210m钢筋混凝土烟囱高位缺口控制爆破拆除实践.pdf

第3 4 卷第1 期 2 0 1 7 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 4N o ．1 M a r ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 7 ．0 1 ．0 2 2 2 1 0m 钢筋混凝土烟囱高位缺口控制爆破拆除实践米 司君婷1 ，吕小师2 ，曹 娟3 1 ．河南省水利水电学校，周口4 6 6 0 0 0 ；2 ．河南理工大学土木工程学院，焦作4 5 4 0 0 3 ； 3 ．河南迅达爆破有限公司，焦作4 5 4 0 0 0 摘要结合一座2 1 0m 高钢筋混凝土烟囱控制爆破拆除工程，介绍了烟囱高位缺1 3 爆破的参数设计和安 全措施。受倒塌场地条件的限制，设计利用1 0 0m 高度位置的检修平台处作为高位爆破缺口进行分段分次 爆破拆除；由于爆破缺口位置较高，设计采用了利于准确定向的倒梯形缺口，并对缺口参数和爆破参数进行 了优化选取；为了保证缺1 2 爆破和整体倒塌效果，对内衬和背部钢筋等进行了预处理施工；同时针对高缺口 爆破飞石较远、上段倒塌触地震动较大等爆破危害采取了覆盖防护、控减震沟和铺缓冲层等有效防护措施。 爆破倒塌过程对下段烟囱形成了撕裂破坏，但整体爆破效果良好。 关键词钢筋混凝土烟囱；控制爆破拆除；高位缺口；预处理；安全措施 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 7 0 1 0 1 2 4 0 5 A p p l i c a t i o no fC o n t r o l l e dE x p l o s i v eD e m o l i t i o no f2 1 0m R e i n f o r c e dC o n c r e t eC h i m n e yw i t hH i g hB l a s t - c u t S IJ u n t i n 9 1 ，L VX i a o s h i 2 ，C A OJ u a n 3 1 ．H e n a nP r o v i n c eW a t e rC o n s e r v a n c ya n dH y d r o p o w e rS c h o o l ，Z h o u k o u4 6 6 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n g ，H e n a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ，J i a o z u o4 5 4 0 0 3 ，C h i n a ； 3 ．H e n a nX u n - d aB l a s t i n gC oL t d ，J i a o z u o4 5 4 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do na2 1 0m h i g hr e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e ye x p l o s i v ed e m o l i t i o n ，t h ed e s i g na n ds a f e t ym e a s u r ew i t hh i g hb l a s t - c u tw e r ei n t r o d u c e d ．O w i n gt ot h er e s t r i c t e ds u r r o u n d i n go fc o l l a p s e ，t h e1 0 0mh e i g h tm a i n t e n a n c ep l a t f o r ma sh i g hb l a s t c u tw a sd e s i g n e dt op e r f o r ms e g m e n tb l a s t i n gd e m o l i t i o n ．T h ei n v e r t e dt r a p e z o i d a lc u t w a sd e s i g n e df o ra c c u r a t eo r i e n t a t i o ni nt h eh i g h e rp o s i t i o n ，a n dt h ep a r a m e t e r so fb l a s t - c u ta n db l a s t i n gw a so p t i m i z e d ．