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磚煙囪高位爆破切口實踐

2016-09-28 11:27:58 責任編輯:崔瑋娜

李清明  劉文廣  申文勝  李介明

(上海消防技術工程有限公司,上海,200080)

摘要:國內外有很多對鋼筋混凝土煙囪實施高位爆破切口進行爆破拆除的例子,而對磚煙囪高位切口爆破的較少見。本文就是利用控制爆破技術,對磚煙囪在地面以上9m的高位實施爆破切切口,達到了對保護物保護的目的,并取得了一些經驗供參考。

關鍵詞:磚煙囪;爆破拆除;高位切口;實踐經驗

工程概況

1.1  工程環境

上海大眾汽車廠內一鍋爐房改造地塊內有一座60m磚煙囪需爆破拆除,煙囪四周環境較復雜(見圖1)。北側為十號路,距離待爆煙囪39m,十號路北側為廠區零部件堆放處,距離待爆煙囪45m。南側為十一號路,路南側為廠區內管架,距離待爆煙囪25m;東側為待拆引風車間、待拆除的鍋爐房及輸煤系統(爆破后拆除);西側為廠區內的五號路,離待爆煙囪42m,中間隔著待拆沉渣池(爆破前拆除)。五號路西側為塔山路,距離待爆煙囪57m。十號路和五號路下有廠內消防水管需保護不得損傷,東側40m和南側25m架空管道是廠內蒸汽管,需保護不受損傷。

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1.2爆破對象

磚煙囪,高度為60m,頂部直徑1.4m,底部直徑8.9m。混凝土灌注樁,直徑650mm,承臺基礎厚2.5m(見圖2)。

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1.3  拆除要求

(1)保護廠內所有管線不受損傷。

(2)爆破振動和塌落振動控制在國標范圍內。

(3)保護好廠內道路。

1.4本工程拆除重點及難點

(1)待爆破拆除的60m磚煙囪,位于場地中心,煙囪底外周向北距離道路39m,向西距離道路42m,東、南兩側均有管架。煙囪底外周距離道路50m,距離地下管道54m,環境較復雜。

(2)爆破拆除區外為廠內道路,需正常使用,爆破拆除前對拆除區用圍擋與道路隔開,以保證道路通暢安全。

2爆破技術方案

2.1爆破方案的確定

根據本工程環境和結構特點,沉渣泡上部結構拆除,倒塌方向設定為北偏西45°,使倒塌方向到道路和地下消防管的距離最大。利用鍋爐房做天然的防護屏障,提高爆破切口高度,控制倒塌范圍(見圖3)。

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2.2 60m煙囪結構

煙囪的結構形式為:預制鋼筋混凝土樁,圓形基礎,磚筒身,高60m,承臺基礎直徑為8.9m,煙囪(±0.00m)直徑為4.Om,壁厚為500mm,頂部直徑為1.4m,壁厚為240mm。

煙道位于標高-0.150~3.900m處,高度4.Om,寬度1.80m,煙道口向東。

2.3切口位置

根據環境條件和煙囪結構形式,煙囪的爆破切口位置選擇在煙囪+9.Om處。采用高位切口可以避開煙道口位置對爆破切口的影響,使爆破倒塌方向更準確。

為了確保倒塌方向的準確性,在設計切口位置時,對保留截面強度進行校核。其基本原則是:在煙囪切口形成瞬間,確保保留筒體強度能短暫支撐煙囪的質量,防止煙囪反方向倒塌和控制后坐;另外在煙囪向前傾倒過程中,必須保證支撐比較薄弱的一側簡體具有一定強度,防止煙囪倒塌過程中向該側傾斜,結合對煙囪結構的理論分析和長期工程實踐經驗,通過上述技術措施完全能夠確保煙囪的倒塌方向按照設計方向定向傾倒。

