复杂环境下某158 m高混凝土烟囱双向三折爆破拆除研究
摘 要:某158 m高混凝土烟囱位于某市繁华地段,因规划需要进行爆破拆除。结合爆破场地实际情况,采取南北双向三折控制爆破方案,确定了爆破切口的位置、爆破开口的参数设计、爆破弹药用量及爆破后的安全与防护等问题。经监测,爆破效果理想,烟囱按照设想的方向和范围倒塌,筒体完全破碎,折叠痕迹明显,对周围建筑及设施没有造成大的影响,采取此方案爆破拆除超过150m高的混凝土烟囱在国内乃至亚洲尚属首次,可为同类建筑的爆破拆除提供参考。
关键词:混凝土烟囱 爆破拆除 微差控制
钢筋混凝土结构由于其强度高,拆除难度大,而且危险性强。对于高耸的钢筋混凝土结构,目前多采用爆破拆除,爆破拆除既安全又快捷,省时省力
可以大幅度提高施工安全性并缩短工期,具有很好的经济效益,目前已成为一种趋势。某待爆破拆除的158 m钢筋混凝土烟囱位于某市繁华地段,周边环境十分复杂,以烟囱每侧外壁为计算起点,东侧6 m处为某公司内机房,西侧10•5 m处为洗煤车间,65 m处为某村住宅区,南侧81 m处为厂内调度室,调度室以南是一个市场;北侧48•5 m处为厂内工作车间。爆破场区内自烟囱外壁计算,北侧距离烟囱37 m处,西侧距离烟囱9•6 m处有一条地下电缆。待爆破烟囱环境示意如图1所示。
待爆破烟囱沿高度其直径和壁厚特性如图2所示,底部+0•6 m处直径10•21 m,混凝土壁厚40mm,混凝土强度等级为C25,隔热层100 mm,内衬200 mm强度等级为C15的混凝土。南北两侧烟道对称,烟道口尺寸4•6 m×3•8 m,东西两侧出灰口对称,尺寸为1 m×1•62 m。
+31•85 m处直径9•02 m,混凝土壁厚350 mm,隔热层100 mm,内衬150 mm。
+61•85 m处直径7•82 m,混凝土壁厚290 mm,隔热层100 mm,内衬150 mm。
2 爆破方案
烟囱自身的高度达158 m,内衬和外壁均为钢筋混凝土结构。爆破施工要求不能影响厂内各机房、车间的正常生产,特别是保障东侧距离待爆烟囱
外壁6 m的机房,北侧距离待爆烟囱外壁48•5 m的车间以及近距离的地下电缆等设施的安全。不能危及附近居民的安全,不能影响南侧某市场的正常贸易。在四周没有一个范围可以允许采取单向或双折爆破能达到要求的现实情况下,采取双向三折微差控制爆破方案,详细的施工参数研究见下节,采取此种方案爆破拆除超过150 m高的钢筋混凝土烟囱在国内乃至亚洲尚属首次。
2•1 爆破切口部位的确定
鉴于四周的环境情况,最好的距离为烟囱的南侧区域,距离烟囱81 m,北侧区域距离烟囱48•5 m,再是由于烟道口南北对称,所以确定南北方向双向三折爆破,为了使倒塌后的爆渣向南坍塌范围控制在烟囱至厂内调度室之间,向北坍塌范围控制在烟囱至地下电缆之间。确定第一个切口位置在底部+0•6m处,利用烟道和通风口作为第一个爆破开口,开口中心线为南侧烟道中心偏东0•2 m方向;又由于烟囱外壁距离北侧地下电缆仅有37 m,所以确定在+31•85 m处搭设工作平台,作为第二个爆破开口,开口方向为+0•6 m处的反方位;在中部+61•85 m高搭设脚手架并搭社工作平台,作为第三个爆破开口,开口方向同+0•6 m开口方向相同,各开口展开面及立面情况如图3所示。
2•2 预处理
预处理主要针对3个切口的定向窗和定位窗的处理。其中+0•6 m处采取冲击炮和风镐等将定位窗处理至设计的4•6 m×4•6 m,两侧定向窗处理至设计的2•9 m×2•9 m;另外+31•85 m(+61•85 m)处采取风镐将定位窗处理至设计的3•1 m×2 m(2 m×2 m),两侧定向窗处理至设计的2 m×1•15 m。
2•3 爆破开口参数设计
爆破开口所对的圆心角,爆破开口的形状,爆破的长度、高度等参数详见表1。
2•4 孔网参数及装药量
根据《爆破工程施工与安全》[1]得知,单孔装药量Q见公式(1)。
Q=qwaH或Q=qabH(1)
式中 Q———单孔装药量,g;
w———最小抵抗线,m;
a———炮孔间距, m;
b———炮孔排距, m;
H———爆破体的爆破高度或宽度(厚度),m;
q———单位用药量,g/m3。
