伞形钢筋混凝土水塔爆破拆除(1).pdf

第35卷 第4期 2018年12月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 4  Dec. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2018. 04. 016 伞形钢筋混凝土水塔爆破拆除* 张松峰 1， 雷 振 2， 高文蛟1， 吴国志3， 龙施文4 （1.华北科技学院， 三河065201；2.贵州理工学院， 贵阳550025； 3.贵州兴宙爆破工程有限公司， 毕节551700；4.贵铃爆破工程及监理有限公司， 毕节551700） 摘 要 介绍了在某校复杂环境下对伞形钢筋混凝土水塔实施爆破拆除的工程实例。针对水塔水罐体积 大， 整体力学结构强度高及周边环境复杂的特点， 预先在水塔上开凿宽0. 75 m， 高1. 2 m导向窗减少爆破面 积， 在水塔1. 6 m开设正梯形状爆破切口， 切口对应的上圆心角α为210下圆心角260， 上沿长5. 76 m， 下 沿长7. 26 m。采用非电簇联接力复式网路， 激发针起爆形式， 保证安全准爆， 并制定合理有效的安全防护措 施， 尤其对爆破飞散物和水塔倒塌振动分别采用防护排架进行格挡和在指定倒塌区域挖坑铺松散沙土、 垫草 层及堆砌减振砂土埂。通过现场观察， 爆破飞散物和倒塌振动的得到了有效地控制， 取得了较好的爆破效 果。 关键词 伞形水塔爆破；爆破切口；触底振动；安全防护 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 －487X（2018）04 －0090 －04 Explosive Demolition of Umbrella Reinforced Concrete Water Tower ZHANG Song-feng1，LEI Zhen2，GAO Wen-jiao1，WU Guo-zhi3，LONG Shi-wen4 （1. College of Safety Engineering，North China Institute of Science and Technology， Sanhe 065201，China；2. Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550025，China； 3. Guizhou Xingzee Blasting Engineering Co Ltd，Bijie 551700，China； 4. Bells Blasting Engineering and Supervision Co Ltd，Bijie 551700，China） Abstract An engineering example of blasting demolition of an umbrella-shaped reinforced concrete water tower in a school is introduced. In view of the large volume of the water tower，the mechanical strength of the whole struc- ture is high and the surrounding environment is complex. Therefore，the blasting area is reduced by 0. 75 m in width and 1. 2 m in height，and the blasting area is opened in the 1. 6 m of the water tower. The upper central angle α is 210 with a lower central angle of 260. The upper edge is 5. 76 m long，and the length of the lower edge is 7. 