150 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

李 鴻， 陳信鴻， 李 杰

(貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司， 貴陽 550002)

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150m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

李 鴻， 陳信鴻， 李 杰

(貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司， 貴陽 550002)

摘要：介紹了成功將150 m鋼筋混凝土煙囪進(jìn)行爆破拆除的案例。針對待爆破煙囪周圍環(huán)境特點(diǎn)制定了爆破設(shè)計(jì)方案，采用了加大爆破切口高度，全部瞬發(fā)起爆及簇聯(lián)復(fù)式網(wǎng)路以及安全防護(hù)措施。煙囪倒塌長度165.3 m，倒塌方向前沖距離約為煙囪高度的10%，在爆破以及煙囪下坐、倒塌觸地過程中振動速度最大值為0.10 cm/s，需保護(hù)建(構(gòu))筑物和設(shè)施完好無損。取得了定向準(zhǔn)確、傾倒落地安全、爆破振動控制好的經(jīng)驗(yàn)，可為類似爆破工程提供參考。

關(guān)鍵詞：煙囪； 鋼筋混凝土； 定向爆破； 爆破拆除； 安全措施； 爆破振動

1工程概況

盤縣老屋基矸石發(fā)電廠因“上大壓小”項(xiàng)目啟動相關(guān)要求及企業(yè)改革需要，決定在原址基礎(chǔ)上重新規(guī)劃新建一個(gè)30萬kW的發(fā)電廠，需要拆除廠區(qū)內(nèi)大部分建(構(gòu))筑物及平整場地，要將發(fā)電廠內(nèi)煙囪進(jìn)行爆破拆除。

1.1周圍環(huán)境

待拆除煙囪為高度150m鋼筋混凝土煙囪。煙囪東側(cè)緊鄰待拆除的除塵室、鍋爐間、主廠房；南側(cè)為電廠煤渣池，距離為56m；西側(cè)緊鄰廠區(qū)公路和待拆除材料供應(yīng)科庫房，需要保護(hù)的民房位于煙囪正西側(cè)，距離為165m；北側(cè)為山體，距離煙囪70m。煙囪周圍150m內(nèi)無需保護(hù)建(構(gòu))筑物，周圍環(huán)境見圖1(廠區(qū)內(nèi)煙囪周圍建(構(gòu))筑物均待拆)。

圖1　煙囪周圍環(huán)境Fig.1　Environment around the chimney

圖2　煙囪Fig.2　The chimney

1.2煙囪結(jié)構(gòu)

煙囪重2 600t，重心高度為50m。頂部直徑6.2m、壁厚160mm，底部外直徑14m、內(nèi)直徑13.2m、壁厚400mm。煙囪高0 ～35m的豎向配筋為Ф22，高35 ～100m豎向配筋為Ф20，100m以上為Ф16；底部為雙層鋼筋網(wǎng)片結(jié)構(gòu)，上部為單層鋼筋網(wǎng)片結(jié)構(gòu)。煙囪基礎(chǔ)為直徑18m、地下深2.5m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。內(nèi)部煤灰斗底部距地面6.5m，有4根橫截面為80cm×40cm的鋼筋混凝土井字橫梁；煙道頂部距地面高度8.5m，煙道和出灰口均成南北走向。

2爆破方案

拆除爆破是一種既高效又科學(xué)文明的施工方法，即運(yùn)用爆破原理，在認(rèn)真分析擬要拆除煙囪的荷載分布，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際承載能力的基礎(chǔ)上通過炸藥爆炸時(shí)瞬間釋放的巨大能量把煙囪的部分承重結(jié)構(gòu)破壞，形成爆破切口，使煙囪獲得一定的偏心距，在自重作用下按設(shè)計(jì)方案倒塌。

煙囪為前期拆除構(gòu)筑物，除塵室、鍋爐房、主廠房、供應(yīng)科庫房因內(nèi)部設(shè)備還未全部拆除，需對其進(jìn)行保護(hù)。綜上，南側(cè)為煤灰池，具備煙囪倒塌空間。經(jīng)現(xiàn)場勘察，南側(cè)煤灰池具備煙囪倒塌空間，決定煙囪定向倒塌方向?yàn)檎戏健?-4〕。

2.1爆破設(shè)計(jì)

2.1.1爆破切口設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和煙囪下部結(jié)構(gòu)情況，確定煙囪爆破切口距地面50cm。切口采用正梯形，兩側(cè)開定向窗。為保證煙囪的爆破效果和倒塌方向的準(zhǔn)確，在切口的正中心開中間窗，兩端開設(shè)三角形定向窗。

