鄭文富,陳少輝,張文龍
(廣東中人爆破工程有限公司, 廣東 廣州 510640)
復雜環(huán)境下100 m煙囪高位切口定向爆破拆除
鄭文富,陳少輝,張文龍
(廣東中人爆破工程有限公司, 廣東 廣州 510640)
介紹了在復雜環(huán)境下,一座100 m高鋼筋混凝土結構煙囪高位切口定向爆破拆除的具體工程實例,通過分析,選擇了合理的爆破方案,并確定煙囪切口高度、倒塌方向、起爆網絡等,同時采取有效的防護措施,取得了良好的爆破效果。
煙囪;拆除爆破;高位切口
廣東省廣州市某堿業(yè)公司廠內,有一座煙囪因建設需要進行爆破拆除。拆除煙囪為100 m高的鋼筋混凝土結構,標高±0至20 m處混凝土壁厚為0.45 m,0.14 m厚的#150陶粒砼內襯,混凝土壁與陶粒砼內襯中間還留有0.05 m厚的封閉空氣隔熱層。
該煙囪周圍構建筑物密集,煙囪東側45 m是蒸汽管道及廠區(qū)道路;南側9 m處是渣池吊及渣池;西南側65 m處有兩層沙場宿舍樓,100 m外是兩層的樓房;西側29 m處是圍墻及二條廢污水鋼管,130 m處為空置廠房;西北側120 m處有空置廠房及二層職工宿舍;北側105 m及東北側80 m處為兩間約7 m寬廠區(qū)內部二層配電房,環(huán)境比較復雜,四面呈夾制狀,可供煙囪倒塌的最大長度為正北方向,長105 m,最大寬度為67 m。煙囪周圍環(huán)境如圖1所示。
圖1 煙囪周圍環(huán)境平面圖
由于煙囪在廠區(qū)內,周邊環(huán)境較為復雜,實施爆破拆除主要有以下幾個難點。
(1) 控制倒塌方向。由于拆除煙囪周邊環(huán)境比較復雜,倒塌空間狹小,煙囪高度與倒塌距離相當,必須精準控制煙囪倒塌方向以及倒塌距離,控制煙囪倒塌對周邊預留構建筑物造成的破壞。
(2) 控制飛石距離。拆除煙囪時,爆破瞬間以及煙囪倒塌觸地都會產生大量飛石,容易使周圍建筑物、設備及人員造成損壞及傷害[1]。
(3) 控制爆破振動強度。在爆破拆除構建筑物中,構建筑物倒塌觸地會產生塌落振動,容易對周圍構建筑物、設備造成損傷及損壞。
煙囪底部+2.0 m處筒身東、西側壁位置各設有一個寬2 m、高5 m的煙道口。由于煙囪等細桿式高聳建筑物的自穩(wěn)定差,周邊環(huán)境比較復雜,根據大量的工程實際及相關煙囪爆破拆除理論文獻[2],煙囪倒塌方向長度不小于煙囪其高度的1.2倍,寬度不小于煙囪底部直徑的2.5倍[3],即標高100 m、底部外直徑為8.5 m的煙囪倒塌需要120 m長度及21.25 m寬度的倒塌空間,超過周邊環(huán)境可供倒塌場的最大長度105 m。
因此煙囪不能采用從煙囪底部定向爆破的方法,須采用提高缺口的高位切口定向爆破拆除方法,以確保100 m煙囪倒塌在正北側105 m長度的有限場地內。
爆破拆除倒塌方向確定為正北方向。把切口標高提高到+15 m標高處,+15 m標高以上的煙囪倒塌最大倒塌距離核算為102 m,符合爆破周邊環(huán)境要求。爆破切口參數(shù)如下:
(1) 切口處結構及參數(shù)。切口標高+15 m處,煙囪壁厚0.45 m,外直徑7.14 m,外周長22.42 m;內直徑6.24 m,內周長19.59 m;標高16.8處煙囪壁厚0.45 m,外直徑7.08 m,外周長22.23 m;內直徑6.18 m,內周長19.41 m;內襯為0.14 m的#150陶粒砼,混凝土與陶粒砼內襯中間還留有0.05 m厚的封閉空氣隔熱層。
(2) 切口形狀。采用正梯形爆破切口。如圖2所示。
圖2 爆破切口
(3) 切口高度。切口高度與煙囪壁厚和材質有關,通常為3~5倍的壁厚[3],取1.8 m。
(4) 切口尺寸。切口對應圓心角取α=220°,則梯形下底長L=13.70 m;定向窗底邊三角形長度取2.88 m,底角角度為32°。梯形上底長S=7.94 m。
在煙囪倒塌中心線處開設1.5 m×1.8 m的中間窗。將煙囪外壁分為兩段長度為3.22 m的爆破部分,進行鉆眼爆破。保留部分(支撐部位)長為8.7 m,對應的圓心角約為140°。
采用取芯機開切口,并從已開設的定向窗的兩側將切口范圍的內襯拆除一部分。
炮孔直徑:Ф40 mm;炮孔深度:L=0.27 m;孔距:a=0.3 m;排距b=0.3 m;炮孔數(shù)量:m=168個;炸藥單耗:2.5 kg/m3;單孔裝藥量0.1 kg;總藥量ΣQ=16.8 kg。