26 m. The non-electrical clustering relay complex network is used and the of needle detonation is adopted in order to ensure a safe and accurate detonation as well as reasonable and effective safety protection measures. For the blast-in- duced flying objects and the tower collapse vibrations，a protective truss is used to block flying objects and a pit is dug in a specific area for loose sands，bedding layers and piles of vibration-damping sands to be paved. Through on-site observations，the blast-induced flying objects and collapse vibrations were effectively controlled， and a good blasting effect was obtained. Key words umbrella water tower blasting；blasting cut；impact vibration；safety protection 收稿日期2018 －07 －11 作者简介张松峰（1993 －） ， 男， 研究生， 从事爆破工程工作，（E- mail）hzdmzsf＠163. com。 通讯作者雷 振（1975 －） ， 男， 高级工程师、 博士， 从事工程爆破研 究， （E-mail）zhaomingsheng＿whut＠126. com。 基金项目国家自然科学基金资助项目（5166040276） ； 中央高校基 本科研业务费资助（3142018019） 1 工程概况 1. 1 周围环境 因某中学扩建， 需要对附近水塔进行爆破拆除。 万方数据 水塔西北90 m范围为已拆或待拆建构筑物， 西南 110 m为垃圾处理站、153 m滨河西路与百里杜鹃大 道交叉口； 东北面33 m处为4层学生宿舍静益楼； 南面3 m临近进校园道路、13 m处学校综合区、 14 m处配电柜周围环境比较复杂， 见图1。 图1 水塔周围环境示意图 Fig. 1 Surroundings of water tower 1. 2 水塔结构 水塔为钢筋混凝土圆筒式支撑结构， 水塔地面 以上高度35 m， 整体采用标号C50的混凝土， 除水 塔主体标高24 m至25 m处壁厚1000 mm， 其余部 分均壁厚300 mm。其中水罐顶端为伞形顶帽， 最大 外直径为13 m， 最小外直径为1 m， 水罐从下至上外 直径依次从4. 2 m增加至13 m。筒体壁内有三层 砼板间隔， 间隔距约6 m， 筒体从底至顶， 纵向竖筋 的直径φ 16 mm、间距150 mm，环向钢筋的直径 φ 8 mm、 间距150 mm， 总重量约330 t， 整体性较好。 不同标高处水塔外体直径不同， 详见表1、 图2。 表1 筒体不同标高与外径的关系 Table 1 The relationship between the different elevation of the cylinder and the outer diameter 标高／ m 结构外径 φ／ m 筒壁厚／ mm 钢筋混凝土 标号 备注 0. 00地面3. 2300C500 m 0. 00 ～243. 2300C50砼6 m间隔 24 ～254. 21000C50水罐底座 25 ～314. 2 ～13300C50水罐 31 ～3513 ～1300C50水罐顶帽 2 爆破方案及其参数设计 2. 1 水塔倒塌方向的确定 考虑到水塔的南面、 东面以及北面均有教学建 筑， 西面距离公路干线较近， 而北偏西范围内有待拆 区域， 则根据现场环境与水塔自身情况， 以及最大程 度利用场地有利方位和方便施工， 确定水塔预倾倒 方向为北偏西30， 方位330［ 1-3］。 图2 水塔实景图 Fig. 2 Water tower diagram 2. 2 爆破切口设计 根据筒体控制爆破倒塌的机理可知， 爆破切口 是影响水塔失稳倾倒的关键因素。一是满足爆破切 口后爆破拆除前期预留支撑体截面的强度可以支撑 筒体上部分， 不至于使水塔提前下坐； 二是爆破拆除 瞬间， 水塔自重引起的倾覆力矩可以克服截面本身 的塑性抵抗力， 能使水塔倾倒； 三是爆破切口闭合， 水塔自重对新支点的倾覆力矩可以克服水塔剩余的 塑性抵抗力［ 4，5］。 19第35卷 第4期 张松峰， 雷 振， 高文蛟， 等 伞形钢筋混凝土水塔爆破拆除 万方数据 2. 3 爆破切口 一般说高耸构筑物定向爆破倒塌切口的形式有 矩形、 正梯形、 倒梯形等不同形状。根据现场环境和 许多实例， 决定采用正梯形切口形状。 2. 3. 1 爆破切口高度 对钢筋混凝土水塔而言， 应考虑切口形成后， 切 口内裸露的竖向钢筋必须失稳。同时， 还应使其倾倒 至爆破切口闭合时， 重心位置偏移到切口标高处筒壁 范围以外。