分段控制爆破技术在210m烟囱拆除中的应用.pdf

第3 3 卷第2 期 爆破 V 0 1 ．3 3N o ．2 2 0 1 6 年6 月B L A S T I N G J u n ．2 0 1 6 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 6 ．0 2 ．0 1 7 分段控制爆破技术在2 1 0m 烟囱拆除中的应用 袁绍国1 ，杨坡1 ，贾海鹏2 ，宋加利‘，赵晓坤1 1 ．内蒙古科技大学矿业研究院，包头0 1 4 0 1 0 ；2 ．河南迅达爆破有限公司，焦作4 5 4 0 0 0 摘要根据国家相关政策．某电厂现有一座高2 1 0m 烟囱需要进行爆破拆除。介绍了分段控制爆破技术 在实际工程中的具体应用。通过在烟囱1 0 0m 处和底部开设倒梯形爆破切口、梅花形布孔，确保烟囱倒塌方 向；爆破采用毫秒延时起爆、在烟囱倒塌方向开挖减震沟、烟囱触地地面铺设松软黄土缓冲层、倒塌方向三面 搭设防护屏障等措施有效地控制了爆破振动和飞石危害，达到了比较理想的效果。 关键词分段控制爆破；爆破拆除；爆破效果 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 6 0 2 0 0 8 7 0 5 A p p l i c a t i o no fS u b s e c t i o nC o n t r o lB l a s t i n gT e c h n o l o g y i na2 1 0m C h i m n e yD e m o l i s h i n g Y U A N S h a o ．g u 0 1 ，Y A N GP 0 1 ，J I AH a i - p e n 9 2 ，S O N GJ i a ．．．1 i ，Z H A OX i a o k u n l 1 ．I n s t i t u t eo fM i n i n gR e s e a r c h ，I n n e rM o n g o l i aU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， B a o t o u0 1 4 0 1 0 ，C h i n a ；2 ．H e n a nS c h i n d l e rB 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 A c c o r d i n gt ot h er e l e v a n t n a t i o n a lp o l i c y ，a2 1 0mc h i m n e yi nap o w e rf a c t o r yn e e d sd e m o l i t i o nb y b l a s t i n gt e c h n o l o g y ．T h ea p p l i c a t i o no fs u b s e c t i o nc o n t r o lb l a s t i n gt e c h n o l o g yw a si n t r o d u c e di n t h ep r a c t i c a le n g i - n e e r i n g ．T h eb l a s t i n gc u tp o s i t i o n sw e r ed e s i g n e di n1 0 0mh e i g h ta n dt h eb o t t o mo ft h ec h i m n e y ，a n dt h eq u i n c u n x e s h o l e sw e r ea p p l i e dt oe n s u r ec o l l a p s ed i r e c t i o no fc h i m n e y ．S o m eo t h e rm e a s u r e s w e r ea l s op e r f o r m e d ，i n c l u d i n gt h e m i l l i s e c o n dd e l a yi n i t i a t i o ns y s t e m ，d a m p i n gd i t c hi nc o l l a p s ed i r e c t i o n ，s o f tb u f f e rl a y e r ，p r o t e c t i v eb a r r i e rs e t t i n go n t h r e es i d