I no r d e rt oe n s u r et h ew h o l ee f f e c to fc u tb l a s t i n ga n dc o l l a p s e ，t h el i n i n ga n dt h eb a c ks t e e lw e r et r e a t e db e f o r eb l a s t i n g ．A tt h es a m et i m e ，t h em e a s u r e sw i t hcoverp r o t e c t i o n ，d a m p i n gd i t c ha n db u f f e rl a y e rw e r ec h o s e nt o c o n t r o lt h ef l y r o c ka n dt o u c h d o w nv i b r a t i o n ．E v e n t u a l l y ，g o o db l a s t i n ge f f e c tw a so b t a i n e dt o t a l l y ，t h o u g ht h el o w e r s e g m e n to fc h i m n e yw a st o r et os o m ee x t e n td u r i n gt h ep r o c e s so fc o l l a p s e ． K e yw o r d s r e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e y ；c o n t r o l l e de x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；h i g hl e v e lc u t ；p r e t r e a t m e n t ；s a f e t y 收稿日期2 0 1 6 1 2 1 3 作者简介司君婷 1 9 7 7 一 ，女，汉，河南太康人，工程硕士、高级讲 师，主要从事建筑结构方面的教学与科研工作， E ．m a i l z h o u k o u s j t 1 6 3 ．C O B 。 基金项目国家自然科学基金 5 1 5 0 4 0 8 2 资助项目 1工程概况 河南省鹤壁市万和发电有限责任公司响应国家 “上大压小、节能减排”政策，决定将其厂区内一座 高2 1 0I T I 的钢筋混凝土烟囱爆破拆除。 该待拆除的2 1 0I n 高烟囱为钢筋混凝土结构， 万方数据 第3 4 卷第1 期司君婷，吕小师，曹娟2 1 0m 钢筋混凝土烟囱高位缺口控制爆破拆除实践 1 2 5 烟囱底部半径1 0 ．7 5m ，壁厚5 4 0m m ，无隔热层和 内衬；高度 1 0 0m 处设有一检修平台，该位置烟囱 半径5 ．5 5m ，壁厚3 2 0m m ，隔热层厚8 0m m ，内衬厚 1 2 0m m 。标高1 0 0m 以上烟囱自重约为2 5 9 2 ．2t ， 标高1 0 0m 以上烟囱重心高度为1 4 6 ．2m 。 该待拆除烟囱位于电厂二期机组主厂房与办公 区中间位置，如图1 所示。东侧距煤场边缘工业管 道约3 7m ，距离煤场约4 2m ；西侧距拆除中的主厂 房约11 2m ，距需保护的升压站约1 9 9m ；南侧距离 二期机组约6 8m ；北侧距办公楼约7 0m 。可见其周 围爆破环境比较复杂。 图1 烟囱周边环境示意图 单位m F i g ．1 S k e t c ho ft h es u r r o u n d i n go fc h i m n e y u n i t m 2 特点分析 1 结合烟囱周围环境分析，烟囱东南西北都 有建筑物和设施，只能向西侧分段定向爆破，但必须 保证倒塌方向的准确，否则会造成很严重的后果。 2 烟囱周围环境复杂，必须严格控制烟囱爆 破倒塌过程中产生的有害效应，如飞石、振动和空气 冲击波等，以保证周围建筑和设施的绝对安全。 3 方案优化 结合现场详细勘查情况，经过对整体定向爆破、 分段折叠爆破和分段分次爆破拆除方案进行比选分 析，最终决定利用1 0 0m 处现有的检修平台将烟 囱分为两段，分两次进行定向爆破。 考虑到烟囱南侧、北侧和东侧均有需重点保护 的建筑和设施，而西侧距需保护的升压站距离约 1 9 9m ，该距离满足上段1 1 0m 烟囱简体所需爆破倒 塌场地的要求，并且西侧l1 2m 位置为正在拆除的 主厂房，可作为升压站的天然屏障，因此，最终决定 烟囱上段向西偏北3 2 ．5 。方向定向爆破倒塌。下部 烟囱的拆除不在本文进行阐述。 4 爆破设计 4 ．1 爆破缺口设计 1 缺口形状 根据以往类似半径和壁厚烟囱的成功爆破经 验，烟囱定向爆破是在爆破切口形成后，通过支撑体 的支撑，使烟囱在倾倒力矩作用下按照预定的方向 倒塌，因此多采用梯形爆破缺口。