2.4爆破切口數據

切口+9.Om處壁厚380mm;切口處外半徑1.850mm,外周長為l1.6m(見圖4)。

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2.4.1  切口形狀

采用雙梯形,底部梯形底角30°,上部梯形底角45°。

2.4.2切口高度Hp

對鋼筋混凝土煙囪而言,應考慮切口形成后,切口內裸露的豎向鋼筋必須失穩。同時,還應使煙囪在傾倒至較大角度時,切口的上下沿才閉合相撞,防止相撞時使傾倒方向發生偏離。同時,還應使其傾倒至爆破切口閉合時,重心位置偏移到切口標高處筒壁范圍以外。切口高度Hp根據以往經驗按公式(1)確定:

Hp≥(3~5)B    (1)

式中Hp——切口高度,m;

B——煙囪切口處的筒壁厚度,B=0.38m。

按照式(1)計算,最大切口高度Hp=1.14~1.9m。

綜合考慮,煙囪的爆破切口高度取1.5m。

2.4.3爆破切口長度Lp

切口長度的大小決定切口形成以后煙囪能否實現偏心失穩,如果切口過大可能導致余留部分沒有足夠的支撐力而使煙囪倒塌方向失去控制,甚至出現反向倒塌,反之可能出現傾而不倒的情況。根據該煙囪的結構和實際受力情況,選擇切口對應的圓心角α為225°(見圖5),計算得切口長度為:切口下沿長度梯形下底長Lp=225°/360°×1.850×2×3.14=7.26m,切口上沿長度取3.2m。

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2.4.4切口預處理

在切口兩側開三角形定位窗,底長度1000mm,高577mm;以倒塌中心線為中開定向窗長1500mm,高1500mm。

2.4.5  爆破參數

孔距:a=40cm;排距:b=30cm;孔深:L=23cm。炸藥單耗:K=1050g/m3,單孔裝藥量:q=47.9g(實際取50g),炮孔裝藥示意圖如圖6所示。

 927104736.jpg

共布置6排炮孔,共計炮孔56個,炸藥量:50g/孔×56孔=2800g。

非電導爆管雷管:200發;塑料導爆管:500m。

3起爆網路設計及起爆網路圖

3.1  起爆器材

本工程考慮到雜電及射頻電干擾因素,決定采用非電導爆管起爆系統。

3.2起爆器及起爆方法

起爆方法:裝好炸藥,采用孔內外延時非電雷管,用激發槍引爆導爆管雷管。

3.3起爆網路設計

采用簇聯的連接方式(見圖7)。每20根炮孔內雷管的導爆管捆扎成一簇,同時綁扎兩發非電引爆雷管 (此法稱為簇聯),該兩發非電雷管與其他簇聯交叉連成接力的簇聯,構成復式起爆網路,最后用兩發雷管綁扎最終一組簇聯的導爆管,然后用激發槍引爆導爆管實施爆破。

延期時間:采用孔內延期,沿傾倒中心線兩側各1.5m范圍內用ms-5,其余炮孔用ms-6毫秒雷管。 

為保證可靠準爆,底部兩排炮孔采用雙雷管。

3.4起爆網路

起爆網路如圖7所示。

 927104737.jpg

4安全設計及防護

4.1爆破安全防護措施

4.1.1爆破切口作業安全措施

煙囪炸高為1.5m,沿煙囪四周搭設腳手架,鋪設作業面,平臺高8.5m,平臺寬度3.0m,平臺設有2m高的護欄,護欄用安全防護網圍住。人員通往作業平臺利用旋轉樓梯或之字形樓梯。

4.1.2煙囪爆破瞬間個別飛石防護的安全措施

當爆體在無遮擋情況下飛石距離計算見式(2):

R=70×q0.58

q=1.05kg/m3(取炸藥單耗中最大值),計算得:R=72m。

為減緩爆破時飛石拋出的速度和控制飛石在規定的安全范圍內,爆體采用竹笆(草袋)進行覆蓋防護(雙層),外再加帆布。

4.1.3  煙囪體著地倒塌時,防止泥土及碎塊側向飛濺措施

煙囪體傾倒水平著地時,對地面的沖擊作用很大,地面松軟時,泥土易被拋出,且拋距較大。若不采用措施,煙囪上半部分著地時破碎較為充分,煙囪體內的壓縮氣體可能將囪體混凝土碎塊拋出。因此,從根部開始,在煙囪的倒塌中心線方向左右5°范圍內,鋪設墊層緩沖帶,緩沖帶上部鋪設一層綠網,墊層緩沖帶可以使囪體塌落著地時避免直接與地面接觸,而是經過沙袋緩沖層帶,可以大大減少泥土和碎塊側向飛濺距離。

