钢结构锅炉框架爆破排险.pdf

第37卷第2期 2020年6月 Vo l . 37 No . 2 Jun . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.02.017 钢结构锅炉框架爆破排险 李本伟周祥議，王琪2,陈德总，周应军甄列旷,罗陈晨」 1.中钢集团武汉安全环保研究有限公司，武汉430081 ；2.湖北省公安厅，武汉430080； 3.河海大学土木与交通工程学院，南京210098 摘 要为爆破拆除某火力发电厂坍塌事故残体，通过向边长50 c m的空心立柱中填充混凝土实现空心钢 结构立柱的钻孔爆破。通过在钻孔两侧切割引导缝削弱钢材对爆轰能量的抵抗能力，实现利用乳化炸药以 7.4 k g/m3至 bl a st in g demo l it io n ； ho l l o w st eel st r uc t ur e c o l umn s; fil l in g c o n c r et e; guide jo in t; emul sio n ex p l o sive 收稿日期2020-01 -06 作者简介李本伟1981-，男，高级工程师、硕士，爆破工程及爆破 技术研发，E-ma il 353334814 q q . c o mQ 1背景 广西合山电厂原4号锅炉框架在人工拆除过程 中发生安全事故。角钢顶棚坍塌，顶板结构砸在4 98爆破2020年6月 号炉钢结构框架,造成其结构损伤，上部横梁弯曲变 形，大量角钢及预制板悬挂在4锅炉框架顶部。最 终决定采用爆破拆除作为排险手段。 2工程概况 2.1 工程环境工程环境 待拆除4机组建成于1978年。该建筑物周边 环境十分复杂，见图1。东侧31m处为30 MW机组 渣仓,东北侧40 m处为30 MW机组工业水回收池， 东侧大片厂区为30 MW机组，需受到严格保护;南 侧15 m处为汽机房，计划同时爆破拆除;西边距5 机组锅炉框架35 m,计划后续拆除;西北方向34 m 处为废水化学水处理钢罐,41 m处为30 MW机组 脱硫设施;北侧10 m处为麻石砌筑的原4机组除 尘器,40 m远处为露天油罐区（未储油）。 图1周围环境示意图单位m Fig. 1 Dia gr a m o f sur r o un din g en vir o n men t un it m 2.2工程结构工程结构 4机组锅炉由5根（原有6根，其中一根在事故 应急中拆除）钢结构立柱支撑而成的钢结构框架, 水平投影为6.9 m x 10. 3 m的矩形，如图2、图3所 示。锅炉框架高42 m, 14 m及 20 m处有钏接 钢结构横梁，横梁成闭合矩形;42 m处有2根东西 走向钏接钢结构横梁，其中北侧横梁已严重变形,而 大部分顶棚残体钩挂在南侧横梁上。由于事故原因 造成北侧立柱上部弯曲。立柱由两个槽钢内扣外侧 焊接钢板制成，为36 c mx 50 c m矩形结构,槽钢及 钢板厚为2 c m。见图4。 图3钢结构立柱断面图单位c m Fig. 3 Sec t io n a l view o f st eel st r uc t ur e c o l umn s un it c m 10.3 6 图2钢结构0 n i平面图单位n i Fig. 2 0 m p l a n view o f st eel st r uc t ur e un it m 3总体方案 3.1方案分析方案分析 对于钢结构构筑物一般采用人工拆除，人工-机 械拆除或爆破切割拆除。 人工拆除或人工-机械拆除时会发现,4炉残体 为不规则钢结构，顶棚钢结构悬挂在炉体南侧的横 梁上。同时，顶棚在坍塌过程中造成了炉体立柱和 上部横梁弯曲变形。最致命的问题是顶棚角钢悬 第37卷第2期李本伟，周祥磊，王 琪，等 钢结构锅炉框架爆破排险99 挂在锅炉框架残体上部，达到了静力平衡，对其进行 分割拆除时极易破坏这种平衡。4炉残体高度达到 T42 m,顶棚钢结构主要悬挂在40 m以上,4炉残 体四邻高大构筑物。采用爆破切割拆除手段时会发 现，由于建设年代久远，钢立柱内部结构、材料指标 特别是型材厚度不明；钢结构立柱断面为“日”字 形，切割爆破无法处理内部横衬;4炉残体西侧承担 了顶棚角钢的荷载，不宜进行大面积的削弱处理。 因此，传统常规的拆除手段已经无法满足本项目的 需求。为此，设计在立柱内预先灌注混凝土,解决钢 结构内径与壁厚的比值过小不宜破坏和钢管结构爆 炸防护能力强的问题□⑷。同时混凝土填充也大大 增强了立柱的抗压能力，解决了不宜预处理的 问题⑸。 图4钢结构立面图（单位m） Fig. 4 El eva t io n view o f st eel st r uc t ur e（ un itm） 3.2爆破总体方案爆破总体方案 对全部四根立柱进行爆破,南侧两立柱为前排, 北侧两立柱为后排，利用炸高差保证炉体向南定向 倾倒的爆破方案。 