切口高度Hp根据公式Hp≥（3 ～5）B确 定。式中Hp为切口高度，m；B为水塔切口处的筒壁 厚度，B ＝0.30 m。计算， 切口高度取1.6 m。 2. 3. 2 爆破切口弧长确定 切口长度的大小决定切口形成以后水塔能否实 现偏心失稳， 如果切口过大不仅可能导致余留部分 没有足够的支撑力而使水塔倒塌方向失去控制， 而 且还会加大工作量， 费时费力， 有时还会出现反向倒 塌［ 6-8］。根据该水塔的结构和实际受力情况， 选择切 口对应的上圆心角α为210下圆心角260， 计算得 切口长度为切口上沿长2100／3600 1. 6 2 3. 14 ＝5. 86取5. 76 m，切口下沿长2600／3600 1. 6 2 3. 14 ＝7. 26取7. 26 m。 2. 3. 3 定向窗的布置及尺寸 为了确保水塔按设计的倒塌方向倒塌， 在爆破 缺口两端用风镐或人工方法开挖两定向窗。根据缺 口形状，定向窗为三角形或（矩形） ，尺寸，宽 0. 75 m， 高1. 2 m， 底角58。见图3。 图3 切口、 定向窗、 炮孔布置展开示意图（ 单位m） Fig. 3 Layout of of the cut，the directional window and boreholes（unitm） 2. 4 爆破参数计算 炮孔布置在爆破切口范围内， 方向朝烟囱中心， 相邻排间炮眼采用交错形（ 梅花形） 布置见图3。 炮眼深度取L ＝0. 7δ 式中δ为水塔钢筋混凝土壁厚，30 cm。 则L ＝0. 7 30 ＝21 cm， 根据专家组建议， 炮孔 深调整为19 cm。 本次爆破使用2＃岩石乳化炸药， 每卷药规格 为 重200 g， 长200 mm。使用5 m脚线1段非电导 爆管， 每个炮孔内装两发非电导爆管雷管。爆破网 路采用非电簇联接力复式网路。考虑到附近就是配 电柜站， 不能使用电雷管引爆塑料导爆管雷管， 采用 激发针起爆形式， 保证安全准爆。经计算炮孔参数 计算结果见表2。 表2 炮孔参数计算结果 Table 2 Calculation results of gun hole parameters 炮眼 总数／个 炸药单耗／ （kgm －3） 孔深／ m 单孔 药量／ g 孔距／ m排数／排 排距／ m 总装药 量／ kg 15430. 19660. 2690. 2010. 16 3 爆破安全计算及防护措施 3. 1 爆破地震 爆破拆除引起的震动包括爆炸直接产生的振动 和水塔倾倒触地引起的振动。 （1） 由公式计算爆破直接产生的地面振动 V ＝ K1K2（Q1／3／ R） α 式中V为爆破振动峰值速度，cm／ s；Q为同段 爆破最大药量，kg；R为爆心至计算点的距离，m；K1 为场地介质系数， 取K1＝150；K2为与爆破方式有关的 修正系数， 取K2＝0.15；α为衰减系数， 取α ＝1.6。 具体数据见表3。 （2）由公式计算水塔倾倒触地引起的地面振 动［ 9-11］ Vt＝ K［ （mgh／ δ） 1／3 ／ R1］β 式中Vt触地振动峰值速度，cm／ s；K衰减系数 3. 37 ～4. 09（本爆破作业取4） ；R保护对象与触地 中心距离，m；m下落构件质量330 t；g重力加速度 9. 8 m／ s2；h待拆建构筑物重心高度取23 m；δ地面 介质破坏强度10 MPa；β触地振动衰减系数1. 70。 具体数据见表4。 29爆 破 2018年12月 万方数据 表3 爆破振动数据 Table 3 Blasting vibration data 测振点 距离 R／ m 爆破振动理论值 ／（cms －1） 爆破振动实测值／ （cms －1） 11300. 3330. 035 12500. 1500. 016 13800. 0690. 073 141000. 0480. 050 表4 倒塌振动数据 Table 4 Collapsing vibration data 测振点 距离 R1／ m 倒塌振动理论值／ （cms －1） 倒塌振动实测值／ （cms －1） 21301. 9272. 085 22530. 7320. 813 23760. 3970. 426 24850. 3280. 330 为了减缓触地振动， 在水塔上部储水罐倒塌范 围内挖一定深度的坑（2 m） ， 铺上松散沙土约0. 8 m 厚， 再垫草层（包谷杆） ， 塌落方向不同距离堆砌相 应的两道减振砂土埂。见图4。 图4 水塔倒塌示意图（ 单位m） Fig. 4 Schematic diagram of the collapse of a water tower（unitm） 3. 2 爆破个别飞散物安全防护 爆破拆除钢筋混凝土结构时难免产生爆破个别 飞散物。本工程采取以下安全措施［ 12，13］ （1） 包裹防护。