42.5m高相邻两冷却塔定向爆破拆除

赵楚 孙伟

摘要：介绍了在距离被保护建筑物仅12m的环境下，利用定向控制爆破拆除技术拆除两座高42.5m的冷却塔的工程实例。详细论述了爆破参数、切口的的设计；起爆网路的设计及安全校核和相关保护措施。结果表明：冷却塔发生了扭曲变形，按计划顺利倒塌，爆破块度均匀，利于后期清渣。

Abstract： This paper introduces the engineering example of removing two cooling towers with 42.5 m high by means of directed controlled blasting demolition technology at a distance of only 12 m from the protected buildings. The design of blasting parameters and incisions is discussed in detail. Design， safety check and protection measures of detonation network are discussed. The results showed that the cooling tower was distorted， collapsed smoothly according to plan， and the blasting block was uniform， which was conducive to the later cleaning of slag.

关键词：定向爆破；冷却塔；爆破切口；振动速度；安全校核

Key words： directional blasting；cooling tower；blasting incisions；vibration speed；security audit

中图分类号：TU746.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）03-0099-03

1 工程概况

1.1 工程环境

待拆除建（构）筑物位于电厂厂区中东部，靠近周围保留建筑物最近的为1号冷却塔，距离休息室为12m，距离西面办公楼为20m，距离西南边办公楼为28m。1号冷却塔和2号冷却塔之间距离11.75m。具体周围环境见图1。

1.2 冷却塔的结构

两个自然通风冷却塔每个塔高42.5m。基底池壁中心线直径31.25m，冷却塔底部外圈为钢筋混凝土“人”字立柱支承（立柱共计50根、25组），立柱高为3.0m，“人”字立柱上部为圈梁（钢筋加密部分），圈梁高度0.5 m，壁厚δ12=0. 6m；圈梁上部（标高3.5m）处圆筒，壁厚δ13=0.3m。冷却塔内部设有高4.8m的淋水平台，平台由钢筋混凝土独立立柱支承（立柱共计80根）；立柱上部为纵横梁联接。冷却塔“人”字立柱、筒身、圈梁、立柱等均为C30整体现浇钢筋混凝土结构。筒身钢筋混凝土方量约为488m3，总重约1170t。

2 爆破设计

2.1 爆破方案及倒塌方向

待拆除的冷却塔的自身结构比较特殊，为高径比小、重心低的薄壁钢筋混凝土结构，双曲线型的外形。结构稳定，不利于拆除。因此采用预开切槽，拆除支撑柱的大炸高的定向爆破[1]拆除方案。为了避开冷却塔西面、西北方向的需要保护的建筑物，其倒塌方向确定为正东方向。

2.2 爆破切口

①切口[2]高度H。

切口高度大小是保证冷却塔倒塌变形的重要参数，切口高度包括立柱高度h1、圈梁高度h2及塔身切口高度h3，即：H=h1+h2+h3

根据昆明电厂工程实际经验和有关资料介绍，当塔身倾斜角度大于15度时，冷却塔即能顺利倒塌和破坏。

②切口长度L。

根据以往的工程经验，冷却塔的切口圆心角？琢取220°，则切口长度采用L=（？琢/360）？仔D计算。切口尺寸见表1、切口侧立面示意图见图2。

2.3 预处理

2.3.1 倒塌范围建（构）物的预处理

拆除范围：倒塌方向中心线两侧30°～45°范围所有建（构）物拆除。拆除构件：塔身检修爬梯、避雷针和连接管道等，预先拆除或切断，以保冷却塔顺利倒塌。

2.3.2 冷却塔内部预拆除

冷却塔内部淋水平台、导水槽、次梁、支撑淋水平台的立柱等，采用爆破、机械、人工等方式进行拆除，将冷却塔内部掏空，并将破碎的废碴清运至外围，以免影响倒塌效果。

2.3.3 圈梁及塔身切口的预处理

本次爆破对切口内圈梁采取6个段，将圈梁分成5等份，每段长度1.0m，高度0.5m，进行松动爆破解除其刚度。对塔身的切口部分分段按开窗口形式将其约一半预先拆除，拆除高度2.5m，部分窗口可加高至3.0m。

