复杂环境下水塔的爆破拆除.pdf

第6 0 卷第2 期 2008 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e m l s V 0 1 ．6 0 。N O ．2 M a y200 8 复杂环境下水塔的爆破拆除 张金泉，高文乐 山东科技大学，山东青岛2 6 6 5 1 0 摘要介绍复杂环境下的水塔定向拆除爆破实倪及其保证定向倒塌、控制爆破飞石和水塔顶部箱体的水压爆破破碎设计。 水塔准确地沿南偏东6 0 ‘方向倒塌，水罐按设计龟裂，未产生爆破飞石。爆堆全部塌散在砂土缓冲层上。水塔落地时的碎石飞溅得 到有效控制，个别飞散物未对周围造成任何损坏。地下管道完好无损，罐体水比较顺利排离广场，爆破达到了预期效果。 关键词爆破工程；拆除爆破；水塔；水压爆破 中图分类号T D 2 3 5 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 2 0 1 1 8 0 3 1工程概况 水塔位于山东某单位院内，高2 5 m ，底部外径 6 ．6 m ，壁厚 塔体 3 7 c m ，砖结构。有4 根4 0 0 m m 4 0 0 m m 的钢筋混凝土立柱支撑罐体，罐体内半径 2 4 0 0 m m ，壁厚1 0 0 ～3 0 0 m m ，高4 5 0 0 m m ，钢筋混凝 土结构，高1 ．5 m 内为两层钢筋，上部为一层钢筋。 钢筋排列为竖筋怊m m 2 0 0 m m ，环筋牵2 0 m mX 2 0 0 m m ，钢筋混凝土罐体外砌一层1 2 0 m m 厚的砖 体，并有保温层。水塔北侧1 ．6 m 为办公楼，西南 4 ．2 m 处为餐厅，其二楼外墙敷有四根暖气管道。东 南l O m 处为食堂，餐厅与食堂间距为1 2 m 。水塔东 西敷有东西向地下自来水管道，正南地下敷有地下 管道。水塔的周围环境如图1 所示，爆破环境条件 十分复杂。 道 图1 水塔周围环境示意 F i g ．1 S u r r o u n d i n g so ft h ew a t e rt o w e r 收稿日期2 0 0 6 0 7 1 1 作者简介张金泉 1 9 5 0 一 ，男，山东济南市人，副教授，主要从事 爆炸理论和控制爆破等方面的研究。 ’2 爆破方案选择 水塔的爆破拆除的方案通常有两种。方案一， 在塔身布置爆破缺口，依靠水塔的自重定向倒塌拆 除，待倒地后，充水利用水压爆破破碎钢筋混凝土罐 体。此法优点是避免在高处爆破水罐时产生的飞石 砸坏周围设施，安全性高，不足之处是施工工序多。 方案二，塔体与水罐同时爆破拆除。特点是速度快， 工序少，缺点是水罐在高处爆破产生的飞石抛掷较 远，警戒范围大，但如果精心设计、合理装药，使罐体 只产生龟裂，可避免飞石损坏周围设施，保证安全。 甲方要求水塔爆破拆除必须保证周围建筑物和 地下、上管道的安全无损，另外由于水塔位于院内，尽 可能减少工序，钻孔、装药、爆破以及警戒一次完成， 避免出现不必要的隐患。决定采用方案二，根据周围 环境图，水塔倒塌方向只有正南偏东6 0 。方向。 3 爆破设计【2 J 3 ．1 爆破缺口设计 1 缺口形状。为严格控制烟囱的倒塌方向并 防止后坐，缺口采用正梯形缺口，沿烟囱倾倒中心线 对称布置。 2 缺口尺寸。爆破切口的有效长度和高度应 满足结构强度和失稳条件的要求，这就需要有效切 口长度内的结构必须达到失稳条件。缺口形成后的 支承体，既要满足偏心受压形成倾覆力矩的条件，又 要满足一定的抗压强度和抗滑移强度。一般情况 下，根据水塔结构并结合工程经验，有效缺口长度L 应满足周长的0 ．5 ～0 ．6 7 倍，即L 0 ．5 - - 0 ．6 7 X 3 ．1 4 X6 ．6 1 0 ．3 6 ～1 3 ．8 8 m ，取1 2 m 。缺口高度 万方数据 第2 期 张金泉等复杂环境下水塔的爆破拆除 1 1 9 一般达到水塔壁厚的3 ．0 倍，即1 ．1 m 的爆破缺口 高度可使烟囱在自身的重力作用下失稳，取缺口高 度为1 ．2 m 。 3 ．2 孔网参数 1 塔体爆破参数炮孔深度L l 0 ．6 6 7 3 7 2 5 c m ；炮孔直径D 4 0 c m ；炮孔间距a 0 ．8 ～ 1 ．2 艿 3 0 ～4 4c m ，取4 0 c m ；炮孔排距b a 4 0 c m ；单孔装药量Q 1 q a b 8 1 ．1X0 ．4 0X0 ．4 0X 0 ．3 7 0 ．0 6 5 k g ，取Q 1 6 0 9 ；炮孔布置采用梅花 形布孔。 2 立柱爆破参数。立柱为钢筋混凝土结构，为 保证水塔完全失稳，必须使所有立柱失去其刚度，因 此在缺口范围内立柱的爆破高度比相应位置布孔高 度大，一般高一个孔距。