采用藥卷直徑Φ32 mm的乳化炸藥,連續(xù)裝藥。裝藥后,將剩下不裝藥的部分用黃泥堵塞密實,堵塞時注意保護好雷管腳線。
采用非電起爆網路,選用毫秒非電雷管,炮孔內采用一發(fā)2段毫秒非電雷管(腳線長5 m以上),孔外每12發(fā)非電雷管腳線捆成一束,采用兩發(fā)2段毫秒非電雷管作為接力方式,用擊發(fā)針起爆。
通過爆破振動經驗公式對爆破振動進行校核。
(1) 爆破振動安全校核[4]。爆破振動安全距離用下式計算:
(1)
式中,V為保護對象所在地質點振動安全允許速度,cm/s;K,α為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數(shù)和衰減指數(shù),拆除爆破取經驗值,一般取K=50,α=1.5;K′為拆除爆破衰減系數(shù),據場地堆存拆除建筑物廢渣情況,取0.5;Q為炸藥量,延時爆破為最大一段藥量,kg;R為爆破振動安全允許距離,m。
最大段藥量Q為16.8 kg,距離最近建筑物渣池的距離為21 m,計算得出最大爆破振動速度:V=1.15 cm/s。滿足安全規(guī)程振動速度要求。
(2) 塌落振動安全校核[5]。構建筑物拆除時,塌落體落地對地面沖擊產生振動,其塌落振動計算公式為:
Vt=Kt[(MgH/σ)1/3/R]β
(2)
式中,Vt為塌落振動速度,cm/s;Kt、β為衰減系數(shù),一般取Kt=3.37,β=1.66;M為下落構件質量,t;H為下落構件質心高度,m;σ為地面介質的破壞強度,MPa,取10 MPa;R為觀測點至沖擊地面中心距離,m;g為重力加速度,m/s2,取9.8 m/s2。
本次爆破時,煙囪頂部對地面的沖擊振動最大。為保守起見,按上部50 m煙囪整體落地計算其沖擊波振動大小。上部50 m煙囪體積約150 m3,內襯約50 m3,總質量為480 t;其質心高度為70 m。由東側最近距離點R=32 m,計算得Vt為3.38 m/s,符合鋼筋砼框架結構振動速度允許要求。
(1) 爆破切口安全作業(yè)及防護措施。切口周圍搭建腳手架,下沿0.5 m鋪設作業(yè)平臺,四周搭設防護網。
(2) 爆破瞬間飛石防護措施。在切口處用棉胎加竹排在煙囪外側全封閉覆蓋爆破部位及定向窗,上中下分別綁扎三圈10#鐵線固定,再覆蓋一層鋼絲網,防護時要保護好爆破網路,竹架外側搭設密目網。
(3) 煙囪倒地塌落振動防護。首先在煙囪倒塌方向的50~75 m處鋪墊河沙減振帶,減振帶寬5 m、高1 m,上面再鋪一層沙包。減振帶兩邊加鋪設一層密目網,根據以往煙囪拆除的經驗,本工程三道減振帶通過緩沖可以卸掉大部分的振動,保證對周邊建構筑物的安全,沙包、密目網可以減少飛濺物。其次在煙囪頭部落地位置,挖長10 m、寬10 m、深1 m的坑,這樣既可以緩沖筒體撞擊地面,降低落地振動,又可以減少飛石,能夠保證安全。另外在坑的北端堆1~2 m沙堆,緩沖煙囪頭鑄鐵蓋板脫離。
(4) 重點防護建筑物防護措施。煙囪北側及東側廠房預留兩排柱的框架結構,高度約3~5m,柱間拉設鋼管,用鐵皮或竹排封住,機械拆除施工隊拆除的建筑廢渣暫不清理,堆積在西北側,上面堆沙包防護。配電房及員工宿舍的窗戶,爆破前全部用竹笆封實。東側液氨管道采用竹笆或棉墊覆蓋進行防護[6]。
起爆瞬間,爆破切口內的混凝土外壁及內襯產生破壞,2.5 s后,上部筒體開始按設計方向傾倒,無后坐現(xiàn)象,倒塌后煙囪全部解體。爆堆長約100 m,在倒塌范圍內,周邊受保護建筑物、設施無損壞現(xiàn)象。
[1]魏 興,池恩安,鄒 銳.復雜環(huán)境下鋼筋混凝土雙煙囪爆破拆除技術[J].爆破,2008(02):57-60.
[2]雷元新.102 m鋼筋混凝土煙囪整體定向放倒拆除分析[J].佛山科學技術學院學報,2013(06):13-17.
[3]汪旭光.爆破設計與施工[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012.
[4]張兆龍.復雜環(huán)境下基坑支撐梁爆破拆除[J].爆破,2015(04):94-98.
[5]李恒勇.緩沖墊層對水塔傾倒觸地震動影響試驗研究[D].武漢:武漢理工大學,2010.
[6]譚衛(wèi)華,林臨勇,莊建康.拆除爆破的飛石防護[J].爆破,2010(04):103-105.
2017-05-23)
鄭文富(1990-),男,廣東湛江人,工程師,碩士,主要從事工程爆破方面的工作,Email:1967388410@qq.com。