1 前 言
在市政建设和厂矿企业改建、扩建工程中会遇见一些废弃烟囱需要拆除的问题,烟囱是高耸的建筑物,使其倒塌不难,然而在建筑林立、人口稠密区,倒塌范围常常受到限制。特别是在复杂环境条件下对高耸烟囱进行拆除爆破,烟囱爆破及其倾倒着地的振动效应,必然会对附近建筑物、构筑物和其他设施产生一定影响。为了有效地保证爆破施工安全,有必要对烟囱拆除爆破引起的地表振动进行深入研究,为烟囱等高耸建筑物的爆破拆除设计及周围环境的影响评估提供参考。
2 工程概况
四川省江油市马角镇前进砖厂已经停产数年,其烟囱在修建期间就发现向东偏斜,至今最大偏距起点高度21m,顶端中心偏移0. 87m,如图1 ( a)所示。江油市安监局多次下达整改通知,限期拆除。此烟囱为砖结构, 烟囱高42m, 底部外周长13. 56m, 内周长6. 28m, 外层壁厚60cm, 内层厚12cm。内外层之间有10cm厚的隔热层。烟囱东侧14m为乡镇公路,沿公路旁侧为村民住宅,南面38m为现行白云岩加工厂。西面约29m 远为变电所。北面有多年失修的村民住宅,只有东南面具有一定宽度和长度的狭窄地带,如图1 ( b)所示。为了分析该烟囱拆除爆破地震效应特性,进行了爆破振动测试。
3 爆破方案和设计参数
根据现场环境条件和烟囱结构条件,采用定向倾倒的拆除爆破方案[ 1 ] ,烟囱倾倒方向见图1。设计的爆破切口高1. 8m,切口长8m,炮孔以似倒梯形布置,切口部位布置5排炮孔,共77个炮孔,孔深40cm,孔距50cm,排距40cm,单孔药量100g,总药量7. 7kg。
4 爆破振动测试
4. 1 测试系统
新修订的《爆破安全规程》( GB672222003) ,将爆破质点振动速度作为对建(构)筑物爆破振动安全的主要判据, 因此采用质点振动速度测试系统[ 2 ] ,且所测振速均为垂直方向。测试系统见图2。
4. 2 测点布置
如图1 ( b)所示, 3#、4#、5#测点布置在烟囱倾倒方向一侧的白云岩加工厂附近, 1#、2#和6#、7#测点布置在烟囱西南的坡地和坡脚处。
5 爆破振动测试结果与分析
5. 1 爆破振动测试结果
起爆后,烟囱按预定的方向倒塌,布设的7个传感器采集到了各点在烟囱爆破及塌落过程中的振动波形及参数。图3是部分测点振动波形图,测试数据见表1。
由于测振仪触发方式设置为内触发, 3# ～5#测点的爆破振动速度太小,未达到触发电平,所以直至烟囱着地,冲击振动信号才触发(见图3 ( b)中测点4#处的振动波形图) ,表1中3# ～5#测点的爆破振动速度用“ - ”表示。
5. 2 爆破地震效应特点
由测试结果可知,此次烟囱拆除爆破的地震效应有如下异常情况。
(1)位于烟囱西南的坡地和坡脚处1#、2#、6#及7#测点不仅接收了爆破震动波,还接收了冲击振动波。但是布置于烟囱南偏东方向的3#、4#和5#测点只接收到烟囱倒塌时冲击地面的振动波,未接收到爆破震动波,说明爆破振动产生的地震波传播到这3个测点时已衰减到非常微弱的程度。偏斜烟囱拆除爆破振动测试与分析
(2)一般情况下,烟囱拆除爆破时烟囱触地的振动强度大于缺口爆破时的振动强度[ 3. 4 ] 。但是至烟囱距离大于烟囱着地距离的1#、2#、6#、7#测点的爆破振动速度却大于冲击振动速度。例如2#测点与爆源的距离为19. 8m,与烟囱着地的距离相距14. 54m,但所测出的冲击振动速度(0. 1253cm / s)仅为爆破振动速度(0. 2985cm / s)的41. 97%。
5. 3 爆破地震效应分析
根据爆后现场调查,烟囱底部存在宽4～5m,深1～2m,南北走向的软弱夹层(见图1) 。烟囱修建于20世纪80年代初,由于当时施工条件和经济条件有限,对烟囱底部地基的稳定性没有足够的重视,导致烟囱在建成初期就发现向东偏斜。因此软弱夹层使烟囱在荷载作用下产生了不均匀沉降。爆破震动研究表明[ 5 ] ,当震源位于接近地表的浅层且在软弱夹层或裂隙附近时,地表的振动信号与没有软弱夹层或裂隙时的信号截然不同,这时地表的信号反应了软弱夹层或裂隙的信息,在地表处平行于裂隙或软弱夹层方向的振动信号没有明显的变化,而垂直于裂隙方向的振动信号有较大的差异。这次爆破地震测试, 3#、4#、5#测点与1#、2#、6#及7#的振动信号有较大的差异,这种异常现象与软弱夹层应该有一定的联系: ①烟囱爆破振动产生的地震波经过夹层的衰减后才到达3#、4#、5#测点,因此不能记录下爆破振动波而只有较强的冲击振动波(如4#测点冲击振动速度为0. 4351cm / s) ; ②烟囱着地冲击振动产生的地震波经过夹层的衰减后才到达1#、2#、6#和7#测点,以致这些测点的爆破振动速度大于冲击振动速度; ③一般认为,负高差地形“缩小”震动,正高差地形“放大”震动[ 6 ] 。测试结果中,6#、7#测点与烟囱倒塌中心线的距离分别大于1#和2#测点与烟囱倒塌中心线间的距离,其振动速度都分别大于后者。从图1 ( a)中可以看出, 6#、7#测点所在的台阶高度比1#、2#测点所在的台阶高度高3m,产生了一定的高程放大效应。
以上分析说明烟囱爆破地震效应不仅与爆破方案、烟囱拆除后的解体尺寸和烟囱倾倒方向上场地的情况有关,还与地震波传播路径上的地质地形条
件有关。
6 结 论
通过爆破振动测试,分析了本次烟囱拆除爆破地震效应特点以及地质、地形条件对爆破地震波传播的影响情况,得出如下结论,对类似拆除爆破振动效应分析及其安全防护具有一定参考意义。
(1)通过爆破振动测试数据和现场调查结果分析,发现导致烟囱偏斜的原因是烟囱底部一侧存在软弱夹层,夹层的走向为南北向。
(2)软弱夹层对地震波传播的衰减作用较大,使得烟囱爆破振动产生的地震波经过夹层传播到3#、4#、5#测点时振动强度很弱,以致测振仪无法采集到该时段的信号;而烟囱倒塌着地冲击振动产生的地震波经过夹层传播到1#、2#和6#、7#测点时的振动强度较小(小于较远传来的烟囱爆破产生的地震波强度) 。
(3) 6#、7#测点所在位置处的爆破振动强度产生一定的高程放大效应,故其振动强度都大于位置较低的1#、2#测点所在位置的震动强度。