煙囪爆破前,鍋爐房和水處理房未拆除,利用其作為天然防護屏障,防止飛石飛濺,在五號路東側,利用鋼管和竹笆搭設一道防護架,防止爆破飛石和落地后的二次飛濺。

4.2爆破振動安全設計

按《爆破安全規程》中的公式計算爆破振動速度(見式(3)):

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式中  Q——允許的一次齊爆藥量,kg,本次最大一次齊爆藥量為2.8kg;

R——保護目標到炸點中心的距離,m;

v——質點振動速度,cm/s;

K——與爆破地質有關的介質系數;

K′——與爆破方式有關的裝藥分散經驗系數;

α——爆破地震波衰減指數。

本次計算按:K=150,K′=0.25,α=1.6,R=25m,煙囪的單段最大起爆藥量為:Q=2.8kg,v=O.38cm/s。

4.2.1煙囪沖擊地面振動計算

煙囪均距離西側的門衛室較近,煙囪倒塌區域為拆除場區,周邊環境較好,根據公式,沖擊振動可用式(4)進行計算:

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式中  K,K′,α——意義同前,K=150,K′=0.33,α=1.5;

G——煙囪切口以上質量,煙囪G=320000kg;

h——煙囪中心高度,h=29.5m:

門衛室:煙囪距離為R=25m,lkg標準炸藥爆炸時釋放的能量為4×105J。

代入式(4)計算是:煙囪v1=1.9cm/s:

經以上計算,本工程不管爆破振動還是沖擊振動,均在國標允許范圍內,均可確保安全。

4.2.2空氣沖擊波及噪聲計算

炸藥在炮孔內爆破,在空氣中產生沖擊波的強度用△P表示。炮孔內爆破超壓可按薩道夫基經驗公式計算(見式(5)):

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式中  △p——空氣沖擊波超壓值,Pa;

Q——最大齊爆藥量,Q=2.8kg;

R——測量到爆源距離,煙囪離門衛室最近,R=25m;

K,K′,α——經驗系數和指數,K=1.48,K′=0.25,α=1.6。

代入式(5)計算得:

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根據實測資料,當△p=0.05×105Pa時可造成玻璃窗開裂,△p=0.02×105Pa時可以造成房屋頂棚抹灰局部掉灰。本工程計算的△p=0.0037l×105Pa與△p=0.05×105Pa相比,只有l/4左右,即使在沒有任何防護的情況下,爆破沖擊波不會造成周邊建筑物的門窗玻璃破損。

4.3爆后效果及經驗

爆破后倒向準確,倒塌長度25m,只有切口上部長度的一半,倒塌物主要集中在倒塌方向的。20m范圍內。倒塌過程有后坐現象,后方5m范圍內有由后坐塌F的大磚塊(見圖8)。

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通過此項目,有以下幾點經驗供同行參考:

(1)磚煙囪高位切口容易產生后座或下坐,反向安全距離不夠時應慎用。

(2)高位切口磚煙囪爆破,由于下坐倒塌長度大大縮小,對于場地局限性較大的可參考。

(3)護塌落沖擊防護應考慮后坐或下坐的情況,不能忽視煙囪底座附近的防護。

參考文獻

[1]汪旭光,于亞倫.拆除爆破理論與工程實例[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]史家堉,程貴梅,鄭長青.建筑物爆破拆除理論與實踐[M].北京:中國工業出版社,2009.

[3]史雅語,金驥良,顧毅成.工程爆破實踐[M].合肥:中國科技大學出版社,2002.

摘自《中國爆破新進展》


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