4技术参数 4.1爆破炸高的确定爆破炸高的确定 1倾倒过程分析“‘I 大量钢筋混凝土框架结构爆破拆除显示,爆破 过程一般分为3个阶段 ①爆破切口完全形成后,爆破体会在重力作用 下下落直至后排支撑结构触地,这个过程中由于下 落高度一般较低同时伴随了后排结构的破碎，整个 爆破体结构一般不会受到较大破坏。 ② 随后爆破体在重力和后排支撑的共同作用下 倾覆,爆破切口的上沿会首先触地，此时爆破切口闭 合,这是爆破体的第二次触地。大多数框架结构会 在此时出现梁柱的断裂，甚至整体破碎。 ③ 随后爆破体继续向前倾覆直至迎地面完全触 地,这是爆破体的第三次触地。此时爆破体所有重 力势能全部释放，自身结构受到巨大的破坏，筒体结 构多在此过程中发生破碎。 2 钢结构自身特性 钢结构框架立柱相比钢筋混凝土结构立柱具有 强度大，截面积小的特点，而且大多是空心筒形结 构,这导致其断面面积非常小。同时钢结构立柱的 基础截面积也比较小。因此在倾倒过程的第一个阶 段，很有可能在重力作用下插入泥土，导致有效炸高 的减少。 钢结构的整体弹性远强于混凝土结构，彳顷倒过 程的第二个阶段不会发生整体破碎，因此爆破体此 时能否突破切口斜面的支撑完成第三个阶段就成为 决定爆破成功与否的至关重要的因素。 3 炸高确定 4炉残体为不规则结构，但从侧视图可见,大量 的顶棚残体悬挂在炉体南侧顶部的横梁上，其重量 必然造成整个结构的重心上提南移,这对炉体爆破 后向南倾倒是有利的，因此通过几何法判断其重心 偏移量来确定最小炸高是可行的。 4 炸高计算 令a为爆破体到达倾倒第二阶段时的角位移, 如图5所示。则可根据几何关系给出等式 L R c o s 0 c o s a 式中R为重心旋转半径,m；0第二阶段重心对 地夹角也倾倒方向底面边长,m。 100爆破2020年6月 根据施工需求，可选取最小近似整数解。式中 R 23. 1 m,L 6. 9 m,a 3 77。。进而可知最小 理论爆破切口高度hQ.5 mo考虑到后排立柱有 侧移插入土中的可能，实际切口高度取值为 H h、 h2 h3 式中屁为最小理论爆破切口高度池2为后排 入土深度，取1 m；厶为炸高补偿后排炸点、施工精 度、渣堆等原因，取1 m。 可知爆破切口高度为2. 5 m。 切口布置见图6 图8。 黄泥堵塞⑸ 后排立柱 图6爆破切口位置 Fig. 6 Bl a st in g n o t c h p o sit io n 图8爆破切口尺寸单位m Fig. 8 Bl a st in g n o t c h siz e un it m 采用孔内延时的非电起爆网路。孔内采用非电 雷管，孔外采用“ 一把抓”的联接方式，每把20发用两 发非电毫秒雷管传爆。前排立柱孔内装MS7段非电 雷管，后排立柱孔内装MS11段非电雷管，孔外用MS1 段非电雷管接力，最后抓成两把连入爆破主网路。 5预处理 1 在立柱内填充混凝土。并在设计炮孔处开 直径为42 mm的圆孔。 2 在下5排炮孔中交叉选择一个，在其两侧 切割横向预切引导缝，在无钻孔的三个面切割纵向 预切引导缝[58]O 后排立柱 前排立柱 仅填充混泥土 仅填充混泥土填充混凝土并钻爆 填充混凝土并钻爆 仅填充混泥土 仅填充混泥土 6安全防护 与一般拆除爆破相比,本次爆破的单耗是比较 大的，需重点控制爆破飞石。通过钢丝网、防晒网、 单层沙袋组成的防护体系有效的控制了爆破飞散物 和爆破空气冲击波““I。〕。为方便施工，预先加工 了防护模块。同时利用沙袋墙对下部5排孔进行加 强防护。见图9、图10。 图7爆破切口布置 Fig. 7 Ar r a n gemen t o f bl a st in g n o t c h 4.2孔网参数孔网参数 前排立柱炸高为2.5 m,共打孔10排,其中下 5排排距为25 c m,单耗为断口处钢板外翻，内部预先填充的 混凝土保存完好。上5排也大部分销毁，仅有一个 立柱钻孔一侧钢板保留完整，钻孔清晰可见。40 m 范围内四邻建筑表面未见飞石破坏痕迹。 图11爆破效果图 Fig. 11 Bl a st in g effec t 7.2结论与展望结论与展望 1） 通过内注混凝土实现空心钢构件的钻孔爆 破,并借此完成钢结构的爆破拆除任务。 2） 7.4 k g/m3至 89 k g/m3的单耗在爆破中起 到了非常好的效果。 3） 爆破体立柱为2块槽钢对拼,然后用钢板焊 接而成。在面对单个槽钢或角钢构成的开放式钢结 构立柱时，可通过拼接成筒后再利用本方法进行爆 破拆除。 4 钢结构框架立柱截面积小，基础截面积也比 较小，极易出现立柱下落溢出基础支撑范围的情况。 此时必须考虑自然地质条件，以判断后排立柱入土 后造成的炸高损失。 5 对于异形结构体，需充分考虑到整体重心位 置对爆破效果的影响。 参考文献参考文献References [1] 钟冬望，黄 雄，司剑峰，等爆破荷载作用下埋地钢 管的动态响应实验研究[J].爆破,2018,35219-25. 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