(1)切口圓心角

切口圓心角直接決定切口展開長度，而切口長度決定了傾覆力矩的大小，切口偏長，傾覆力矩偏大，絞支易于破壞，不利于煙囪的平穩(wěn)倒塌。爆破切口的長度是以煙囪的重力引起的截面彎矩應(yīng)等于或稍大于預(yù)留支撐截面極限抗彎距為主要依據(jù)來確定的，本工程依據(jù)類比法取爆破切口圓心角為216°，如圖3所示。

圖3　煙囪爆破切口斷面Fig.3　The chimney profile of blasting cut

(2)切口展長

煙囪切口中心截面處的筒體周長為43.96m，切口圓心角為216°，底部展長43.96×216/360=26.37m，實(shí)取27m。根據(jù)煙囪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和倒塌方向，切口兩側(cè)預(yù)開三角形定向窗，定向窗底長1.5m、高2.5m，中間窗底寬2m、高3.2m，如圖4所示。為防止開設(shè)窗內(nèi)鋼筋在煙囪倒塌時(shí)起到一定支撐作用，預(yù)先將開設(shè)好的定向窗、中間窗內(nèi)橫豎鋼筋全部切割，如圖5所示。

圖4　爆破切口Fig.4　Blasting cut

圖5　預(yù)處理后定位窗Fig.5　The positioning window after preprocessing

(3)切口高度

切口高度H是煙囪拆除爆破設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，H=(3～5)δ，其中δ為切口處煙囪的壁厚，煙囪底部筒壁厚為0.40m，切口高度取H=1.2 ～2.0m，考慮到倒塌場地有限，盡量縮小煙囪的觸地范圍，實(shí)取H=3.2m，如圖6所示。

圖6　煙囪爆破切口立面圖Fig.6　The elevation of blasting cut

2.1.2爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)煙囪爆破參數(shù)

煙囪采用手持式Y(jié)T2鉆孔機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘

察情況，炮孔布置如圖7所示。

圖7　炮孔布置圖Fig.7　The arrangement of hole

采用梅花形布孔方式，爆破切口內(nèi)(開定向窗、減荷槽的炮孔除外)共布孔429個(gè)(每排約45個(gè)炮孔，共計(jì)9排)，炸藥用量51.48kg，裝藥結(jié)構(gòu)橫截面如圖8所示。在每孔內(nèi)裝單發(fā)MS1段雷管，孔內(nèi)共用雷管429發(fā)。煙囪具體的參數(shù)見表1。

圖8　裝藥結(jié)構(gòu)橫截面圖Fig.8　Cross section of charge structure

名稱壁厚/m孔徑/mm孔距/cm排距/cm炸藥單耗/(kg·m-3)炸高/m總布孔/個(gè)單孔藥量/g總裝藥量/kg參數(shù)0.4040403523.242912051.48

(2)內(nèi)部支撐橫梁爆破參數(shù)

為防止倒塌過程中橫梁對煙囪壁的支撐作用，對橫梁鉆水平孔，每根橫梁一端布置3個(gè)孔，共計(jì)24個(gè)孔。橫梁寬δ=40cm；孔深L=2/3×δ=26.7cm，取27cm；孔距a=(0.8～1)L=20.8 ～26cm，但根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘查情況取a=40cm、排距b=35cm；單耗q=2.5kg/m3；單孔裝藥量Q=qabδ=140g，實(shí)取150g。

采用梅花形布孔方式，橫梁共布孔24個(gè)，炸藥用量3.6kg，在每孔內(nèi)裝單發(fā)MS1段雷管，孔內(nèi)共用雷管24發(fā)。

2.2網(wǎng)路設(shè)計(jì)

煙囪孔內(nèi)用兩發(fā)瞬發(fā)非電雷管進(jìn)行延時(shí)，每20發(fā)瞬發(fā)非電雷管抓一簇，用兩發(fā)瞬發(fā)雷管連接，煙囪

共分3簇瞬發(fā)非電雷管，將6發(fā)雷管綁一簇，用兩發(fā)瞬發(fā)雷管連接，用雙起爆針起爆。具體爆破網(wǎng)路如圖9所示，爆破器材使用情況見表2。

圖9　煙囪爆破網(wǎng)路連接示意圖Fig.9　The connection diagram of blasting network

序號名稱數(shù)量備注1乳化炸藥55.08kg?32mm2導(dǎo)爆管雷管650發(fā)MS1導(dǎo)爆管(腳線5m)3起爆針2個(gè)4起爆器2個(gè)

2.3安全防護(hù)設(shè)計(jì)