e s ，t oc o n t r o lt h ev i b r a t i o na n df l yr o c k se f f e c t i v e l y ，b yw h i c ht h ei d e a le f f e c tw a sa c h i e v e d ． K e yw o r d s s u b s e c t i o nc o n t r o le x p l o s i v e ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；b l a s t i n ge f f e c t 1 工程概况 为响应国家节能减排的号召，河南鹤壁万和发 电厂一期机组于2 0 1 0 年进入关停阶段，根据拆除总 进度要求，现在需对与机组配套的一座2 1 0m 烟囱 进行拆除。 收稿日期2 0 1 6 0 4 0 2 作者简介袁绍国 1 9 6 1 一 ，男，硕士、教授、硕士生导师，现任内蒙 古科技大学矿业研究院岩石力学与爆破工程团队负责人， 主要研究控制爆破、岩石力学， E m a i l s g y u a n 6 1 0 s i n a ． c o r n o 基金项目国家自然科学基金项目 5 1 2 5 4 0 0 3 台阶规模边坡滑坡 概率的预测方法研究 1 ．1 周边环境 待拆除烟囱位于二期机组与办公楼中间，东侧 距待保护的高压工业输油管道3 7m ，西侧距拆除中 的主厂房1 1 2m ，距离待保护的变电站1 9 9m ，南侧 距离二期机组6 8m ，北侧距离待保护的办公楼 7 0m ，周边环境较为复杂，如图l 所示。 1 ．2 烟囱结构 待拆除烟囱高2 1 0m ，为钢筋混凝土结构，含两 个出灰口，两个烟道口，出灰口和烟道口在同一条轴 线上，呈南北布置；出灰口宽2 ．0m ，高2 ．5m ；烟道 口宽4 ．0m ，高8 ．0m 。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5i n 处半径 万方数据 8 8爆破 2 0 1 6 年6 月 1 0 ．1 5m ，壁厚5 4 0m m ，无隔热层和内衬；高度1 0 0m 处，烟囱半径5 ．5 5m ，壁厚3 2 0m m ，隔热层 珍珠 岩 厚8 0m m ，内衬厚1 2 0m m ；高度1 0 3m 处，外径 5 ．0 2m ；标高2 ．5m 至1 0 0m 范围，筒身混凝土体积 2 3 3 4 ．6 4m 3 ，隔热层体积3 3 7 ．8 5m 3 ，内衬体积 5 4 7 ．5 4m 3 ；凝土密度按2 5 0 0k s ／m 3 ，隔热层 珍珠 岩 密度为3 5 0k g ／m 3 ，内衬 普通红砖 密度按 2 0 0 0k g ／m 3 进行计算，标高2 ．5m 至1 0 0m 范围内 烟囱自重7 0 5 0t ，重心高度4 1 ．0 2m 。 圉 圆 萄 鹭回 羽惑 工 业 管 道 图1烟囱周边环境不意图 单位m F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ec h i m n e y s u r r o u n d i n g u n i t m 标高1 0 0m 以上，筒身混凝土体积7 2 9 ．3m 3 ，隔 热层体积2 2 4 ．5 8m 3 ，内衬3 4 5 ．1 8 m 3 。得出标高 1 0 0m 以上烟囱自重为2 5 9 2 ．2t ，标高1 0 0m 以上重 心高度1 4 6 。2m 。 标高5m 处钢筋布置竖向筋采用双层布筋，外 侧布设3 2 0 根咖3 0 竖向筋，布筋间距2 0c m ；内侧布 设2 6 8 根西2 2 竖向筋，布筋间距2 2c m 。环向布筋 为水平箍筋，布置规格为西2 2 2 0 0 。 标高1 0 3m 处布置竖向筋仍采用双层布筋，外 侧布设2 4 8 根咖2 2 竖向筋，布筋间距1 4c m ；内侧布 设1 6 6 根西1 2 竖向筋，布筋间距2 2c m 。环向筋采用 螺旋式箍筋布置方式，钢筋布置规格为西1 6 1 5 0 。 2 爆破方案设计 2 ．1 工程难点分析 待拆除烟囱高度较高，属A 级城市控制爆破拆 除工程，施工难点主要体现在以下几方面 1 正在运行的二期机组设备和变电站在烟囱 倒塌侧方向且距离比较近，对爆破危害的控制难度 较大。 2 施工过程中涉及长时间的高空作业，需要 做好严密的防护举措。 2 ．2 总体爆破方案 根据建设单位的要求，综合考虑安全、经济、工 期等因素，通过对烟囱整体定向爆破方案、折叠爆破 方案、分段控制爆破方案的比较，决定采用技术成熟 的两段单向控制爆破方案。