不在缺V I 范围内的立柱布 置2 ～3 个孔。立柱采用单排布孔，孔距0 ．4 m ，深 0 ．2 5 m 。 ． 3 单孔用药量Q 2 厂 q l A q 2V 0 ．0 4 4 8 k g ，取Q 2 5 0 9 ，式中A 为剪切面积，m 2 ；V 为单孔负担体积，m 3 ；f 为临空面系数，对立柱取， 1 ．0 ；q 1 为单位剪切面积用药量，g ／m 2 ，取q 1 2 0 0 g ／m 2 ；q 2 为体积单位用药量，取q 2 2 0 0 g ／ m 3 。 4 塔体内连接梁爆破。连接梁在塔体内，截面 尺寸为4 0 0 m m X4 0 0 r a m ，为减水塔的横向刚度，增 加其失稳的可靠度，对连接梁采取解体破碎，爆破参 数与立柱相同。 3 ．3 水罐水压爆破设计 1 药量计算。圆柱形结构体的装药量可采用 公式Q K 1 K 2 a 1 - 6 R 1 。计算，式中K l 为装药系 数，对钢筋混凝土形成龟裂取K 1 5 ；艿为结构物的 壁厚，艿 0 ．1 1 5 m ；R 为圆筒形结构内半径，R 2 ．4 m ；K 2 为结构坚固系数，与8 ／R 有关，8 ／R 0 ．0 4 8 时，K 2 可取1 ．0 。Q 3 K 1 K 2 占 1 6 尺1 ‘ 5 X 1 ．0 x0 ．1 1 5 1 ．6 2 ．4 1 ．4 0 ．5 3 5 k g ，取Q 3 5 5 0 9 0 2 药包布置。根据以往的经验，在罐体中心线 距底1 ．2 m 处设一集中单药包，能较好地满足对罐 体地板与顶板的爆破破裂。 3 水压爆破起爆时间。为防护食堂玻璃和保 证水压爆破的水罐形成龟裂，就必须保证药包在水 体中的位置不会随塔体倾倒而产生移位，同时要求 水罐在食堂楼顶上部爆炸，对空间位置分析计算后， 水中药包最好在塔体倾倒约3 0 。角时起爆。 3 ．4 装药方式与起爆网路 炸药选用奶2 m m 岩石乳化炸药，炮孔采用孔底 集中装药结构，用0 ．5 s 延期非电雷管的1 ～5 段，每 1 2 根导爆管为一束用2 发瞬发电雷管引爆，最后将 电雷管串联起爆。 3 ．5 预处理 餐厅和食堂的门口设置防水墙，在食堂和餐厅 间挖掘排水沟，与广场内的地下排水系统连接。水 罐充水结束后，将进、出水管道切割长度不小于 2 ．0 m 。除对塔体倒塌范围铺设不小于2 0 c m 的砂土 缓冲层外，重点对罐体落地范围铺设不小于4 0 c m 的缓冲层。 4 安全防护措施 4 ．1 个别飞散物的防护 高耸建筑物拆除爆破的产生个别飞散物主要指 由于爆破和建筑物倒地后的碎石飞溅。 1 爆破产生的个别飞散物。根据经验公式R 2 0 K i n 2 W 6 ．0 m 估算，式中R 为个别飞石距 离，m ；K ，为与材质有关的系数，取K s ；，z 为爆破作 用指数，，z 1 ．0 ；W 为最小抵抗线，W 0 ．2 m 。 爆破产生的个别飞散物对餐厅的玻璃幕墙和食 堂的铝合金窗户影响，采用直接和间接防护的办法。 直接防护是对水塔的爆破缺口部位采用两层矿用运 输胶皮带悬挂防护，间接防护是在餐厅和食堂外墙 用竹排遮挡，高度不小于2 ．0 m 。 2 水塔倒地后的碎石飞溅。对其顶部的前冲 采取设置防冲墙，落地的飞溅采取在其倒塌范围内 铺设不小于2 0 c m 的砂土作为缓冲层。， 4 ．2 爆破震动安全验算【3 】 对爆破地震安全的评价大多是采用萨道夫斯基 的经验公式计算的地面质点震动速度作为依据。然 而，在拆除爆破中，一次起爆药量少，药包数目多且 分散，而且装在位于地面以上的墙、梁、柱中，爆破点 高于地平面，爆破引起的震动主要是通过承重墙、构 造柱向下传播的。因此，在相同的药量下，引起的地 震效应要比地下爆破、地表爆破弱的多，因此在引用 振速计算公式时，引入修正系数k7 。即v k k Q ∽／R 。，式中v 是介质质点的振动速度；七是 与爆破地点地形有关的系数，这里取五 1 0 0 ；是7 是 修正系数，取忌7 0 ．2 5 ；Q 是最大一段齐爆药量，Q 0 ．9 k g ；R 是被保护建筑物距爆心的最近距离，R 4 ．2 r n ；口是衰减系数，取1 ．5 。 计算出爆破对锅炉房的振动速度为2 ．7 6 c m ／s ， 万方数据 1 2 0有色金属第6 0 卷 小于一般砖房或非抗震建筑物的允许振速。 5 爆破效果及体会 1 爆破效果。烟囱准确地沿南偏东6 0 。方向 倒塌，水罐按设计龟裂，未产生爆破飞石。爆堆全部 塌散在砂土缓冲层上，水塔落地时的碎石飞溅得到 有效控制，个别飞散物未对周围造成任何损坏。地 下管道完好无损，罐体水比较顺利排离广场，爆破达 到了预期效果。 2 几点体会。 a 空中进行水压爆破必须严格 参考文献 按使结构体龟裂设计炸药量，防止爆破个别飞散物 和高压水流造成周围设施的损坏。 