本工程采用更有 利于准确定向的倒梯形切口，即将定向窗开在矩形 缺口的上部，如图2 所示。 2 缺口高度 一般地，缺口高度按下式确定⋯ Ⅳ≥ 3 5 6 3 5 0 ．3 2 0 ．9 6 1 ．6m 为保证缺口内混凝土全部脱离，考虑到部分混 凝土碎块无法完全脱离钢筋，一般缺口高度应适当 增加，再加上要考虑炮孔间排距的完整布置，因此本 工程最终将爆破缺口高度确定为2 ．5m 。 3 缺口长度 通常，烟囱爆破缺口长度按下式计算旧J Z k , r r D 式中Z 为缺口弧长，m ；南为缺口系数，通常取 0 ．5 0 ．7 ，本工程取k 0 ．5 8 3 ；D 为缺口位置下边 缘部位外径，D 2 r 2 5 ．5 5 1 1 ．1 0m 。 因此有Z 3 ．1 4 0 ．5 8 3 1 1 ．1 1 8 ．2 8 5 ，考虑 到炮孔孔距的影响，实际缺口长度取1 8 ．3m 。 4 缺口圆心角 缺口圆心角一般按下式计算 0 竺 t _ i 3 6 0 2 0 9 ．8 8 2 3 ．1 4 5 ．5 5 一 ‘ 即缺口对应圆心角为2 0 9 ．8 8 0 。 4 ．2 支撑强度校验 起爆瞬间烟囱支撑体的截面积为 s2 盯 旷r t 2 1 一盏 2 3 ．1 4 E 5 ．5 5 2 - 5 ．5 5 - 0 ．3 2 2 ] 1 一等 3 ．1 4 3 ．4 5 0 ．4 2 4 ．5 5m 2 万方数据 1 2 6爆破2 0 1 7 年3 月 计算 起爆瞬间上部烟囱筒体对支撑体的压强按下式 尸 专 孚 l O O ．0 0 卫 坠鱼堕2 掣1 型1 1 ．2M P a 4 ．5 5 ⋯‘一 钢筋} 昆凝土的标准立方体抗压强度为3 0M P a ， 大于11 ．2M P a ，可见支撑强度满足要求旧J 厂⋯⋯⋯⋯一i 二二二二二二二二二二二二二二二窒亘二二二二二二二二二二二_ ⋯⋯⋯～- ] f 1一二 1 0 ．0 5 I L 2 9 1 _ 7 ．3 5 _ 12 ．1 0 - 1 I ．[ 二I 至翟鎏露澄澄霾四二二 图2 爆破缺| j 布置示意图 单位m F i g ．2 S k e t c ho ft h ea r r a n g e m e n to fb l a s tc u t u n i t m 4 ．3 预处理施工 1 定向窗和卸荷槽 在爆破缺口开设定向窗是为了确保烟囱按预定 方向准确倾倒；开设卸荷槽可以有效改变爆前筒体 应力状态，为后续爆破增加自由面来保证缺口爆破 效果。4J 。本工程在爆破缺口两端上部设置两个高 1 ．5m 、长2 ．1m 的三角形定向窗，并在爆破缺口中 心位置设置一个高2 ．5m 、宽1 ．2m 卸荷槽，如图3 所示。该定向窗和卸荷槽的施工采用松动爆破方式 开挖，再由人工修整成形，内部钢筋和混凝土碎块必 须伞部切割清理干净． 图3 定向窗和卸荷槽 F i g ．3 D i r e c t i o n a lw i n d o wa n du n l o a d i n gg r o o v e 2 烟囱内衬处理 烟囱内衬如果不处理可能会影响烟囱准确倒 塌．，同时还使得药量增大。由于内衬结构比较松散， 一般采用预处理的方法，利用已经开设的定向窗和 卸荷槽用人工方法进行拆除，拆除范围等同于爆破 缺口’。 3 背部钢筋处理 为了防止因背部钢筋的影响造成烟囱后座和偏 向，因此，需减弱背部钢筋的抗拉强度，以保证烟囱正 常倾倒。本工程在倾倒中心线对称方向的烟囱筒体部 位采取切割的方式将部分钢筋剥离切割，长度3m 。 4 ．4 爆破孔网参数设计 1 炮孑L 深度确定 l 0 ．6 7 ～0 ．7 6 0 。2 1 ～0 ．2 2 m 考虑烟囱爆破部位弧形截面的影响，本工程取 f _ 0 ．2 5m 。 2 炮孔排距确定 b f 0 ．2 5m 3 炮孔间距确定 口 1 ～1 ．2 5 6 0 ．2 5 ～0 ．3 1 m 万方数据 第3 4 卷第l 期司君婷，吕小师，曹娟2 1 0m 钢筋} 昆凝土烟囱高位缺口控制爆破拆除实践 1 2 7 本工程取口 0 ．3m 。 4 单孑L 装药量确定 由于烟囱为薄壁结构，考虑到钢筋的作用，根据 经验选炸药单耗q 3 0 0 0g ／m 3 ，单孔装药量按下式 进行计算”1 Q q a b 6 3 0 0 0 X0 ．2 5 0 ．3X0 ．3 2 7 2g 实际施工时选取7 0g 。 5 炮孑L 布置及装药结构 各炮孑L 采用梅花型布置，连续装药结构。 4 ．5 起爆网路设计 设计采用从倒塌中心线向两侧依次起爆的毫秒 延期微差爆破网路，每个炮孔布设两个非电毫秒延 期导爆管雷。采用m s ．1 段导爆管雷管连接成主起 爆网路，再用m s 一1 段电雷管激发起爆主爆破网路。 5 安全防护措施 5 ．