首先在高度1 0 0m 处利 用原有维修平台作为施工平台对上半段进行拆除； 上半段爆破后，在烟囱底部开设爆破切口拆除下半 段部分。即分两次对烟囱进行爆破⋯，倒塌方向均 为西偏北3 2 。。采用两段单向控制爆破具有以下几 个优点 1 烟囱在纵向被独立地分为两段，有效地减 少了烟囱触底质量，可以使振动范围控制在安全范 围以内。 2 烟囱分次控制爆破拆除，便于爆破切口的 保护；同时，上部烟囱的爆破效果可以为下部烟囱爆 破切口设计提供参考依据，及时调整下部切口的设 计，确保烟囱安全正确的倒塌。 3 爆破设计 3 ．1 爆破切口设计 根据以往施工经验以及本次爆破的特点，为严 格控制烟囱倒塌方向且利用烟囱下坐损坏部分简体 而降低烟囱整体能量，减小烟囱塌落触地振动，切口 参数取值如表1 所示‘2 。。 表1 爆破切口参数 T a b l e1 P a r a m e t e r so ft h eb l a s t i n gc u t s 3 ．2 炮孔参数设计 3 ．2 ．1 爆区划分 为了减小对烟囱预留支撑的瞬间作用力，减小 炸药爆炸时对烟囱向上的作用力，本工程采用毫秒 延时导爆管分区分段进行爆破，从倒塌中心向两侧 依次分段起爆。上、下部爆破切口均分为3 个爆破 一升压站 升压站一 万方数据 第3 3 卷第2 期袁绍国，杨坡，贾海鹏，等分段控制爆破技术在2 1 0i n 烟囱拆除中的应用 区，分别采用M S l 、M S 3 、M S 5 段别起爆。 两次爆破均采用双回路非电毫秒延时起爆网 3 ．2 ．2 炮孑L 参数 上下爆破切口均采用梅花形布孔方式，本次爆 路，设置4 个激发点，确保雷管安全准爆。 破参数如表2 。 表2 爆破参数表 T a b l e2P a r a m e t e r so ft h eb l a s t i n g 4 安全防护设计与分析 4 ．1 振动校核与控制 4 ．1 ．1 爆破振动校核 本工程上部切口单段最大起爆药量为1 9 ．8k g ， 下部切口单段最大起爆药量为5 4k g 。 根据爆破振动计算公式1 K f 蓟8 、R ， 式中尺为距离爆破点的距离，i n ；Q 为炸药量，齐发 爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，k g ；秽为 距爆破点距离为R 处质点振动速度，c m ／s ；K 、O L 为 与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关 的系数和衰减指数，取K 3 3 ．6 ，d 1 ．6 2 。 将K 、O L 、R 代人上式计算，可得出保护对象处的 理论爆破振动速度。经验算距离烟囱6 8m 处的二 期机组振动速度为0 ．4 0 2c m ／s ，在安全范围之内。 4 ．1 ．2 塌落触地振动校核 对于塌落触地振动速度的计算，采用周家汉提 出的理论计算公式∞1 ，r 月1 口 ／ 、 U t 2 丘r 【‘ M g H ／口r “ 3 ] L z ， 式中％为塌落引起地面振动速度，c m ／s ；M 为下落 构件的质量，t ；g 为重力加速度，9 ．8m ／s 2 ；H 为构件 的重心高度，I n ；o r 为地面介质的破坏强度，一般取 1 0M P a ；R 为离冲击触地点的距离，n l ；k 。、／3 为塌落 振动速度衰减系数和指数，k 。 3 ．3 7 ～4 ．0 9 ，卢 一1 ．6 6 一一1 ．8 0 。 将烟囱物理参数及公式内的各常数代人式 2 ，计算出距离烟囱6 8m 的二期机组设备的触地 振动速度是上半段1 ．2 3c m ／s ，下半段1 ．1 2c m ／s 。 校核结果是不安全的，通过采取各种措施可有效降 低触地振动。 4 ．1 ．3 振动控制措施 1 爆破振动预防。多打孔、少装药，采用分段 毫秒延时爆破技术。 2 开挖减振沟。在烟囱倒塌方向开挖三道减 振沟，同时在被保护建筑物周围开挖减振沟，减振沟 深3 4i n ，宽1 一1 ．51 7 1 ，确保周边建筑物结构不受 振动影响。 3 铺设缓冲垫层。烟囱倒塌触地时具有很大 的冲量，撞击面刚度越高触地振动越大。可通过改 变碰撞部分地面刚性，增大冲量变化时间，减小冲击 力。因此，在与烟囱倒塌撞击的部分地面铺一层松 软的黄土，吸收撞击能量，减少反弹的碎块。在烟囱 倒塌的范围内，铺设三道缓冲垫层，高度为3 ～ 4 ．5n l ，下宽为6i n 、上宽31 7 1 。 4 ．