最小抵抗线w,对钢筋混凝土结构一般取为:w=0•30~0•50 m,取w=0•4 m。孔网间距a和排距b,对钢筋混凝土结构,a=mw ,m为炮孔密集系数,一般取为0•7~1•0;多孔一次起爆时,排距b应略小于a,可取b=(0•6~0•9)a;多孔逐排分段起爆时,可取b=(0•9~1•0)a。
炮孔直径d和炮孔深度L,在拆除爆破中,大多采用炮孔直径为38~44 mm,对小而薄的基础和墙壁时,L=(1•1~1•2)w,单位用药量q详见表2。
2•4•1 孔网参数及装药量(表3)
根据前节单孔装药量公式(1)及孔网参数的计算方法,知孔网各参数及单孔装药量如表3所示。
2•5 时差控制
+61•85 m处采用同批号的毫秒1段雷管,即本段雷管燃烧时间为1毫秒。+31•85 m采用同批号的毫秒19段雷管;+0•6 m处采用同批号的半秒7段雷管,即燃烧时间为3秒。
2•6 爆破网络
全部采取孔内延期,全部采取导爆管连接,各自形成全闭合回路,每个切口处形成多重闭合非电导爆管微差起爆网络,各层再闭合,将主线全部并联,后引起爆线。
2•7 爆破安全与防护
在爆破拆除时,应计算保护对象所承受的空气冲击波超压值,在平坦地形条件下爆破时,可按式(2)[1]计算超压。
ΔP =14QR3+4•3Q23R2+1•1Q13R(2)式中 ΔP———空气冲击波超压值105Pa;
Q———一次爆破的TNT炸药当量,kg;秒延时为最大一段药量,毫秒延时为爆破总药量;
R———装药至保护对象的距离,m。
经计算,东机房处冲击波超压值ΔP=0•526,属于严重破坏,必须予以重点保护。另外,为防止建筑地面振动破坏,还应计算地面质点,峰值振动速度V(cm/s),可根据经验公式
(3)[1]计算。
V = K×K′(Q13R)2(3)式中,K取值为175~230,2~1•5~1•8;K′为0•25~1•0,离爆源近,且爆破体临空面较少时取大值,反之取小值。
经计算,东机房处地面质点,峰值振动速度为V=4•05 cm/s,符合振动安全允许标准。除东侧机房外,还应保证西侧距离9•6 m的地下电缆免受损害;保证北侧距离37 m的地下电缆,距离48•5 m的运行车间不受损坏;并绝对保证倒塌范围控制在四周的有限空间内。
烟囱倒塌重点控制爆渣坍塌范围,塌落震动,飞石等,通过以上爆破参数设计达到控制爆渣坍塌范围;塌落震动控制采取堆砌沙质防护堤形式,距离待爆烟囱30 m的南侧砌筑第一道宽1•5 m高的沙堤,向南共砌筑7道,高度、宽度逐渐加大;距离待爆烟囱21 m的北侧也砌筑一道。
飞石控制主要采取措施一是合理降低单耗药量;措施二是在每个切口近距离绑扎竹篱笆、草帘子;措施三是在东侧机房的四周及上部搭设两道钢
管架并绑扎竹篱笆、草帘子,使机房被完全保护起来;措施四是在距离待爆烟囱东侧15 m,西侧在距离10•5 m的洗煤车间,南侧距待爆烟囱78 m处搭设一圈钢管架并绑扎竹篱笆。
3 爆后效果及分析
烟囱于2006年7月29日下午15时53分实施起爆,爆破随着清晰的3次连续的响声,烟囱成之字形下落,顺利倒塌后5 min烟雾散尽。经监测爆破效果非常理想,完全按照设想的方向和范围倒塌,烟囱筒体完全破碎,折叠痕迹明显,东侧距离原有烟囱6 m远的机房完好无损,仅有几片碎渣依靠在墙的外壁;西侧外摊范围在8 m左右,且地下电缆和洗煤车间完好无损;北侧自烟囱中心计算折叠后撤27•5 m,南侧自烟囱中心计算,烟囱顶倒塌的长度为69 m。除东侧防护钢管架部分倒塌外,其余防护网基本无大的破坏,仅有个别区域的竹篱笆被打掉,无飞石外抛现象,未造成周边建筑物和设施损坏及人员的伤害。经过事先对估算倒塌范围外出15 m布设的震动波监测点,通过对爆破过程中地面震动波的监测,证明地面沙堤防护效果明显,各监测点未超出2 cm/s。烟囱双向三折微差控制爆破组图如图4所示。
4 结束语
近年来爆破拆除建筑物技术已经日趋成熟,本例中的双向三折微差控制爆破也得到了很好的运用与实践,基本上能达到预期效果。计算机仿真分析是目前结构分析倒塌领域内的研究热点[2],计算机仿真分析不但能优化参数设计,动态直观地显示倒塌过程,而且能省时省力,免去多次现场爆炸试验确定爆炸参数的危险性,还能使爆炸方案的确定与施行更加方便快捷。目前尚未见有关这方面成熟的通用分析软件[3]。关于爆破拆除的计算机仿真分析将是作者下一步研究的重点。
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