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第38卷 第1期 2021年3月 爆 破 BLASTING Vol. 38 No. 1  Mar. 2021 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2021. 01. 016 复杂环境下210 m烟囱定向爆破拆除 程 楠 ( 中铁二十三局集团有限公司, 成都610072) 摘 要 由于周边环境复杂、 倒塌空间有限, 厂区内210 m高烟囱爆破拆除施工必须保证定向爆破的精准 度与安全性。根据理论计算与工程经验选取正梯形爆破切口、 切口高度为4. 5 m, 切口圆心角为216, 烟囱 外壁单耗为2. 3 kg/ m3, 内村单耗为1. 45 g/ m3。通过优化开凿工艺、 爆破参数以及起爆网路等控制措施控制 爆破次生灾害; 采用混合材料悬挂式覆盖防护、 减震堤等安全措施控制爆破负面效应。最终爆破取得了良好 效果, 周边建(构)筑物在爆破过程中没有受到损伤, 监测的振动峰值为0. 27 cm/ s。 关键词 钢筋混凝土烟囱;复杂环境;定向爆破;安全防护 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2021)01 -0100 -05 Directional Blasting Demolition of 210 m Chimney under Complex Conditions CHENG Nan (China Railway 23RD Bureau Group CO.,LTD,Chengdu 610072,China) Abstract Due to the complex surrounding environment and limited collapse space for the demolition of a 210- meter-high chimney in a plant area,the accuracy and safety of the directional blasting must be ensured. According to theoretical calculation and engineering experience,a regular trapezoidal blasting incision was selected. The incision height was 4. 5 m,the incision center angle was 216,the unit explosive consumption of the outer wall of the chimney was 2. 3 kg/ m3,and the unit explosive consumption of the inner wall was 1. 45 g/ m3. Measures by optimizing excava- tion technology,blasting parameters,and the blasting network were used to control secondary blasting hazards. The negative effects of blasting were controlled by adopting safety measures such as mixed material suspension cover pro- tection and damping dikes. Finally,the blasting achieved good results. The surrounding buildings(structures)were not damaged during the blasting process,and the monitored vibration peak was 0. 27 cm/ s. Key words reinforced concrete chimney;complex environment;directional demolition blast;safety protection 收稿日期2020 -12 -22 作者简介程 楠(1968 -) , 男, 高级工程师、 硕士研究生, 主要从事爆破 工程安全管理方面研究, (E-mail)1604106806@qq.com。 上世纪八十年代以来, 我国就开始采用爆破方 法拆除百米以上高耸钢筋混凝土烟囱。爆破拆除高 耸钢筋混凝土烟囱具有以下难点①烟囱高度高、 体 积大;②拆除工期紧;③四邻环境复杂, 安全要求 高[ 1]。徐鹏飞等人采用两段单向控制爆破拆除 180 m高钢筋混凝土烟囱[ 2], 两次爆破均取得了良 好的爆破效果, 达到了安全、 精细爆破拆除的目的; 李本伟等人在复杂环境中采用控制爆破技术爆破拆 除180 m钢筋混凝土烟囱[ 3], 针对烟囱尺寸大、 钢筋 密、 混凝土强度高的结构特点, 预先开凿大尺寸导向 窗减少了爆破面积, 并且通过铺设防护土堤有效地 控制了爆破次生灾害的产生; 朱宽等人以某特大钢 筋混凝土烟囱定向爆破工程为研究对象, 采用高速 摄影、 应力应变测量两种测量手段, 对烟囱爆破倒塌 过程进行实验研究, 获取倾倒过程中的各种运动参 量[ 4]。