2 飞石防护措施 根据理论计算，飞石可能会对周围建 构 筑物 造成损坏，本次爆破采取直接防护与间接防护相结 合，柔性防护与刚性防护相结合的高级别防护措 施‘4 | 。 ①炮孔防护。在切口上采取三道覆盖层防护， 即使用两层草垫，一层胶皮带，形成柔性防护层，外 部再覆盖一层钢丝网，形成刚性防护层。 ②缓冲垫层覆盖压实。为了防止烟囱触地溅起 飞石，在铺设好的缓冲垫层上覆盖一层钢丝网，减少 烟囱落地冲击地面溅起的飞石。 ③搭设防护屏障。在倒塌方向前侧、左右三面 万方数据 爆破2 0 1 6 年6 月 用钢管搭设宽4m 、高1 2m 的防护屏障。屏障内侧 挂设透气性良好的铁丝网，防止飞石。如图2 。 ④倒塌方向前端筑设防冲墙。 ⑤间接防护。在重点被保护物外侧搭设脚手 架，用彩钢瓦遮挡。 图2 铺设钢丝网的缓冲垫层示意图 F i g ．2 S c h e m a t i cd i a g r a mo fc u s h i o nl a y e rw i t hw i r em e s h 4 ．3 爆破烟尘控制措施 爆破过程中产生的灰尘有三方面一是混凝土 由炸药爆炸产生的炯囱，二是烟囱倒塌触地过程中 a 上段爆破效果图 a B l a s t i n ge f f e c t so ft h eu p p e rp a r t 图3 F i g ．3 5 ．2 结论 1 通过采用两段控制爆破技术，减轻结构自 重，从而有效地减小了触地振动和二次飞溅。 2 采用多段延时起爆技术，能增加烟囱保留 体斜切压剪面积和压剪力，避免烟囱下坐过快而出 现炸而不倒或定向不准的情况。 3 通过精细化施工，精准的确定烟囱切口长 度，使得烟囱在下座过程中充分分解了烟囱的重力 势能，从而降低烟囱筒体长度，减小振动，取得了很 好的效果。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]李本伟，陈德志，张萍，等．1 8 0m 高钢筋混凝土烟囱 爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 4 5 8 - 5 9 ． 由地面扬起的烟囱，三是烟囱筒体内部隔热层的珍 珠岩和内壁附着物随爆破引起的烟尘。本次爆破主 要采取装药前用水将防护草垫浸湿和淋湿倒塌方向 地面的措施来降尘H 。。 5 爆破效果与结论 5 ．1 爆破效果 第一节爆破后，烟囱按照预定方向下座倒塌，如 图3 a 所示。从0 ～1 0 0m 撕裂一道缺口，宽度约 为剩余筒体的四分之一，烟囱在倾倒过程中，背部拉 应力集中，超过钢筋拉应力极限后倒塌落地，解体充 分，烟囱整体未前冲，端部坐落于第二道缓冲垫层边 缘，倒塌长度约5 5m ，顶部宽度1 5m 。最远飞石距 离触地中心3 0m ，爆破振动和塌落触地振动均在允 许范围内，周围建构物和设备完好。第二节爆破后 倒向向西偏约2 。，如图3 b 所示，触地后烟囱前端 闭合，底部整体性较好，倒塌长度5 0m ，宽度1 6m ， 防护屏障完好。 b 下段爆破效果图 b B l a s t i n ge f f e c t so ft h el o w e rp a r t 爆破效果 B l a s t i n ge f f e c t s [ 1 ] L IB e n w e i ，C H E ND e z h i ，Z H A N GP i n g ，e ta 1 ．D e m o l i t i o n o fa18 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 dc o n c 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 g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 4 5 8 5 9 ． i nC h i n e s e [ 2 ]褚怀保，乔俊风，张英才，等．1 8 0 高钢筋混凝土烟囱三 段单向控制爆破拆除[ J ] ．T _ 程爆破，2 0 1 0 ，1 6 4 6 2 6 3 ． [ 2 ] C H UH u a i b a o ，Q I A OJ u n f e n g ，Z H A N GY i n g c a i ，e ta 1 ． D e m o l i t i o no fa18 0 mh i g hr e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e yb y t h r e es e c t i o n so n e w a yc o n t r o l l e db l a s t i n g [ J ] ．