复杂环境下的水塔精细拆除爆破

2016-12-13文辉军张韩涛

采矿技术 2016年6期

关键词：触地水塔筒体

文辉军，张韩涛

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南长沙 410005)

复杂环境下的水塔精细拆除爆破

文辉军，张韩涛

(湖南中人爆破工程有限公司，湖南长沙 410005)

对复杂环境条件下的倒锥伞型水塔拆除采用精细爆破设计与施工。介绍了倒锥伞型水塔爆破拆除的多数设计与安全防护措施，可为其它同类工程提供了参考。

倒锥伞型水塔；精细爆破拆除；爆破设计；安全防护

1 工程概况

1.1 工程规模

待拆除的水塔为钢筋混凝土倒锥伞型水塔，塔身高35 m，加上倒锥伞型水箱高度7 m，总高度为42 m，筒壁外径2.4 m，内径2 m，壁厚20 cm，伞型水箱最大外径10.64 m。

1.2 周边环境

待拆除的水塔位于湖南省食品药品检验检测实验学校基地内，周边环境十分复杂。西北侧为新建办公楼，距水塔筒壁约9.5 m，距倒锥伞型水箱外边缘约4.5 m；水塔东南侧为检测学校基地内道路，东侧道路边铺有中压3 MPa天然气管道，埋深约1.5 m，相距水塔定向倒塌中心线23 m，西侧26 m有供水房，距水塔47 m处为教学楼。

1.3 水塔结构

如图1所示待拆除水塔高42 m，下部支筒为圆柱形，筒体内径为2 m，壁厚B＝20 cm。上部水箱为倒锥形结构。水塔筒体及水箱配有Φ18 mm×200 mm的主筋和Φ8 mm×200 mm的副筋，整体刚度强。

图1 周边环境示意

水塔体积为80.2 m3，其中水塔筒体混凝土体积为48.35 m3，倒锥伞型水箱混凝土体积为31.85 m3，水塔重200 t，其中筒体重120.9 t，水箱79.1 t。

2 爆破拆除技术设计

2.1 爆破环境分析

从水塔周围的地面环境分析，难度有两点；一是倒锥伞型水箱质量大，高度较大势能也大，倒地后对地面冲量大，二是环境复杂，建筑物距离较近，对倒锥型水塔倒塌方向控制精度要求高。

水塔距新建办公楼西北角较近，不到10 m。爆破时，飞石极易对楼房产生损害；水塔总质量重达200 t，触地冲量大，会产生较大的地面震动，危及东面23 m处地下天燃气管道。需要釆取技术措施保护办公楼、减小和缓冲伞形水塔触地时形成的巨大震动，保护近处的天然气管道。

图2 水塔结构示意

2.2 倒塌方向的确定

按水塔周边环境分析，倒塌方向定于正南方。因为西北面是新办公楼，东面有天燃气管道和居民楼，西面有供水房与教学楼，只有正南方向长度、宽度满足倒塌要求。

2.3 爆破切口设计

2.3.1 切口设计

(1)切口位置。水塔爆破切口位置在标高＋0.98 m处。

(2)切口形式。爆破切口形状选择正梯形。

(3)切口高度(H)设计。爆破切口的高度，根据以往类似工程经爆破切口设计高度为1.5 m。

图3 爆破切口示意图

(4)切口长度(L)。为避免爆破切口过长或过短，通常爆破切口长度应满足下式：

式中，L为爆破切口的长度，m；s为水塔外部周长，m。

通过验算，水塔倒塌前的稳定条件以及爆破缺口形成初始时的抗剪受力条件，爆破切口所对应的圆心角为216°，计算所得：

爆破切口的上口宽＝Dπ×216/360＝2.4×3.14×0.6＝4.5 m

2.3.2 定向窗

为确保水塔能按设计的方向精准倒塌，在爆破切口的底部两端开设定向窗。定向窗倾倒角度30°，宽度取0.6 m。爆破切口展开如图4所示。

2.3.3 爆破参数

按精细爆破设计、施工管理原则，根据公司以往多个水塔拆除爆破的参数进行分析，充分考虑外部条件与水塔结构的属性，对爆破切口，炮孔间距与最小抵抗线控制，单孔药量，定向窗开凿，水塔倒塌实际长度，宽度等进行细化，并确立爆破参数，见表1。

图4 爆破切口展开图

表1 水塔爆破精细定量化取值

3 伞型水塔着地振动估算

根据现场环境分析，由于水塔为高耸构筑物，整体倾倒时会对地面产生冲击振动，危及东面23 m地下天燃气管道。根据中国科学院力学研究所的经验公式估算塌落造成地面振动的速度：

式中，M为下落构件的质量，t；H为构件重心高度，m；R为为重心高度落点处距被保护对象的距离，m；σ为地面介质的破坏强度，MPa，一般取10 MPa；g为重力加速度，m/s2；β为衰减系数，取-1.66；Kt为衰减系数，取2.35；

各项参数取值为：伞型水箱质量M＝200 t，重心高度约在25 m处；天燃气管道距离水箱触地中心线23 m。根据该公式计算，200 t伞型水箱在23 m处塌落触地振动速度为1.40 cm/s，小于新奥燃气公司给出的安全允许振动速度2.0 cm/s的标准，但也接近其标准，需要釆取措施降低触地冲量，保证燃气管道的安全。