1 爆破飞石防护 爆破飞石主要包括爆破部位爆炸飞石、触地部 位反溅飞石两种。大量工程实践表明爆破飞石是控 制爆破拆除主要有害效应之一，必须采取措施来防 止此类飞石产生的影响和破坏∞o 。 1 为防止爆炸飞石的产生，在爆破缺口部位 覆盖三层黑色胶皮，采用铁丝捆绑固定。 2 为防止飞溅飞石的产生，在烟囱倒塌区域 。 内覆盖一层彩条布、帆布或铁丝网，也可用新鲜松散 的黄土或细砂铺设约1m 厚来隔断地面飞溅飞石。 3 在保护对像附近和爆破倒塌区域之间搭设 防护屏障，可以减弱采取上述措施以后仍然会飞出 的个别飞石对保护建筑和设施的破坏作用。 5 ．2 爆破振动防护 爆破振动是控制爆破拆除的又一主要危害，主 要包括炸药爆炸时产生的空气冲击振动 爆破震 动 和烟囱塌落触地时产生的触地振动两种。类似 工程实践证明，爆破震动产生的危害很小，几乎不用 采取措施防护，相反，爆破塌落触地振动产生的危害 必须采取强有效的防护措施“ J 。 铺设缓冲垫层可有效减缓触地振动速度，开挖 减震沟可隔断触地振动引起的地震波的传播，两种 措施联合使用可有效降低塌落振动速度及控制其传 播扩散旧o 。本烟囱爆破拆除工程中，采取开挖减震 沟和缓冲垫层交替布置的联合防护措施，即利用挖 减震沟挖出的黄土作为缓冲垫层材料，在烟囱倒塌 方向上垂直于倒塌中心线方向共设置三条缓冲垫层 和减震沟，每条缓冲垫层厚约6 ～1 0m ，宽3 ～6m ， 长度超过烟囱直径的2 倍，如图4 所示。另外，在本 烟囱倒塌区域范围以外3 0m 位置开挖一条深dm ， 宽1m 的闭合减震沟，以隔断触地震动波向倒塌区 域以外进行传播。 图4 缓i t t 垫层及溅震沟的／J 意图 单位1 1 1 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo fc u s h i o na n dd a m p i n gd i t c h u n i t m 5 ．3 爆破空气冲击波校核与防护 爆破空气冲击波的有害效应主要表现在以下两 个方面一是炸药爆炸时在爆破缺口范围附近产生 的，另一方面是当烟囱倒塌触地造成简体闭合瞬间 内部气体顺上口方向挤压喷出在倒塌方向正前方形 成的空气冲击波‘9 【。 万方数据 1 2 8爆破 2 0 1 7 年3 月 大量类似工程表明炸药爆炸产生的冲击波对周 围环境几乎不产生影响，但挤压空气冲击波则可能 对倒塌正前方的建筑和设施产生冲击破坏，本工程 倒塌方向正前方有正在拆除的主厂房做阻挡，因此 未采取措施进行防护。 6 爆破效果 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] 本烟囱上段起爆后，烟囱按预定方向准确倒塌， a l a 起爆瞬间 a E x p l o s i v e b 下座倾倒 b F a l l i n ga n d 参考文献 R e f e r e n c e s 爆破过程未对周围环境和建筑设施造成影响和破 坏，达到了预期的爆破效果，如图5 所示。美中不足 的是倒塌过程先下座，后倒塌，如图5 b 所示，对下 部烟囱筒体造成了撕裂破坏，如图5 d 所示，分析 原因主要是由于烟囱结构本身强度较低，起爆倾倒 瞬间上段烟囱筒体对下部烟囱支撑体产生的剪切破 坏造成的。 r 触地倒塌 图5 爆破效果 F i g ．5 T h eb l a s t i n ge f f e c t 汪旭光．爆破设计与施工[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 2 ． 戴俊．爆破工程[ M ] ．北京机械工业出版社，2 0 1 5 ． 中华人民共和国标准．G B 6 7 2 2 - - 2 0 1 4 爆破安全规程 [ S ] ．北京中国标准出版社，2 0 1 4 ． 言志信，叶振辉，刘培林，等．钢筋混凝土高烟囱定向 爆破拆除倒塌过程研究[ J ] ．振动与冲击，2 0 1 1 ， 3 0 9 1 9 7 2 0 1 ． Y A NZ h i x i n ，Y EZ h e n - h u i ，L I UP e i l i n ，e ta 1 ．C o l l a p s i n g p r o c e s so fh i g hr e i n f o r c e dc o n e r e t ec h i m n e yi nb l a s t i n g d e m o l i t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fV i b r a t i o na n dS h o c k ，2 0 11 ， 3 0 9 1 9 7 - 2 0 1 ． i nC h i n e s e 程贵海，刁约，唐春海，等．