E n g i n e e r - i n gB l a s t i n g ，2 0 1 0 ，1 6 4 6 2 - 6 3 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 周家汉．爆破拆除塌落震动速度计算公式的讨论[ J ] ． 工程爆破，2 0 0 9 ，1 5 1 2 3 ． [ 3 ] Z H O UJ i a b 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 2 - 3 ． i nC h i 万方数据 第3 3 卷第2 期袁绍国，杨坡，贾海鹏，等分段控制爆破技术在2 1 0m 烟囱拆除中的应用 9 1 上接第7 7 页 1 本次对柱状装药不同起爆方式下爆轰过程 和岩石中应力波传播特征的数值模拟，验证了柱状 装药起爆时的应力波传播并不是传统的柱面波形 式，其传播形式与起爆方式有关。 2 柱状装药不同起爆方式下岩石中应力波的 传播方向和大小不同，引起的振动响应也不同。综 合考虑岩石中应力水平、应力状态和振动响应，反向 起爆的爆破效果较正向起爆和双向起爆好。 3 本次模拟分析的炸药型号为二号岩石炸 药，对于其它型号炸药柱状装药不同起爆方式对应 力的影响有待进一步研究和对比。 [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 吴立，闫天俊，周传波．凿岩爆破工程[ M ] ．武汉中 国地质大学出版社。2 0 1 0 1 6 4 1 6 5 ． 朱殿柱．起爆方式影响爆破效果的分形理论分析[ J ] ． 爆破．2 0 0 1 ，1 8 S 1 1 3 ． Z H UD i a n z h u ．F r a c t a lt h e o r ya n a l y s e so fb l a s t i n ge f f e c t a f f e c t e db yf i r i n gm e t h o d s [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 1 ，1 8 S 1 1 3 ． i nC h i n e s e 杨年华．条形药包爆破破岩规律的试验研究[ J ] ．工程 爆破，1 9 9 5 ，l 1 2 0 - 2 5 ． Y A N GN i a n h u a ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo nl a w so ff r a g m e n t a t i o ni nr o c kb l a s t i n gw i t hl i n e a rc h a r g e [ J ] ．E n g i n e e r i n g B l a s t i n g ，1 9 9 5 ，1 1 2 0 2 5 ． i nC h i n e s e 杨年华，冯叔瑜．条形药包爆破作用机理[ J ] ．中国铁 道科学，1 9 9 5 ，1 6 2 6 6 8 0 ． Y A N GN i a n - h u a ，F E N GS h u y u ．T h em e c h a n i s mo fb i a s t i n gw i t hl i n e a rc h a r g e [ J ] ．C h i n aR a i l w a yS c i e n c e ，1 9 9 5 ， 1 6 2 6 6 8 0 ． i nC h i n e s e S T A R F I E L DAM ，P U G L I E S EJM ．C o m p r e s s i o nw a v e s g e n e r a t e di nr o c kb yc y l i n d r i c a le x p l o s i v ec h a r g e s Ac o m p a r i s o nb e t w e e nac o m p u t e rm o d e la n df i e l dm e a s u r e m e n t s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c s ＆M i n i n g S c i e n c e s ＆G e o m e c h a n i c sA b s t r a c t s ，1 9 6 8 ，5 1 6 5 7 7 ． [ 6 ]刘殿书，谢夫海，陈寿峰．