2.3.1減小倒塌觸底振動措施

通過毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路控制煙囪各個(gè)部位的起爆時(shí)間和觸地時(shí)間，將觸地沖擊作用分散開來減小觸地振動。在倒塌方向布設(shè)兩道緩沖堤，緩沖堤沿倒塌中心線從塔基邊緣算起依次40m、54m各布設(shè)一條。每道長10m、寬2m，高度依次為1.5m、2m。緩沖堤橫截面與緩沖沙袋如圖10、圖11所示。

圖10　緩沖堤橫截面Fig.10　The cross section of buffer dike

圖11　緩沖沙袋Fig.11　The buffer sandbags

2.3.2飛石防護(hù)

對爆破切口布孔部位采用“膠皮網(wǎng)-草墊”雙層

防護(hù)。先對布孔部位采用雙層膠皮網(wǎng)包裹捆扎，然后在膠皮網(wǎng)上懸掛單層草墊。

3爆破效果

3.1倒塌效果分析

起爆后，整個(gè)煙囪失穩(wěn)傾斜，按預(yù)定方向傾倒觸地。煙囪3m以下部分完全破碎，未爆破區(qū)域的鋼筋混凝土在煙囪重力作用下被拉斷破碎；15m以上部位倒塌觸地后破碎較好，爆堆高度1.8m；40m以上部位在緩沖堤和混凝土邊墻的作用下折斷，破碎效果較好，爆堆高度1.0m。爆破后周圍建(構(gòu))筑物均未受影響。現(xiàn)場爆破效果如圖12所示。

圖12　爆破效果Fig.12　The effect of blasting

對倒塌后的煙囪進(jìn)行測量，整個(gè)煙囪倒塌長度165.3m，倒塌方向前沖距離約為煙囪高度10%。

3.2爆破振動效應(yīng)分析

對西側(cè)居民房進(jìn)行振動測試〔5-6〕，共布置兩個(gè)測點(diǎn)，距離煙囪的距離分別為170.5m、165m，得到不同測點(diǎn)的振動速度峰值見表3。

本次煙囪拆除爆破從起爆至煙囪觸地振動總歷時(shí)12s，其振動歷程包括爆破自身產(chǎn)生的振動以及煙囪下坐、倒塌觸地過程的振動。其中爆破振動歷時(shí)約1.2s，峰值振速0.1023cm/s出現(xiàn)在測點(diǎn)1的1.1s左右，附近居民區(qū)的測點(diǎn)振動都在0.2cm/s以下，測點(diǎn)1和2的監(jiān)測波形如圖13、圖14所示。

表3　振動監(jiān)測結(jié)果

圖13　1號測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果Fig.13　Monitoring result of No.1 point

圖14　2號測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果Fig.14　Monitoring result of No.2 point

爆破振動監(jiān)測資料表明：各測點(diǎn)實(shí)測最大振動速度均在安全允許振速之內(nèi)〔7〕。因此，此次爆破沒有對保護(hù)對象產(chǎn)生破壞影響，符合安全要求。

4結(jié)語

煙囪按爆破設(shè)計(jì)方向傾倒著地，爆破倒向準(zhǔn)確，倒塌方向前沖距離約為煙囪高度10%。對煙囪西側(cè)居民房進(jìn)行振動監(jiān)測，測點(diǎn)振動監(jiān)測結(jié)果都在0.2cm/s以下，周邊需保護(hù)民房安然無恙。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0040-05

收稿日期：2016-01-07

基金項(xiàng)目：黔科合重大專項(xiàng)字[2015]6003；黔科合高G字[2015]4004；貴州省工業(yè)和信息化發(fā)展專項(xiàng)基金計(jì)劃(2015030)

作者簡介：李 鴻(1962-)，男，博士，高級工程師，主要從事工程爆破及安全技術(shù)研究。E-mail： 542042223@qq.com

中圖分類號：TD235.373

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.008

Blastingdemolitionof150mhighreinforcedconcretechimney

LIHong，CHENXin-hong，LIJie

(GuizhouXinlianBlastingEngineeringCo.,Ltd.，Guiyang550002，Guizhou，China)

ABSTRACT：The blasting of 150 m reinforced concrete chimmey successfully was introduced.The blasting design was made according to the environmental characteristics of the chimney. The height of blasting cut was increased, and all instantaneous detonation and cluster compound network and safety protection measures were used. The collapse length of the chimney was 165.3m, the collapsed distance along the collapse direction was 1/10 of the chimney height. Under the blasting, the peak velocity of the collapsed vibration was 0.10 cm/s, and the protection of the building/structures and facilities were in good condition. This blasting made orientation accurately, the experience of dumping ground safety and the controlling of good blasting vibration had been obtained, which could provide a reference for similar blasting engineerings.

KEY WORDS:Chimney； Reinforced concrete; Directional blasting； Blasting demolition； Security measure； Blasting vibration