8 0m 高烟囱高位切1 2 1 定 向爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 1 4 ，3 1 2 1 0 8 1 1 0 ． C H E N GG u i h a i ，D I A OY u e ，T A N GC h u n h a i ，e ta 1 ．D i ． r e c t i o n a le x p l o s i v ed e m o l i t i o no f8 0mh i 【g h c h i m n e yb y h i g hl o c a t i o nc u t t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 4 ，3 1 2 1 0 8 1 1 0 ． i nC h i n e s e 徐顺香，陈德志，李本伟，等．1 0 0m 高钢筋混凝土烟囱 爆破拆除及安全措施[ J ] ．爆破，2 0 1 5 ，3 1 2 1 0 6 1 0 9 ． [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 9 ] d 破坏效果 d T h ed a m a g ee f f e c t X US h u n x i a n g ，C H E ND e z h i ，L IB e n w e i ，e ta 1 ．D e m o l i t i o no f1 0 0 m e t e r s u p e r h e i g h tr e i n f o r c e de o n e r e t ec h i m n e y b yd i r e c t i o n a lb l a s t i n ga n ds a f e t ym e a s u r e s [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 1 5 ，3 1 2 1 0 6 1 0 9 ． i nC h i n e s e 周家汉．爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[ J ] ． 工程爆破，2 0 0 9 ，1 5 1 1 4 ． Z H O UJ i a h a n ．D i s c u s s i o no nc a l c u l a t i o nf o r m u l ao fc o l l a p s i n gv i b r a t i o nv e l o c i t yc a u s e db yb l a s t i n gd e m o l i t i o n [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 9 ，1 5 1 1 - 4 ． i nC h i n e s e 吕小师，杨小林，梁为民．2 座9 0m 高冷却塔控制爆破 拆除技术及危害控制实践[ J ] ．爆破，2 0 1 3 ，3 0 2 1 7 5 1 7 9 ． L VX i a o s h i ，Y A N GX i a o 一1 i n ，L I A N GW e i m i n ．D e m o l i t i o nt e c h n o l o g ya n dh a z a r dc o n t r o lp r a c t i c eo fc o n t r o l l e d b l a s t i n ga b o u tt w o9 0mh i g hc o o l i n gt o w e r [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ，3 0 2 1 7 5 1 7 9 ． i nC h i n e s e 王春玲，梁为民，张英才，等．复杂环境下高耸建筑物 爆破触地振动控制措施[ J ] ．工程爆破，2 0 1 4 ，2 0 5 4 6 ．4 9 ． W A N GC h u n l i n g ，L I A N GW e i - m i n ，Z H A N GY i n g C a i ，e t a 1 ．B l a s t i n gv i b r a t i o nc o n t r o lm e a s u r e so ft o w e r i n gb u i l d i n g b l a s t i n gd e m o l i t i o ni nc o m p l e xe n v i r o n m e n t [ J ] ．E n g i n e e r - i n gB l a s t i n g ，2 0 1 4 ，2 0 5 4 6 4 9 ． i nC h i n e s e 万方数据