起爆方式对岩石爆破破碎影 响的数值模拟研究[ J ] ．中国矿业大学学报，1 9 9 9 ， 2 8 6 6 0 5 ．6 0 7 ． [ 6 ] L I UD i a n s h u ，X I EF u h a i ，C H E NS h o u f e n g ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no nr o c kf r a g m e n t a t i o nb yb l a s t i n gu n d e rd i f f e r e n td e t o n a t i o nm a n n e r s 『J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，2 8 6 6 0 5 6 0 7 ． i nC h i - n e s e [ 7 ]潘先峰，毛艳锋．基于A N S Y S ／L S ．D Y N A 的井巷掘进掏 槽爆破扩腔过程的数值模拟[ J ] ．煤矿爆破，2 0 1 4 4 1 9 2 4 ． [ 7 ] P A NX i a n f e n g ，M A OY a n - f e n g ．T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n o fs h a f te x c a v a t i o nb l a s t i n gc a v i t ye x p a n s i o np r o c e s sb a s e d O i lA N S Y S ／L S D Y N A [ J ] ．C o a lM i n eB l a s t i n g ，2 0 1 4 4 1 9 2 4 ． i nC h i n e s e [ 8 ]王彦辉，东兆星，齐燕军．起爆方式对应力波传播规律 影响的数值模拟[ J ] ．黑龙江科技学院学报，2 0 1 0 ， 2 0 4 2 6 8 ．2 7 1 ． [ 8 ] W A N GY a n h u i ，D O N GZ h a o x i n ，Q IY a n - j u n ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no fi n i t i a t i o nm e t h o d si m p a c to ns t r e s sw a v e p r o p a g a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fH e i l o n g j i a n gI n s t i t u t e o fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，2 0 4 2 6 8 2 7 1 ． i nC h i n e s e [ 9 ] 罗学东，朱小红．坚硬岩石条件下九孔掏槽方式的数 值模拟研究[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 3 1 7 ．2 2 ． [ 9 ] L U OX u e d o n g ，Z H UX i a o h o n g ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o n0 n 9 - h o l e sc u t t i n gm o d ei nh a r d r o c km a s s [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 0 5 ，2 2 3 1 7 2 2 ． i nC h i n e s e [ 1 0 ]宁建国，王成，马天宝．爆炸与冲击动力学[ M ] ．北 京国防工业出版社。2 0 1 0 9 0 - 9 1 ． [ 11 ]李萍．渐进式大直径空孔螺旋掏槽爆破参数的研 究[ D ] ．武汉武汉理工大学，2 0 1 0 ． [ 11 ] L IP i n g ．S t u d yo nb l a s t i n gp a r a m e t e ro fp r o g r e s s i v el a r g e h o l es p i r a l c u t t i n g [ D ] ．W u h a n W u h a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ． i nC h i n e s e 万方数据