21211 爆破切口
烟囱切口部位筒身周长S = 19119m(外围) 、直径6111m、壁厚1122m ,切口长度L = 01 6 S ,切口角φ= 216°。其中1 # 烟囱倒塌中心线沿西偏南25°方向,2 # 烟囱倒塌中心线沿正东方向,上述方向的场地较为开阔,是倾倒的理想方向。因此,1 # 烟囱倒塌方向为西偏南25°,2 # 烟囱倒塌方向为正东。爆破切口的具体尺寸为:
(1) 切口位于距地面110m 高处,此处烟囱外周长19119m。
(2) 切口处最大长度Lp = 016 S = 11151m。
(3) 切口高度h = 115m。
(4) 留做支撑体的筒身长度为7168m。在设计倾倒中心线两侧,对称布置矩形定向窗,切口中心线开一定位窗,长度均为115m。定向窗用人工开凿,其范围内的全部砖砌体及内衬采用人工剔除。
21212 爆破参数
烟囱壁厚1122m ,在切口的爆破部位布置呈三角形分布的径向炮孔,孔深85cm、孔间距50cm、排间距50cm ,炮孔数为20 个/ 排×5 排= 100 个。单孔药量Q单孔= 200g ,孔内连续装药,确保炮孔的填塞质量。
单个烟囱爆破拆除药量Q = Q单孔×100 = 200g×100 = 2010kg。
由于孔数比较少,炮孔采取分两段一次起爆,最大药量为1410kg ,采用非电导爆管双回路闭合环网路;对周围建筑及设施造成的影响较小。
两座烟囱总药量共计40kg ,雷管450 发,其中1段毫秒延期导爆管雷管140 发,4 段毫秒延期导爆管雷管300 发,瞬发电雷管10 发。
213 煤仓和皮带走廊爆破拆除参数
煤仓和皮带走廊拆除时,将底部支撑立柱部分爆破破碎后,上部结构将在自重作用下塌落。其中煤仓部位呈长方体形状, 有5 排立柱、2 跨,长约40m、宽约12m ,主体高约20m ;皮带走廊的立柱有2排,立柱的尺寸主要有30cm ×60cm 和50cm ×50cm 两种,柱子的总数共有96 根。
对于尺寸为30cm ×60cm 的立柱,钻孔平行于长边,沿立柱中心线均匀布孔, 孔深45cm , 孔距40cm ,分两段间隔装药,用黏土间15cm ,每段装药量30g ,填塞15cm ;布孔高度为2m。对于尺寸为50cm ×50cm 的立柱,沿立柱中心线均匀布孔,钻孔深度为30cm ,孔距40cm ,连续装药,单孔装药量为75g ,填塞20cm ,布孔高度2m。皮带走廊支撑结构采取一排立柱炸高3m、另外一排切筋处理方法,尽量减少爆破飞石对周围建筑及电线的影响。一厂皮带走廊的排架结构定向倒塌方向为北偏东,二厂皮带走廊的排架结构定向倒塌方向为正南方向,各排立柱之间采取延时起爆,以确保倒塌彻底。排架结构定向爆破切口及炮孔布置示意图如图3 所示。
两个焦化厂皮带走廊及排架总计96 根柱子,控制爆破拆除所需的炸药总计2813kg ,雷管总计760发,其中炮孔内均使用不同段数的毫秒延期导爆管雷管,起爆雷管使用瞬发电雷管。具体用量见表1 。
214 爆破网路
起爆网路采用多段毫秒延时非电导爆管网路,限制最大单段起爆药量,降低爆破振动和冲击波危害。应用首阶束状、双干线、四通闭合环、多点电雷管激发的复式非电起爆网路。
3 爆破安全
由于爆破地点位于城镇,必须考虑拆除爆破对周围环境的危害。爆破危害主要是:爆破振动、空气冲击波、飞石和噪声。本次爆破的装药点多,药量较为分散,单个药包药量小。待爆体四周有空旷的空间,因此空气冲击波和爆破噪声对周围建筑物和人员的危害很小,可以不予考虑。下面着重就爆破振动效应、烟囱塌落触地振动和飞石防护等进行校核。
311 爆破振动安全校核
爆破拆除过程中,烟囱的最大单段起爆药量明显高于皮带走廊,主要对烟囱的爆破振动及触地振动进行校验。通过最大单段药量(14kg) 计算不同距离处爆炸所引起的地表质点振动速度幅值。
v = KK′(Q13/ R)α
式中: R 为爆破中心到目标处的距离,m ; Q 为单段起爆最大药量, kg ; v 为地表质点振动速度,cm/ s ;K、K′、α分别为地震波传播介质的系数和衰减指数,根据工程实际并类比相关工程,取K = 200 、K′= 0125 、α = 117 。
爆炸引起不同距离处的地表振动速度值如下:距离/ m 20 40 60 80振动速度/ (cm ·s - 1) 1141 01 43 01 23 0114
312 烟囱塌落触地振动校核
烟囱倒塌时引起的触地振动通常比爆破振动大许多,依据中科院力学所的经验公式来估算:
vt = Kt [ (Mg H/σ) 1/ 3 / R ]β
式中: vt 为烟囱塌落触地引起测点处的地面振动速度,cm/ s ; M 是烟囱质量, t ; g 是重力加速度,918m/ s2 ; H 是烟囱重心高度,m ;σ为地面介质的破坏强度,一般取10MPa ; R 为测点到冲击地面中心的距离,m ; Kt 、β是与烟囱塌落方式及场地条件相关的衰减系数和指数。本工程取M 约为2500t , H为42m , Kt = 3137 ,β= 1167 ;经计算可得:35m 处的塌落触地振动速度为4149cm/ s ,依据相关规程可知,振动速度是比较大的,因此需要采取必要的控制措施来确保周围建筑物的安全。
313 爆破飞石的防护
对飞石的控制及防护是本工程的关键性问题之一,除了在方案设计过程中注意单个炮孔药量的控制、装药方式的选择和填塞质量,不同区域的雷管进行适当分段延时等,还在立柱爆破部位采取严密的近体防护措施。
314 爆破安全控制措施
为了降低爆破振动和建筑物塌落触地振动对周围建筑物的影响,除采用延时起爆、严格控制单段起爆药量、分段解体塌落等技术手段外,还在煤仓倒塌一侧10m 处开挖宽110m、深210m 的减振沟,在烟囱倒塌的范围内使用松土铺设了长50m、宽30m、厚016m 的减振缓冲层,这些措施能有效地降低建筑物落地振动的强度。为了防止爆破飞石对周围人员和建筑物的伤害,采用草袋、棉被、松叶被、铁丝网等物资对爆破部位进行多层近体覆盖防护。
4 爆破效果
起爆后,烟囱、煤仓和皮带走廊均按设计的预定方向和顺序倒塌、解体。基本上没有飞石产生。从倒塌落地的情况看,烟囱和皮带走廊等结构完全破坏,破碎块度均匀、爆堆集中、废碴堆主体高6～8m有利于爆后清碴。由于采用了分段起爆技术、开挖减振沟和铺设软土层,爆破振动和塌落振动得到了有效控制,周围的建筑物安然无恙,爆破取到了预期的理想效果。