2.3.4 预拆除方法

预拆除采用爆破、機械、人工方式进行。拆除顺序：内部设施—塔身—圈梁。

3 爆破参数及起爆网络

3.1 爆破参数

冷却塔爆破时的参数，孔深L=（0.6-0.85）δ，抵抗线w=0.5δ，孔距a=（1.2-1.5）w，排距b=（0.85-0.9）a，炸药单耗q=（1.5-2.0）kg/m3。其中δ1、δ2、δ3为爆破切口处的人字架、圈梁、筒身的厚度，δ1=0.35m，δ2=0.60m，δ3=0.30m。炸药单耗选取应根据冷却塔不同位置的结构特征、抵抗线、和爆破需求等。冷却塔爆破参数统计表，见表2。

为了确保切口内混凝土彻底破碎，人字架装药时，下部4孔加大药量80～100克；塔身下部3排在防护条件较好时，加大到50～80克；圈梁可预先进行爆破，预拆除长度按1.0m计，以保整个切口贯通；上述药量通过试爆后进行调整。

3.2 起爆网路

3.2.1 起爆网路选择

为使冷却塔能够按设计倒塌方向，准确地坍塌在预定范围，选择安全可靠的起爆网是十分必要的。因本次爆破炮孔多，加之在电厂内施工，采用电雷管起爆系统较难保证众多药包安全准确，故选择多通道闭合非电起爆网路。

3.2.2 起爆网路设计

①非电导爆管雷管选择：孔内选用1～9段毫秒雷管，孔外全部选用1段毫秒雷管。

②起爆网路设计。采用导爆管雷管毫秒延期起爆设计，该起爆系统由起爆雷管、四通和孔内导爆管雷管组成。首先由2枚导爆管雷管连接成一簇（10～15枚），再由2枚导爆管雷管进行第二次连接，用四通将第2次连接的导爆管雷管接入导爆管主干线。自倒塌中心线向切口两边的起爆顺序，下部人字切口分别为：1段（0ms），3段（25ms），5段（110ms），7段（200ms），上部塔身切口分别为：3段（25ms），5段（110ms），7段（200ms），9段（310ms）。起爆网路见图3。

4 安全校核和相关保护措施

4.1 爆破震动的控制

4.1.1 采用计算公式

拆除爆破振动计算可按萨道夫斯基公式：

（1）

式中：Q— 最大单响药量， kg；k=150，？琢=1.6；R—爆心与被保护物的间距，m；V—被保护建筑允许的振动速度，cm/s。

4.1.2 不同振速不同距离单响药量计算

根据周围被保护建筑物的情况，质点允许振动速度按1cm/s、2cm/s计算出不同距离所允许的单响最大药量，见表3。

此次爆破中，冷却塔规模最大的单响药量不超过20kg。从周围环境分析，50m距离内质点振动速度小于1cm/s，对周围建（构）筑物不会产生危害。

4.2 塌落震动的控制

4.2.1 采用计算公式

塌落振动引起的地面质点震动速度可按中科院力学所经验公式计算：

（2）

式中：V—塌落震动引起的地面质点振动速度，cm/s；I—触地冲量，I=M ；M—塌落质量，常按最大物体整体下落的质量计算，kg；g—重力加速度，g=9.8m/s2；h—最大构件整体下落高度，m；R—为塌落点到保护目标的最大距离，m。

4.2.2 计算

整体倒塌在不同距离的最大振动速度计算见表4。

虽然计算所得到振动速度较大，但实际爆破过程中，冷却塔是扭曲变形[3-4]中渐渐倒塌，故倒塌触地产生的振动速度比计算值小，在安全要求之内。

4.3 飞石控制

由于待爆破冷却塔周围还有需要保留的建筑物，所以要在切口处悬挂草帘，使炮孔密室挡住。对距离较近的建筑物进行主动防护，覆盖竹栅栏。警戒距离适当的增大。

5 爆破效果与分析

冷却塔起爆后，经过短暂的扭曲变形，筒体基本破碎，倒塌过程共历时约10s。未对周围建筑及人员造成损害，飞石现象也得到了很好控制，爆破效果较好，利于现场清渣。

参考文献：

[1]汪旭光.拆除爆破理論与工程实例[M].人民交通出版社，2008.

[2]张宝岗，赵明生，余红兵，刘方芳，杨攀.切口角度对冷却塔爆破拆除影响研究[J].爆破，2018，35（01）：109-115.

[3]谢钱斌，熊万春.2座90m高的双曲线冷却塔爆破拆除[J].工程爆破，2018，24（03）：44-49.

[4]钟华明，潘树田，沈朝虎.昆明电厂70m高冷却塔定向爆破拆除[J].现代矿业，2009，25（01）：138-139.