以国华徐州发电有限公司210 m烟囱爆破拆 除工程为研究背景, 根据理论计算与工程经验选取 万方数据 了合理的爆破切口形状、 尺寸及开凿工艺、 爆破参数、 起爆网路以及多重控制措施, 研究烟囱爆破拆除的倾 倒过程以及爆破拆除对周边建( 构) 筑物的影响。 1 工程环境 国华徐州发电有限公司响应国家“上大压小、 节能减排” 政策号召关停7、8号机组。机组210 m 烟囱因结构高大且坚固, 需进行爆破拆除。待拆除 烟囱位于国华徐州发电有限公司厂区内, 西北侧距 化水集控室办公区135 m, 距燃料物资部办公楼及 厂房63 m, 距西北侧围墙( 倾倒方向)222 m; 西侧距 生活消防水管道及电缆30 m, 西南侧距民房190 m; 东南侧加热站88 m, 距综合楼146 m; 东侧供热管道 ( 埋深0. 5 m)19 m; 东南侧厂区铁路线277 m, 距京 沪铁路线382 m。烟囱周边环境如图1、2所示。 图1 待拆烟囱实景图 Fig. 1 Real view of chimney to be demolished 图2 待拆除烟囱环境图( 单位m) Fig. 2 Environmental of chimney to be demolished(unitm) 2 烟囱结构 待拆除4#烟囱为钢筋混凝土结构, 混凝土采用 C30, 高210. 00 m,+6. 85 m处外半径8. 41 m, 壁厚 750 mm, 隔热层厚80 mm, 内衬厚200 mm; 底部布置 有两个检修口,检修口高2. 50 m,宽1. 80 m; +5. 00 m处布置有两个烟道口, 烟道口宽4. 30 m、 高7. 25 m。井字梁和积灰平台位于+20. 00 m处以 下。筒身混凝土体积2519. 5 m3, 隔热层484. 45 m3, 内衬873. 90 m3。+6. 85 m处竖向筋布置 双层布 筋, 外侧布设83φ 25竖向筋, 内侧布设218φ 20竖 向筋; 环向筋布置 环向筋采用螺旋式箍筋布置方 式, 外侧钢筋布置规格为φ 22@ 140, 内侧钢筋布置 规格为φ 18@160。 3 爆破拆除设计 结合烟囱高度、 结构尺寸、 周边环境, 在待拆除 烟囱+6. 85 m处布置爆破切口, 倾倒方向为南北两 个出灰口对称中心为准, 即西偏北2方向, 采用孔 内延时起爆技术,并用绳锯进行定向窗的预处 理[ 5-10]。 3. 1 爆破切口设计 爆破切口形状设计为正梯形。根据余留部分力 学分析并结合类似烟囱爆破拆除经验, 切口圆心角 101第38卷 第1期 程 楠 复杂环境下210 m烟囱定向爆破拆除 万方数据 取216, 切口布置在+ 6. 85 m处,该处烟囱外径 D =8. 41 m, 壁厚δ =750 mm, 烟囱切口弧长L = πD (216/360)= π 16. 82 216/360 =31. 12 m。切口 高度H =(1/6 ~ 1/4)D = 2. 8 ~ 4. 2 m, 实际取H = 4. 5 m。定向窗为直角三角形, 角度为30, 底边长 为0. 49 m, 高0. 28 m。切口平面布置如图3所示。 图3 切口平面布置示意图( 单位m) Fig. 3 Diagram of cut layout(unitm) 3. 2 爆破参数设计 (1) 孔网参数 切口炮孔深度L =(0. 6 ~ 0. 85)δ, 其中δ为爆 破切口处的筒壁厚度,δ = 0. 75 m, 炮孔深度L1= 0. 57 m, 孔距a1=0. 45 m, 排距b1=0. 45 m, 炸药单 耗q1=2. 30 kg/ m3, 单孔装药量Q1=350 g。为保证 内衬不影响烟囱倒塌过程,在烟囱内部平台 +6. 85 m处对内衬进行钻孔,炮孔深度L2= 0. 17 m, 孔距a2=0. 35 m, 排距b2=0. 45 m, 炸药单 耗q2=1. 45 kg/ m3, 单孔装药量Q2= 50 g。爆破总 药量为188. 25 kg。 (2) 炮孔布置 炮孔布置在爆破切口范围内, 方向朝向烟囱中 心, 烟囱外壁相邻排间炮孔采用矩形布置, 采用云梯 车进行钻孔作业, 烟囱外壁爆破切口布设11排炮 孔, 共495孔; 内衬炮孔采用梅花形布置, 在内部平 台搭设脚手架进行钻孔作业, 共布设6排炮孔, 共 300孔。具体爆破参数如表1所示, 实际炮孔布置 如图4所示。 表1 爆破参数设计 Table 1 Blasting parameter design 部位壁厚/ m孔深/ m孔距/ m排距/ m孔数/个 单孔 装药量/ g 单耗/ (kgm -3) 总装药量/ kg 外壁0. 750. 570. 450. 454953502. 30173. 25 内衬0. 280. 170. 350. 35300501. 4515. 00 图4 炮孔布置图 Fig. 4 Blasthole layout 3. 3 起爆网路设计 为了确保安全准爆, 采用非电导爆管微差起爆 网路, 分两段起爆。烟囱内衬和烟囱外壁爆破切口 中间采用MS1段非电雷管, 两侧分别采用MS3段非 电雷管,中间先起爆,两侧滞后[ 11]。每个炮孔装 1 ~2发非电雷管, 其中下四排孔形成交叉复式网路 并适当调高单孔药量, 每18 ~20发非电雷管组成一 簇, 用2发瞬发导爆管雷管连接。