180+m烟囱分段爆破拆除振动监测与安全分析.pdf

第 37 卷 第 3 期 2020 年 9 月 爆 破 BLASTING Vol. 37 No. 3  Sep. 2020 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2020. 03. 018 180 m 烟囱分段爆破拆除振动监测与安全分析 刘 翼， 谢守冬， 傅建秋 （宏大爆破有限公司， 长沙 410000） 摘 要 180 m 待拆烟囱处于狭窄范围内， 烟囱周围仅正东方向有最大倒塌空间 103 m， 且东侧边界上有南 北走向的地下循环水管， 直径 3. 2 m。经分析决定采用分段爆破， 分别在烟囱 0. 0 m 和 90 m 开爆破切 口， 分两次向东偏北 15定向爆破。为保证电厂内部运行机组及地下循环水管的安全， 爆破前分析了爆破振 动和塌落振动对周围几处重要设施的影响， 重点分析了塌落振动对地下循环水管可能产生的挤压破坏， 振动 分析结果表明无论是塌落振动还是爆破振动都在安全允许范围内。爆破过程中在重要设施附近安装传感器 进行振动监测， 振动监测结果与振动分析相符。本次烟囱爆破拆除和振动安全分析实践表明， 在场地不够的 情况下， 采用分段爆破技术拆除高烟囱是安全可靠的， 塌落振动对循环水管的挤压安全分析方法可行。 关键词 钢筋混凝土烟囱；分段爆破；爆破振动；振动监测 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2020） 03 -0103 -06 Monitoring and Safety Analysis of Blasting Vibration for Blasting Demolition of 180 m Chimney in Sections LIU Yi， XIE Shou-dong， FU Jian-qiu （Hongda Blasting Engineering Group Co Ltd. Changsha 410000， China） Abstract A 180 m reinforced concrete chimney was in a narrow scope， around which there was only a maximum collapse space of 103 m in the east direction， and there was a south-north underground circulation pipe on the eastern boundary， with a diameter of 3. 2 m. Segmented blasting was adopted after analysis， with blasting cuts of 0. 0 m and 90 m in the chimney respectively. The chimney was blasted in the direction of 15 to the north by east two times. The safety uation of blasting vibration and collapse impact vibration on the several important facilities around the chimney were analyzed before the chimney was blasted， so as to protect the running unit of the power plant and the underground circulating water pipe. In this work， the possible extrusion failure of underground circulating water pipe caused by collapse impact vibration was analyzed. The analysis results show that both collapse impact vibrations and blasting vibrations were within the safe range. During the blasting process， sensors were installed near the important facilities for vibration monitoring， and the results of vibration monitoring were consistent with the vibration analysis. The practice of blasting demolition of chimney and vibration safety analysis showed that it was safe and reliable to de- molish high chimneys by using segmented blasting technology when the space was not enough. The of extru- sion safety analysis of collapse impact vibrations on the circulating water pipe was feasible. Key words reinforced concrete chimney；segmented blasting；blasting vibration；vibration monitoring 收稿日期 2020 -04 -22 作者简介 刘 翼 （1974 - ） ， 男， 硕士研究生， 高级工程师， 从事爆破 工程设计与施工，（E-mail） 1711609199 qq. com。 1 工程概况 粤华发电厂1 4 机组 180 m 烟囱需要拆除。 