两座100 m高薄壁结构冷却塔控制爆破拆除

范晓晓， 董保立， 张纪云， 王 晓， 张英才， 徐鹏飞

(1. 河南迅达爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大学 土木工程学院， 河南焦作 454000;3. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院， 北京 100083)



两座100m高薄壁结构冷却塔控制爆破拆除

范晓晓1， 董保立1， 张纪云1， 王 晓1， 张英才2， 徐鹏飞3

(1. 河南迅达爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大学 土木工程学院， 河南焦作 454000;3. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院， 北京 100083)

根据冷却塔高、质量大、壁厚薄以及周围环境复杂等特点，制定了安全可靠的爆破方案。通过采用高卸荷槽复式切口爆破拆除技术，选择合适的爆破参数，采取合理的预处理措施和相应的安全防护措施，对两座100m高薄壁结构冷却塔成功实施了控制爆破拆除。降低了冷却塔爆破振动效应，实现了冷却塔爆破拆除精准定向。振动测试结果显示，冷却塔爆破拆除产生的振动速度均在安全允许范围内，证实了振动控制措施的有效性和实用性，可为同类爆破拆除工程提供参考。

薄壁结构； 冷却塔； 控制爆破； 高卸荷槽； 预处理； 安全措施

1　工程概况

1.1塔体结构

拟拆除两座冷却塔均为薄壁钢筋混凝土结构，其形式及淋水面积均相同，高100m，底部半径为40m(+0.00m)，圈梁处半径为37.07m(+7.82m)，塔体上口半径为22.38m；圈梁处壁厚为700mm，塔体壁厚最薄处仅为160mm，筒体由40对人字柱支撑，人字柱为φ 600mm的钢筋混凝土圆柱。

1.2周围环境

冷却塔周围环境较为复杂，1#冷却塔东侧11m处为厂区围墙，围墙外为空地；南侧8m处为厂区围墙，围墙外为空地。2#冷却塔西侧10.5m处为厂区主道路，16.5m处为厂区停车场，63.4m处为食堂及值班楼；北侧10m处为厂区围墙，24m处为七一西路，路北侧为高压线，40m处为民房；南侧3m处为厂区小车班办公室，18m处为电缆沟(带电)，2m处为车库。周围环境见图1。

图1　周围环境示意图Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

2　爆破难点

(1)距冷却塔北侧的民房、高压线路和南侧的电缆沟较近，需要重点保护。

(2)塔壁壁厚最大700mm，最薄160mm，人字柱为φ600mm的圆柱，炮孔深度较浅，填塞长度短，爆破飞石较难控制，必须采取防护措施，减少飞石。

(3)冷却塔高且质量大，在塔体倒塌触地的过程中可能会产生较大振动，为了保护周围建筑及运行设施不受振动的影响，需要采取减振措施。

3　爆破拆除方案及参数

3.1倒塌方向的确定

为保护冷却塔北侧民房和高压线路不受影响，根据冷却塔周围环境，考虑到其东南侧有满足倒塌的场地，因此，确定采用定向控制爆破拆除技术进行爆破拆除，两座冷却塔均向东偏南30°方向倒塌。

3.2爆破切口设计

根据多年冷却塔工程爆破经验，在对冷却塔进行结构分析和验算的基础上，采用冷却塔高卸荷槽复式切口爆破技术，在爆破切口范围内开设多个以倒塌中心线为基准，向两侧呈阶梯状分布的高卸荷槽，使之与定向窗组成复式爆破切口〔1〕。因此，爆破切口仅在人字柱进行布置〔2〕。

(1)切口高度：取冷却塔人字柱高度，7.8m。

(2)切口长度：冷却塔由40对人字柱支撑，根据相关理论〔3〕和工程经验，确定冷却塔切口宽度取筒身下口周长的0.6倍，即139.7m，实际施工时，仅取24对人字柱布置炮孔。

3.3爆破参数

(1)炮孔参数

人字柱为φ600mm的圆柱，采用单排布孔，炮孔深度42cm，抵抗线30cm，炮孔间距40cm。

(2)单孔装药量

单孔装药量Q按照体积公式计算：

Q=q·S·h

式中：q为炸药单耗，取1.3 kg/m3；S为圆柱截面积，m2；h为爆破体高度，m。经计算Q=147 g，通过试爆最终确定单孔装药量为130g，实际炸药单耗为1.15kg/m3。

单个冷却塔爆破参数见表1。

表1　爆破参数

3.4预处理

(1)采用液压炮锤对冷却塔内的淋水框架及系统构件进行预先拆除，将上塔爬梯与冷却塔塔身进行切割分离，避免淋水框架、系统构件和上塔爬梯对冷却塔的倾倒造成影响，保证塔体倒塌解体充分。

(2)为减少爆破总装药量和钻孔施工时间，弱化塔体刚度，保证冷却塔顺利定向倒塌，在冷却塔倒塌中心线两侧对称开设11条卸荷槽，高6 ～16m，均为1.2m宽。卸荷槽为隔跨开设，除净槽内混凝土，保留钢筋。隔槽破碎圈梁部分，保留钢筋。

(3)在爆破切口两侧采用机械开挖两个三角形定向窗。定向窗尺寸为底宽6m、高3m，见图2。

3.5起爆网路设计

采用非电双向延时多点触发爆破网路分段起爆，1#冷却塔首先起爆，2#冷却塔延迟310ms起爆。单塔以倒塌中心线为对称轴将炮孔对称划分为4个段别起爆，延时时间为310ms，可有效控制爆破振动对周围建(构)筑物和设施的影响。

