新会双水发电厂100 m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除

王友新,杨云天,郑桂初,谢裕柱,罗显战

(广东中人集团建设有限公司,广东广州510515)

1 工程概况

1.1 周围环境

待拆烟囱位于新会双水发电厂有限公司厂区内,烟囱周围被保护目标较多,且距离较近,现场爆破施工环境极为复杂、难度大。 烟囱周边环境如图1 所示,其与周围保护目标的距离如表1 所示。

图1 烟囱周围环境图

1.2 烟囱结构特点

拟拆除烟囱为钢筋混凝土结构,烟囱高100 m,筒身混凝土 0 ～70 m 为 C25、71 ～100 m 为 C20,+0.00 m 处外径 9.2 m、壁厚 350 mm。 +35.00 m处外径7.5 m、壁厚240 mm。 烟囱筒身外侧主筋为φ20、内侧φ18,拉筋φ20,环向钢筋为φ16 ～φ20,其余部分为φ12 和φ16。 烟道口对称分布在烟囱南北两侧,烟道口下沿标高+5.03 m、烟道净高6.00 m、口宽3.84 m,烟道口左右宽度1.0 m 处加强配筋。烟囱总质量约1 600 t,+35.00 m 以上部分总质量约800 t。

2 爆破拆除方案

针对本烟囱特点及实际情况,综合考虑采用高位切口定向爆破倾倒的方案。 为最大限度地减少对周围环境的影响,以安全可靠、缩短工期、经济高效、环保清洁为设计原则。

2.1 烟囱的倒塌方向

根据现场的场地条件,确定烟囱向南偏西40°正对配电网方向倒塌,具体方向由全站仪定向确定,确保定向准确无误。

2.2 预处理

1)定位窗和定向窗的开设

烟囱切口爆破前,将由全站仪定向确定倾倒中心线,在中轴线的两侧分别开设定向窗和定位窗,其中定位窗与倾倒中心线的夹角为108°,如图2 所示,定位窗与辅助窗的边界采取风镐破碎。

图2 烟囱余留截面及爆破切口范围示意图

2)积灰的处理

为避免爆破时出现的灰尘影响烟囱周围的电力设备,爆破前用高压水对挡灰板、平台及筒壁进行清理。

3)其它金属构件的处理

爆破前将避雷针和铁爬梯从5 m 标高向下用气割割断。 烟囱倒塌反向北侧剥离出3 根主筋,氧割烧断。

2.3 爆破切口

1)切口的形状和位置[1-4]

本次爆破采用梯形与三角形相结合的复合型爆破切口。 爆破切口位置应以倒塌方向易控制和安全、方便施工为原则。 针对本烟囱特点及实际情况,采用高位切口定向爆破倾倒的方案,切口开在+35 m 高检修平台上部35 ～38 m 范围内。

2)切口角度和长度

切口长度的大小对烟囱倒塌的方向有很大的影响。 爆破切口常用的经验公式为:

式中:Lp 为爆破切口长度,m;D为爆破部位筒壁外直径,m。

根据工程实践,选择切口对应的圆心角α 为216°。 则上切口长度为:Lp上=(α/360°)πD=3.75×2×3.14×216/360=14.13 m。

3)切口高度

切口高度也是影响烟囱倒塌方向的重要因素,切口形成时必须要使竖向裸露的钢筋失稳且切口闭合时,烟囱的重心位置要偏移到筒壁以外。

式中:Hp 为切口高度,m;D为烟囱切口处的直径,m。

最终计算得:Hp=1.3 ～1.9 m。

通过多次专家论证,确定烟囱爆破切口高度为2.1 m。 按照该切口高度,烟囱切口闭合时,其重心完全能够偏移至筒壁以外。

3 爆破参数

3.1 孔网的参数[5]

