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双向折叠爆破拆除100m钢筋混凝土烟囱

2011-05-25 责任编辑:朱亮亮

完成时间:200412

工程地点:武汉市原阳逻化肥厂临江厂区

完成单位:武汉爆破公司、武汉大学

项目主持人及参加人员:谢先启、卢文波、贾永胜、罗启军、韩传伟、严涛

撰稿人:贾永胜、卢文波、韩传伟、严涛

 

1   工程概况

1.1 工程周边环境

100m高钢筋混凝土烟囱位于武汉市原阳逻化肥厂内,因土地开发需拆除。烟囱东侧120m处为马路,马路外侧为民房;南侧距烟囱18m4层民房;西侧14m为废弃水池,75m有一架空电线,120m外是长江;北侧80m有一池塘;东北22°方向距烟囱54m有一废弃砖烟囱。另有多处废旧房屋及罐体,在爆前全部拆除(见图1)

1.2 结构特征

该烟囱为钢筋混凝土筒式圆形结构,烟囱筒身采用C30钢筋混凝土整体滑模浇筑,内衬为红砖砂浆砌筑而成。筒身布单层钢筋网,0lOm范围内竖向钢筋为ф28,环向为ф18,间距均为200mm+1.Om标高处,烟囱外直径7.8m,混凝土壁厚为40cm,内衬红砖厚24cm,隔热层为lOcm,钢筋保护层为lOcm。在烟囱底部正东、正西方向各有一高1.8m,宽1.Om的出灰口,在+5.6m标高处,正南、正北方向各有一高4.8m,宽3.2m的烟道口。+30m处外直径6.57m,混凝土壁厚为30cm,内衬红砖厚12cm,隔热层为5cm,竖向钢筋为ф22,环向钢筋为ф18,间距为20cm(见图2)

2   爆破方案的确定

高耸建筑物采用定向爆破,施工速度快,成本低。从图l可以看出,四周环境条件较好,有多个方向可供倒塌。考虑到为今后苛刻条件下高烟囱折叠爆破积累经验,拟采用“双向折叠倒塌”的总体倒塌方案。因折叠倒塌时,上部简体定向倾倒与正常底部缺口定向倒塌的原理基本相同,但对于定向准确性的控制,影响因素较多,控制难度较大,故在选择双向折叠倒塌的方向及上部缺口位置时,应综合考虑环境因素及烟囱本身结构特征(如烟道位置、筒身强度等)

该烟囱拟采用“东西向双向折叠倒塌”的方案,即上部缺口布于+30.OOm处,向正西倒塌;下部缺口布于+1.Om处,向正东倒塌。采用先上后下的起爆顺序。

 

3   爆破缺口设计

3.1 缺口形式

本工程上下缺口均采用正梯形缺口。

3.2 缺口圆心角口

缺口圆心角直接决定缺口的展开长度,而缺口长度决定了倾覆力矩的大小。缺口偏长,倾覆力矩偏大,支铰易于破坏,不利于烟囱的平稳倒塌。通常情况下,爆破缺口的长度是以烟囱的重力引起的截面弯矩(MP)应等于或稍大于预留支撑截面极限抗弯力矩(MR)为主要依据来确定的。参照类似工程经验,取以下缺口圆心角:

(1)+30.0m缺口圆心角:θ1=220°

(2)+1.0m缺口圆心角:θ2=225°

3.3 缺口高度日和展长L

(1)缺口高度H

据一般工程经验,H=(16l4)D,其中D为缺口处外径。+1.0m处外直径为7.8m,而+30.0m处外直径6.57m,日值取值如下:

1)+30.0m缺口高度:H1 =1.5m

2)+1.0m缺口高度:H2=3.5m

(2)缺口展长L

1)+30.0m缺口展长:L1=(220°/360°)×20.64=126m

2)+1.0m缺口展长:L2=(225°/360°)×24.49=15.31m

3.4 缺口闭合角口

缺口闭合角α取值如下:

(1)+30.0m缺口闭合角:α1=25°

(2)+1.0m缺口闭合角:α2=30°

3.5 定向窗

用风镐开凿定向窗,并用人工采用风镐、手锤、凿子修凿到设计尺寸,并保证两侧定向窗在同一高程。窗内钢筋全部割掉。+30.0m定向窗尺寸,为宽1.2m,高0.56m的三角形缺口。+1.0m定向窗尺寸,为宽1.5m,高0.87m的三角形缺口。

3.6 支撑区的处理

上、下支撑区均经强度校核,符合稳定性要求。下部支撑区出灰口用高标号水泥砂浆砌75cm砖墙砌筑并抹面,养护期不少于5天。

缺口的相关参数见图3

4   爆破设计

4.1 上缺口位置及缺口爆破参数设计

根据钻爆施工的可行性,并经过折叠倾倒过程烟囱的运动学理论校核,选取上部缺口位置为+30.0m。上部缺口的爆破设计参数为:

炮孔直径:d1 = 40mm

炮孔深度:l1 = 0.68δ1 = 20cm

炮孔间距:a1 = 30cm

炮孔排距:b1 = a1

单孔药量:q1 = K1a1b1δ1,取单耗K1 = 2000gm3,则q1 = 54g

+30.Om缺口共布炮孔159个,装药时,下390个炮孔,单孔装药100g,上369个炮孔,单孔装药60g

4.2  +30.Om缺口内衬处理

此处内衬为12cm砖墙,将其预处理,使其化墙为柱,在内衬与筒壁间布设少量外部装药与筒壁炮孔同网同段起爆。

4.3  +1.Om缺口爆破参数设计

炮孔直径:d2 = 40mm

炮孔深度:l2 = 0.68δ2 = 28cm

炮孔间距:a2 = 35cm

炮孔排距:b2 = 35cm

炮孔排数:N2 = 3.50.35+1 = 11排;

单孔药量:q2 = K2a2b2δ2K2 = 2000gm3,则q2 = 100g

+1.0m处共钻274个孔,下5152个孔,单孔装药150g,上4122个孔,单孔装药100g

4.4  +1.0m缺口内衬爆破参数

内衬经预处理后,钻孔爆破并与+1.0m底部爆破缺口筒身同网同段起爆。

内衬爆高H3 = 2.4m

l3 = 16cma3 = b3 = 30cmq3 = 50g

共布孔9排,实钻炮孔300个。

本工程均采用2号岩石乳化炸药。

4.5 预处理

(1)上、下缺口处切断烟囱避雷针。

(2)+4.6m处烟道分割墙爆前拆除。

(3)+4.6m处烟道分割墙横梁钻垂直孔6个,与+1.0m处缺口内衬一同爆破,单孔药量100g,

 

5   起爆网路

5.1 上下缺口时差的确定

根据前面的理论分析并参照类似工程经验,上下缺口起爆时差△t=2.2s

5.2 网路连接形式

上缺口孔内均采用国营卫东机械厂生产的毫秒1段导爆管雷管,每20根捆成一束,每束由2发瞬发电雷管起爆,电雷管串联接入主网路。下缺口采用孔内外联合延时起爆的方法,即孔内装国营卫东机械厂生产的毫秒16段导爆管雷管,然后每约20根捆成一束,每束捆2发毫秒16段导爆管雷管,孔外延时16段导爆管雷管约10根捆成一束,各束之间用l段毫秒导爆管雷管互联,每束捆2发毫秒1段导爆管雷管,然后将毫秒1段导爆管雷管捆成12束,每束捆2发瞬发电雷管,电雷管串联接入主网路。

GM-300起爆仪点火起爆。

5.3 下部缺口网路的安全防护

因下部缺口迟于上部缺口较长时间由孔外延迟起爆,则下部缺口必须采用有效措施保证其在起爆后不受上部缺口起爆后带来的安全威胁。首先,将下部网路尽量贴于筒身并用帆布覆盖,然后在缺口上部脚手架上设置强度很高的多层防坠落平台;在烟囱内部原烟道分割处与脚手架搭设防坠落平台。

5.4 火工品消耗量

(1)+30.Om

炸药13.6kg1段毫秒导爆管雷管318发,瞬发1段电雷管32发。

(2)+1.Om

炸药50.6kg16段毫秒导爆管雷管1216发,1段毫秒导爆管雷管24发,瞬发1段电雷管4发。

 

6   爆破效果

6.1 烟囱折叠倒塌过程

上部缺口起爆后,上部70m站立;2.2s后,下部缺口爆破,下部30m向东倾倒,上下两部分形成了复合运动,即下部向东、上部向西的折叠倒塌过程。下部历时6.5s后先着地,上部70m继续运动,约1.5s后全部着地,烟囱整个折叠倒塌过程历时约8s

爆破前进行的烟囱折叠运动模拟与实际情况吻合良好。落地瞬间两段筒体相互位置的模拟也与实测结果基本一致。

6.2 倾倒方向控制结果

经爆后测量,下部30m实际倾倒中心线与设计中心线基本完全重合;上部70m除与下部重叠30m外,其余30m实际倾倒中心线与设计中心线相比,向西北方向偏移约30′;这可能是因为这部分落入水池中,因水池高低不平而略有侧移。

因此,可以认为本次钢筋混凝土烟囱双向折叠定向倾倒爆破过程倾倒方向得到了很好的控制。

6.3 烟囱折叠效果及爆堆形状

爆破后发现,烟囱完全按设计要求实现了双向折叠爆破,下部30m完全重叠在一起。实测堆积范围为:从烟囱中心计,向东侧倒塌长度31.2m,向西倒塌长度38.4m,向东倒塌部分完全重叠在一起;除东侧最上层21.6m龟裂外,其余大部分破碎情况良好,混凝土筒体破碎,钢筋大部分与混凝土脱离。

爆堆高度:烟囱原中心部位爆堆高2.8m,东部31.2m1.2m,自烟囱向中心向西侧部分破碎充分,钢筋与混凝土完全脱离,爆堆高度不足0.5m。烟囱顶部跌人水池。

实测爆堆范围和爆堆堆积高度数据表明:

(1)上下两部分筒体倾倒过程中折叠非常成功;

(2)在整个烟囱的折叠倾倒过程中,上部缺口部位的支撑筒壁没有发生压溃式后坐或塌落,从而确保了烟囱按设计方向倾倒。

摘自《中国典型爆破工程与技术》