形成交叉复式网 路。见图5。 4 安全防护措施 4. 1 振动控制措施 根据待拆除烟囱周边勘测情况, 本次爆破拆除 工程主要保护对象为西南的民房以及西侧的生活消 防水管道、 电缆, 其中生活消防水管道、 电缆处于烟 囱倒塌中心线上, 民房距离预估烟囱头部触地位置 较近。为减少爆破振动和烟囱倒塌触地振动对周边 建( 构) 筑物的影响[ 12], 采用了以下措施 (1) 沿生活消防水管道、 电缆的走向铺设两层 201爆 破 2021年3月 万方数据 钢板, 并在钢板上方采用黄土、 砖渣铺设一条上宽 2 m、 下宽5 m、 高3 m的减震堤。 (2) 在倒塌方向的正前方,217 m处采用黄土、 砖渣铺设一条长20 m、 上宽3 m、 下宽6 m、 高4 m 的减震堤, 并在减震堤靠近烟囱一侧开挖一条2 m 深的沟槽。 (3) 为减小烟囱触地造成地面碎石的飞溅, 减 震堤堆筑的材料里面不能有碎块, 用2层防晒网整 体覆盖减震堤。 图5 起爆网路示意图 Fig. 5 Schematic diagram of detonation network 4. 2 其他安全防护措施 (1) 采用云梯车进行钻孔、 装药、 防护施工, 避 免登高作业, 保证施工人员的安全。 (2) 加强对装药部位的覆盖, 对装药部位从里 层到外层采用2层土工格栅,10层密目安全网,2层 黑色防晒网进行悬挂式覆盖防护, 以防爆破飞石的 飞出[ 13,14]。 (3) 对周边需保护的建( 构)筑物采用2层黑色 防晒网进行悬挂式覆盖防护, 防止爆破飞散物对窗 户、 玻璃造成损坏。 5 振动监测 5. 1 振动监测仪器与结果 本次测试采用了由成都泰测科技有限公司生产 的Blast-UM爆破测振仪对烟囱西南侧的民房建筑 及东北侧的京沪铁路线进行了质点振动速度监测, 以确保其安全性。表2为烟囱爆破振动监测结果, 图6为典型振动速度波形图。 图6 典型振动速度波形图 Fig. 6 Typical vibration velocity waveform 表2 烟囱爆破振动监测结果 Table 2 Chimney blasting vibration monitoring results 测点位置 X 最大振速/(cms -1) YZX 主频/ Hz YZ 爆心距/ m 最大单段 药量/ kg 居民楼1#0. 27160. 22640. 259611. 120. 118. 7142 居民楼2#0. 20850. 11880. 157618. 215. 717. 830297 厂区铁路线涵洞0. 04970. 09330. 044210. 511. 311. 7393 5. 2 监测结果分析 (1) 根据本次振动监测的数据, 烟囱爆破拆除 工程中塌落触地振动远大于炸药爆炸产生的爆破 振动。 (2) 从表2可以看出最大振动速度在居民楼1# 测点, 振速为0. 2716 cm/ s, 主频为11. 1 Hz, 远远小 于砖混结构民房的安全振动速度2 cm/ s。因此, 邻 近居民楼是安全的。 (3) 一般厂房和民房的自振频率在1 ~3 Hz, 而 本次爆破引起振动频率在10. 5 ~ 20. 1 Hz之间, 超 过民房的自振频率, 不会引起共振导致民房破坏。 6 爆破效果及分析 2020年11月19日下午3点54分,210 m烟囱 爆破拆除。起爆后烟囱按照预定的方向缓慢倾斜, 倾斜过程约7 s, 从12 s开始加速倾倒落地,12 s时 301第38卷 第1期 程 楠 复杂环境下210 m烟囱定向爆破拆除 万方数据 烟囱筒体在约1/2处开始断裂,18 s后全部落地, 定 向倾倒方向无误,无后座现象。整体爆堆长度为 227 m, 烟囱筒体落地被分为3段, 底部0 ~50 m筒 体被压扁, 混凝土破坏较少,50 ~100 m筒体被压扁 压碎,100 ~227 m筒体混凝土基本完全粉碎。周边 建( 构) 筑物、 地下水管道、 地下线缆安然无恙, 爆破 总体效果良好。见图7。 图7 烟囱爆后效果图 Fig. 7 Effect diagram of chimney after explosion 通过本次210 m烟囱的定向爆破拆除, 有如下 体会 (1) 在选择5 ~ 30 m高位切口时, 传统钻孔作 业需搭设脚手架平台进行钻孔作业, 该方法成本高、 耗时长, 对脚手架搭设要求高, 并且平台还需在爆破 前拆除, 对后续装药、 联网作业影响大, 安全性不高。 而本次工程通过运用云梯车载人进行钻孔作业, 与 传统方法相比较, 云梯车移动方便、 灵活, 节省搭设 与拆除时间, 不会影响联网工作, 安全系数较高。 (2) 与传统定向窗预处理方法相比, 用绳锯切 割法处理定向窗, 夹角与形状更精确, 后排结构保护 更充分, 工期更短, 在降低成本的同时减少了对烟囱 的损伤。 (3) 在高耸建(构)筑物爆破拆除工程中, 有必 要采用减振与防飞溅措施,可以有效控制高耸建 ( 构) 筑物触地带来的振动, 飞石等危害。 (4)2层土工格栅,10层密目安全网,2层黑色 防晒网的近体防护能够有效的控制爆破飞石。 参考文献(References) [1] 余红兵, 赵明生.复杂环境废弃烟囱爆破拆除及安全 控制措施研究[J].爆破,2020,37(2) 69-74. 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