1)最小抵抗线W:取切口处烟囱壁厚的一半,即W=δ/2(δ为壁厚)。

2)药孔间距a:a=1.0 ～1.5W。

3)药孔排距b:b=(0.85 ～1.0)a。

4)药孔孔深L:L=(0.67 ～0.7)δ。

5)单孔药量Q1:Q1=qabδ

式中:Q1为单个装药量,g;q为单位体积耗药量,取3 500 ～4 000 g/m3;δ为筒壁壁厚,m;a、b为药孔的孔距及排距,m。

选用32 mm 乳化炸药,顶部两排孔减少装药量,下部三排孔加大装药量。 爆破前对烟囱进行试爆从而确保炸药单孔药量的合理性,爆破切口的装药参数如下表1 所示。

表1 药孔及装药参数表

3.2 起爆网路

为作业方便,本工程采用非电塑料导爆管起爆系统起爆,每个炮孔装1 发MS9 段非电延期导爆管雷管,每20 发雷管为一簇,然后用2 发MS3 段非电延期导爆管雷管孔外接力雷管引爆,接力雷管采用四通连接件构成复式导爆管传爆网络,最后非电脉冲起爆器起爆整个网路。

4 爆破振动计算

1)爆破地震波速度的计算[6-8]

爆破地震波振动速度可根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)进行计算,不同距离R 处允许的爆破地震波速度计算公式为:

式中:Q为最大一段(次)齐爆药量,取15.00 kg;V为爆破产生的质点振动速度,cm/s;R为爆点中心至被保护目标的距离,m;K、α为系数,对于传播介质为软岩石时,K=250 ～350、α=1.8 ～2.0;K′为拆除爆破装药分散系数,KK′拆除爆破一般取32.1,α取1.55。

2)塌落振动速度的计算[9-10]

表2 不同距离上装药产生的质点振动速度表

根据中科院力学所通过锤击试验归纳总结的建筑物拆除爆破塌落振动公式,经过实测数据进行修正后,烟囱的塌落振动速度公式为:

式中:V为塌落引起的地表振动速度,cm/s;m为下落构件质量,t;g为重力加速度,9.8 m/s2;H为构件下落的高度,m;σ为地面介质的破坏强度,MPa,一般取10 MPa;R为塌落质点至计算点的距离,m;Kt、β为衰减参数,分别取Kt=3.37,β=1.66。

本项目采用双切口爆破,塌落振动减半计算。该烟囱总重量约1 600 t,烟囱高度为100 m,因本次爆破只对35 m 以上进行爆破拆除,重心高度约65 m,其塌落振动估算值见表3。 通过计算,烟囱塌落所产生的触地振动峰值符合相关行业标准所规定的安全允许值。

表3 塌落振动估算值

3)爆破飞散物

根据Lundborg 的统计规律,爆破飞石的飞散距离计算公式:

式中:KT为一般取KT=1.2 ～1.5(钢筋混凝土取大值,砖结构取小值);K为炸药单耗,kg/m3;D为药孔直径,mm。

该烟囱为钢筋混凝土结构,当KT取1.5 时,将K=3.5 kg/m3,炮孔直径D=40 mm 代入上式,计算得飞石最大飞散距离210 m。 因此在爆破时需要采取被动防护措施对飞石进行直接防护,并在爆破部位采用2 层棉被,20 层密目安全网的方式进行防护,将爆破飞石飞散距离控制在50 m 以内。

4)爆破空气冲击波和爆破噪音

通过选用合理的炸药单耗及装药结构、外部开挖减震沟等一列措施减小爆破产生的冲击波和噪音的影响距离。 烟囱从起爆到落地共用时8 s,时间很短,也减小了爆破冲击波和爆破噪音引起危害。

5 爆破效果

为确保该烟囱顺利拆除,爆破前期经过多次论证和评估,紧紧围绕爆破中的重点难点进行设计施工,最终选定高位切口定向爆破的方法。 共施打钻孔243 个,使用毫秒非电导爆管雷管300 发、乳化炸药24 kg。

为了确保周边建(构)筑物安全,采用了切实有效的安全防护措施,在倒塌方向上砌筑减振土堤、铺设柔性缓冲层、开挖减振沟,爆后监测结果表明爆破过程未对周边保护目标造成影响。 爆破效果如图3 所示,烟囱拆除工程效果满足预期要求。

图3 爆破效果