烟囱底部直径约 21. 6 m， 顶部直径 6. 7 m， 50 m、 万方数据 70 m、 174 m 标高处有信号平台。烟囱底部北面距离 主厂房48 m， 东面距离地下循环水管 103 m， 循坏水 管直径3.2 m， 循坏水管距离新风二路 15 m； 距离南 面南干四路围墙31 m， 围墙南面为全厂油区； 西南面 距离全厂微波楼控制室最近距离4 m， 西面62 m 为保 留的冲凉房。待拆烟囱周围平面图如图1 所示。 图 1 待拆烟囱周围环境示意图 （单位 m） Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment about the chimney （unit m） 2 烟囱爆破拆除方案 鉴于烟囱周边环境复杂， 倒塌场地狭小， 需要将 烟囱控制在有效的倒塌范围内， 180 m 烟囱不能采 用在根部爆破的一次倒塌方法， 而应采用分次爆破 方案。分次爆破方案， 即在烟囱 0. 0 m 和 90 m 分别开爆破切口， 上部切口爆破完后， 将上段烟囱碎 渣清理完毕后， 过一段时间再实施下部爆破。 在爆破过程中， 电厂运行机组及地下循环水管 等周围设备设施是重点保护对象， 必需做好爆破振 动、 烟囱倒地的塌落振动对它们危害的安全分析， 并 采取有效的防范措施。 3 振动安全分析 3. 1 爆破振动与塌落振动的比较 建 （构） 筑物爆破拆除过程中， 产生的地面振动 主要有两种 一是被拆建 （构） 筑物构件中药包爆破 所产生的爆破振动； 二是由于建 （构） 筑物塌落解体 构件对地面撞击造成的塌落振动。爆破振动大小与 炸药多少正相关， 随传播距离的增加而衰减。塌落 振动大小与下落构件的质量和质心高度正相关， 随 传播距离的增加而衰减。振动监测实践和研究表 明 ［1， 2］， 绝大多数建 （构） 筑物爆破拆除， 爆破振动和 塌落振动都会同时发生， 只是由于具体建 （构） 筑物 结构不同， 测点与爆破点和触地点的距离不同， 两者 大小主次会有区别， 有的两者甚至相差很大， 如烟囱 等高耸构筑物的爆破拆除， 塌落振动远大于爆破振 动， 但如果测点与爆破点和触地点的距离相差很大， 也有可能爆破振动大于塌落振动， 因此， 在同一次爆 破中， 爆破振动和塌落振动的大小比较要具体测点 具体分析。下面以烟囱中心为距离起点， 分析爆破 振动和塌落振动对烟囱周围几处重要建筑 （构） 物 及设备设施的振动影响。 3. 2 爆破振动核算 根据 爆破安全规程（GB67222014） 中爆破 对保护对象位置质点振动速度公式为 ［3］ v kk 3 槡Q R α 式中 Q 为炸药量齐发爆破为总药量， 延时爆 破为最大一段药量， 因烟囱下部切口爆破时装药大 于上部切口爆破装药， 取下部切口装药 94. 5 kg 为 最大装药量； v 为保护对象所在地质点振动安全允 许速度 cm/ s； k、 α 为与爆破点至保护对象间的地 形、 地质条件有关的系数和衰减指数， 拆除爆破取经 401爆 破 2020 年 9 月 万方数据 验值， 一般取 k 150、 α 1. 6； k为拆除爆破衰减参 数， 一般取 k 0. 20 1， 根据经验 k 取0. 25； R 为爆 破距离保护对象的最近距离 m。 把各参数代入爆破振动公式计算可得出表 1。 表 1 爆破振动对周围建筑及设备设施的安全影响评价表 Table 1 The safety valuation table of the blasting vibration impact on the onstruction and equipmente about the chimney 保护对象 新风一路 办公楼仪器 5 号机控制室 （测点 1） 中央控制室 循环水管 （测点 2） 距离/ m125174180110 爆破振速/ （cms -1） 0. 1860. 110. 1040. 23 安全允许振速/ （cms -1） 1. 01. 01. 03. 0 安全评价安全安全安全安全 3. 3 塌落振动的验算 建筑物塌落倒地时对地面的冲击也会产生振 动， 建筑物塌落振动的计算公式为 vt kkt 3 MgH/ 槡 σ R β 式中 vt为振动速度， cm/ s； kt、 β 为与地质条件 相关的衰减参数， 一般取 kt3. 37， β 1. 66； k 为与 缓冲措施相关的衰减参数， 一般取 k 0. 20 1， 由 于烟囱爆破时地面采用缓冲带， 可以大大减少塌落 振动， 根据经验 k 取 0. 25； M 为建筑物质量， 上部烟 囱爆破时为 1870 t； H 为建筑物质心高度， 上部烟囱 爆破时为 135 m； 因上部切口爆破时质心高度和质 量乘积大于下部切口爆破时质心高度和质量乘积， 所以以上部烟囱爆破计算为主； σ 为介质的破坏强 度， 一般取 10 MPa； g 为为重力加速度， 一般取 9. 8 m/ s2； R 为冲击地面中心到保护对象的最近距 离， m。 把各参数代入塌落振动公式计算可得出表 2。 表 2 塌落振动对周围建筑及设备设施的影响表 Table 2 The safety valuation table of the collapse vibration impact on the onstruction and equipmente about the chimney 保护对象 新风一路 办公楼仪器 5 号机控制室 （测点 1） 中央 控制室 6 号机 控制室 循环水管 （测点 2） 距离/ m20095102257257 塌落振速/ （cms -1） 0. 110. 400. 360. 090. 09 安全允许振速/ （cms -1） 1. 01. 01. 01. 01. 0 安全评价安全安全安全安全安全 4 振动对地下循环水管的影响分析 4. 1 塌落振动的影响 目前循环水管安全允许振速和标准国家没有规 定， 尚属空白， 根据参考文献和类似工程经验 ［4-12］， 安全允许振速差别很大， 有 3 cm/ s、 7 cm/ s、 14 cm/ s 几种， 本工程为严格起见， 按 3 cm/ s 控制。 