b 由于估计不 足水压爆破后的部分水冲入东侧食堂，因此必须采 取有效措施保证水的及时排放。 c 在无法确定水 塔倾倒3 0 。时的准确时间，采用双起爆器人工控制 法是一种行之有效的方法。 d 采取在倒塌范围内 铺设砂土缓冲层对水塔倒塌落地后的冲击力具有较 好的缓冲作用，有效地控制了碎石飞溅而产生的个 别飞散物。 [ I ] 林从谋，赵锦桥．工程爆破实用技术[ M ] ．北京煤炭工业出版社，1 9 9 8 3 4 1 3 6 6 ． [ 2 ] 朱绍武，贾永胜，罗启军，等．两座砖烟囱定向爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ， 1 5 6 5 8 ． [ 3 ] 李如江，刘天生．砖混结构教学楼的控制爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 0 4 ， 1 3 7 3 8 ． D e m o l i t i o nB l a s t i n go faW a t e rT o w e ri nC o m p l i c a t e dE n v i r o n m e n t Z H A N GJ i n q u a n ．G A OW 锄一如 S h a n d o n gU 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 ，Q i n g d a o2 6 6 5 1 0 ，S h a n d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ed e m o l i t i o nb l a s t i n gp r o c e s so faw a t e rt o w e ri nc o m p l i c a t e de n v i r o n m e n t ，a n dt h em e a s u r e st h a te n s u r e d i r e c t i o n a lc o l l a p s e ，c o n t r o lb l a s t i n gf l yr o c ka n dt h ed e s i g no fb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o na b o u tw a t e rt o w e r ’St o p a r ei n t r o d u c e d ．T h ew a t e rt o w e rc o l l a p s e st o w a r d st h es o u t hw i t ha na n g l eo f6 0 。t ot h ee a s ta n dt h et o pb o x c r a c k sf o l l o wt h ed e s i g nw i t h o u ta n yf l y i n gr o c k s ．A l lo ft h ef a l l e nr o c k s ．a r ea c c u m u l a t e do nt h es a n db u f f e rl a y e r ，t h ef l y i n gd e b r i sa r ew e l lc o n t r o l l e d ，t h e r ei sn oa n yd a m a g et ot h es u r r o u n d i n gb u i l d i n g s ．T h eu n d e r g r o u n d c o n d u i t sa r en o ti n f l u e n c e db yt h eb l a s t i n gp r o c e s s ，t h ew a t e ri nt h et o pb o xi ss e n to u tq u i c k l yf r o mt h es q u a r e ． T h i sd e m o l i t i o nb l a s t i n gp r o j e c tm a k e saw o n d e r f u le f f e c t ． K e y w o r d s b l a s t i n ge n g i n e e r i n g ；d e m o l i t i o nb l a s t i n g ；w a t e rt o w e r ；h y d r a u l i cp r e s s u r eb l a s t i n g 万方数据