4　安全防护措施

(1)为了减小爆破危害的影响，在人字支柱外侧覆盖三层草苫和两层钢丝网，北侧距离民房较近的支柱采用三层草苫和三层钢丝网进行防护。

图2　爆破切口示意图Fig.2　Schematic diagram of blasting cuts

(2)在冷却塔北侧开挖宽约3m、深度约3.5m减振沟，阻断地震波向外传播〔4〕，有效控制振动对北侧民房的影响。

(3)在冷却塔北侧围墙处搭设防护屏障，可阻挡飞石对周围民房的门窗玻璃的破坏；对南侧距离较近的循环水泵房，在窗户上挂设三层草帘，防止飞石砸坏玻璃。

(4)因南侧电缆沟中电缆带电，故将电缆架落至沟地，并在电缆沟中回填3 ～4m厚黄土，以免损坏电缆。

5　爆破振动监测与结果分析

现场共布设5个测点(图1)，监测结果见表2，典型振动波形见图3。

表2　监测结果

图3　振动速度波形Fig.3　Vibration velocity waveform

监测结果表明，本次冷却塔爆破拆除过程中，电厂厂房最大振动速度为1.67cm/s，未超过《爆破安全规程》(GB6722-2014)〔5〕规定的2.5cm/s；民房的最大振动速度为1.41cm/s，未超过《爆破安全规程》(GB6722-2014)规定的1.5cm/s，振动在安全允许范围内。

此次爆破振动相对较大，主要原因：单座冷却塔的单段起爆药量较大；两座塔之间的延时时间较短，导致2#冷却塔的MS1段和1#冷却塔的MS9段同时起爆，爆破振动相对较大。

6　爆破效果与体会

两座100m高冷却塔起爆后按设计方向倒塌，塔体解体充分。周围建(构)物和设施等均没有受到影响，达到了预期的爆破效果。爆破效果见图4。

图4　爆破效果Fig. 4　Blasting effect

此次工程爆破振动相对较大，故在以后工程实践中，要注意选择合适的单段最大起爆药量，同时合理选择两座建(构)物起爆的间隔时间。

〔1〕 褚怀保，侯爱军，徐鹏飞，等. 冷却塔高卸荷槽复式切口爆破控制振动机理研究[J]. 振动与冲击，2014，33(9)：195-199.

CHUHuai-bao，HOUAi-jun，XUPeng-fei，etal.Vibrationcontrolmechanismofcompositecutblastingtechnologyofhighloadrelievinggrooveofacoolingtower[J].JournalofVibrationandShock，2014，33(9)：195-199.

〔2〕 王晓，徐鹏飞，张英才.两座90m高冷却塔控制爆破拆除[J]. 工程爆破，2015，21(2)：40-42.

WANGXiao，XUPeng-fei，ZHANGYing-cai.Controlledblastingdemolitionoftwo90mhighcoolingtower[J].EngineeringBlasting，2015，21(2)：40-42.

〔3〕 李胜林，刘殿书，刘凯，等. 双曲线冷却塔爆破拆除数值模拟研究[J]. 北京理工大学学报，2014，34(2)：123-126.

LISheng-lin，LIUDian-shu，LIUKai，etal.Numericalsimulationstudyonblastingdemolitionforhyperboliccoolingtower[J].JournalofBeijingInstituteofTechnology，2014，34(2)：123-126.

〔4〕 潘涛，康明，赵明生. 减震沟相关参数对减震效果影响的数值模拟[J]. 金属矿山,2013(5):45-48.

PANTao，KANGMing，ZHAOMing-sheng.Numericalsimulationofdampingeffectsofdampingditchparametersonvibrationreduction[J].MetalMine,2013(5):45-48.

〔5〕 爆破安全规程GB6722-2014 [S]. 北京：中国标准出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014[S].Beijing:ChinaStandardsPress，2014.

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Controlledblastingdemolitionoftwo100mhighthin-walledstructurecoolingtower

FANXiao-xiao1，DONGBao-li1，ZHANGJi-yun1，WANGXiao1，ZHANGYing-cai2，XUPeng-fei3

(1.HenanSchindlerBlastingCo.,Ltd.,Jiaozuo454000,Henan,China;2.SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,Henan,China;3.SchoolofMechanicsandArchitecturalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),Beijing100083,China)

Thecoolingtowersarehigh,withlargemassandthinwallthickness,andthesurroundingenvironmentiscomplex,accordingtothecharacteristics,asafeandreliableblastingschemewasdesigned.Two100mhighthin-walledstructurecoolingtowerweresuccessfullydemolishedbyusingtheblastingdemolitiontechnologyofhighunloadinggroovecompoundnotch,theappropriateblastingparameterswereselected,appropriatepretreatmentmeasuresandthecorrespondingsafetymeasuresweretaken.Theblastingvibrationeffectwasreducedandpreciseorientationofcoolingtowerblastingdemolitionwasachieved.Thevibrationtestresultsshowedthatthevibrationvelocityofblastingdemolitionofcoolingtowerwasinthesaferangeandthevalidityandpracticabilityofthevibrationcontrolmeasureswasproved.Itcouldprovideareferenceforsimilarblastingdemolitionprojects.

Thin-walledstructures；Coolingtower；Controlledblasting；Highunloadinggroove；Pretreatment；Securitymeasures

1006-7051(2016)04-0052-03

2016-03-08

国家自然科学基金(51474218)

范晓晓(1987-)，男，助理工程师，从事拆除和岩土爆破工作。E-mail： 634942170@qq.com

TD235.3

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.011