根据塌落振动公式， 以烟囱落地点距离循环水 管 20 m 为例， 代入公式可得塌落振动为 4. 9 cm/ s （地面振速） 。由于地震波在土体内沿深度方向是 逐渐衰减的， 地表振动由于受表面波和反射稀疏波 的影响要大一些， 地层深度受土体约束作用质点振 动则要小一些， 衰减规律一般呈负指数规律变化。 按负指数曲线计算爆破地震波在深度方向的传播衰 减公式为 v v0e - kH。式中 v 为深度方向振速， cm/ s； v0为地面振速， cm/ s； k 为衰减系数； H 为距地 表深度 （取正值） ， m。根据试验实测数据， 运用数理 统方法计算得出， v （H） 沿深度方向的衰减系数为 铅垂方向 k⊥ 0. 08 0. 09， 水平方向 k∥ 0. 08 0. 12。将 v0 4. 9， k 0. 09， H 6， 代入公式 v v0e -kH。可得 v 2.84， 小于3.0 cm/ s， 循环水管安全。 4. 2 振动挤压的影响 烟囱头部触地后， 烟囱冲击地面， 冲击应力在回 填土层内以不超过 45的最大应力角向下扩散， 由 于烟囱头部距离循环水管 20 m， 因此上部回填土层 应力不会直接传向循环水管； 由于在回填土层下是 淤泥质土， 不承受剪切应力， 但可传递压应力， 因此 淤泥质土在受到上部回填土传递来的应力后会向侧 面水平挤压， 最终可能挤压到循环水管， 但在循环水 管周围注浆后， 凝结为整体， 对循环水管起保护作 用， 循环水管不直接受挤压， 因此可消除水平挤压力 对循环水管的影响。如图 2 所示。 501第 37 卷 第 3 期 刘 翼， 谢守冬， 傅建秋 180 m 烟囱分段爆破拆除振动监测与安全分析 万方数据 图 2 烟囱冲击地面对循环水管的影响力学分析图 Fig. 2 The mechanical analysis diagram for chimney collapse to the ground impact on the circulating water pipe 5 振动监测 5. 1 监测目的 爆破过程中， 电厂运行机组及地下循环水管等 周围设备设施是重点保护对象， 通过振动监测对比 爆破减震效果， 为电厂运行机组及地下循环水管的 安全评价提供证据。 5. 2 监测点布置 本次爆破共布置了 2 个监测点， 监测点 1 布置 在运行的 5机组建筑物朝烟囱一侧； 监测点 2 布置 在地下循环水管南端。 图 3 振动监测测点布置图 （单位 m） Fig. 3 Measuring points layout for vibration （unit m） 5. 3 监测结果 监测结果表明 运行机组附近测点1 的最大垂直 振动速度为0.75 cm/ s， 小于安全允许振速1 cm/ s， 地 下循环水管附近测点 2 最大垂直振动速度为 0. 91 cm/ s， 小于安全允许振速 3 cm/ s。见表 3、 表 4 和图 4 图 7。 表 3 烟囱上部切口爆破时振动监测结果 Table 3 The monitoring results of vibration in the upper cut blasting 测点序号测点位置距离/ m最大值/ （cms -1） 时刻/ s 量程/ （cmm -1） 灵敏度/ （v/ ms-1） 测点 15 号机控制室1490. 185. 5837. 0427. 0 测点 2循坏水管旁580. 828. 1137. 0427. 0 601爆 破 2020 年 9 月 万方数据 表 4 烟囱下部切口爆破时振动监测结果 Table 4 The monitoring results of vibration in the lower cut blasting 测点序号测点位置距离/ m最大值/ （cms -1） 时刻/ s 量程/ （cmm -1） 灵敏度/ （v/ ms-1） 测点 15 号机控制室1490. 757. 5637. 0427. 0 测点 2循坏水管旁580. 918. 2437. 0427. 0 图 4 测点 1 波形图 （上切口爆破） Fig. 4 Wave of measured point No. 1 in the upper cut blasting 图 5 测点 2 波形图 （上切口爆破） Fig. 5 Wave of measured point No. 2 in the upper cut blasting 图 6 测点 1 波形图 （下切口爆破） Fig. 6 Wave of measured point No. 1 in the lower cut blasting 图 7 测点 2 波形图 （下切口爆破） Fig. 7 Wave of measured point No. 2 in the lower cut blasting 6 结论 180 m 烟囱处于狭窄范围内， 最大倒塌方向只 有 103 m， 不能采用一次倒塌的定向爆破方式， 经多 方案对比分析决定采用分段爆破， 在烟囱 0. 0 m 和 90 m 处分别设置爆破切口。烟囱爆破时为保 证电厂内部运行机组及地下循环水管等重要设施的 安全， 对爆破振动进行了安全分析， 特别是对附近的 地下循环水管进行了振动挤压分析， 并在重要设施 周围布置了振动监测点， 振动监测结果显示， 实际振 动速度小于安全允许值， 保护对象是安全的。通过 本次爆破实践和振动监测说明， 在场地不够的情况 下， 采用分段爆破技术进行高烟囱拆除是安全可靠 的， 可以有效降低振动对周围建筑及设施的破坏风 险， 塌落振动对循环水管的挤压安全分析方法可行。 参考文献 （References） ［1］ 季 杉， 谢伟平， 王 礼. 爆破振动与塌落触地振动特 点及传 播 规 律 试 验 研 究 ［ J］ . 振 动 与 冲 击， 2018， 37 （11） 195-201. ［1］ JI S， XIE W P， WANG L. 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