在爆破切口适当部位打孔穿钢 筋， 悬挂二层棉絮（胶网）和包裹一层炮皮钢网， 铁 丝拉紧稳固， 进行覆盖防护。 （2） 塌落方向不同距离堆砌相应的两道减振砂 土埂。 （3） 在进校园道路西人行道架设4 m高防护排 架以防后坐个别飞散物对该中学浮雕标志墙的 损坏。 4 爆破效果及分析 水塔起爆后， 按照预期的倒塌方向倾倒， 无出现 水塔下坐、 偏移、 甩头等情况， 水塔根部至顶帽倒塌 约34 m， 顶帽破碎， 覆盖在减震坑内， 与水塔主体脱 离， 水塔完全倒塌在预设减震区域内， 爆破个别飞散 物被防护措施格挡， 水塔混凝土倒地后碎裂均匀， 地 面上的砂土埂和包谷杆池较好的降低了水塔的倒塌 振动效应， 对周边的教学楼、 办公楼、 住宅区等建筑 几乎没有带来影响。取得了预期效果， 圆满完成水 塔爆破拆除任务。见图5。 图5 水塔倒塌实际图 Fig. 5 The actual map of the collapse of the water tower 参考文献（References） ［1］ 余兴春， 任少华， 赵端豪， 等. 210 m高钢筋陶泥混凝土 内衬结构烟囱的爆破拆除［J］.工程爆破，2017， 23（3） 73-76. ［1］ YU Xing-chun，REN Shao-hua，ZHAO Duan-hao，et al. Blasting demolition of 210 m high chimney with reinforced clay concrete lining structure［J］. Engineering Blasting， 2017，23（3） 73-76.（in Chinese） ［2］ 姚显春， 姚 尧， 寄科祥， 等.城市复杂环境下90 m钢 筋砼烟囱的定向爆破拆除［J］.爆破器材，2017， 46（6） 53-58. ［2］ YAO Xian-chun，YAO Yao，JI Ke-xiang，et al. Directional blasting demolition of a 90 m-high steel-concrete chimney in urban complex environment［J］. Explosive Materials， 2017，46（6） 53-58.（in Chinese） ［3］ 雷 振， 章征成， 宋文峰，等.两座85 m钢筋砼烟囱同 时爆破拆除振动研究［J］.爆破，2014，31（4） 92-95. ［3］ LEI Zhen，ZHANG Zheng-cheng，SONG Wen-feng，et al. Research on vibration caused by demolishing of two 85 meters reinforced concrete chimney［J］. Blasting，2014， 31（4） 92-95.（in Chinese） （下转第135页） 39第35卷 第4期 张松峰， 雷 振， 高文蛟， 等 伞形钢筋混凝土水塔爆破拆除 万方数据 ［13］ BADRODDIN，MOSTAFA，KHOSHROU，et al. Efficien- cy of standardized image processing in the fragmenta- tion；prediction in the case of Sungun open-pit mine［J］. Arabian Journal of Geosciences，2013，6（9） 3319- 3329. ［14］ FARAMARZI F，MANSOURI H，FARSANGI M A E. A rock engineering systems based model to predict rock fragmentation by blasting［J］. International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences，2013，60（8） 82- 94. ［15］ KERMENY J M. Analysis of rock fragmentation using digital image processing［J］. Journal of Geotechnical En- gineering，1993，119（7） 1144-1160. 英文编辑 袁必和 （上接第93页） ［4］ 程贵海， 刁 约， 唐春海， 等. 80 m高烟囱高位切口定 向爆破拆除［J］.爆破，2014，31（2） 108-110. ［4］ CHENG Gui-hai，DIAO Yue，TANG Chun-hai，et al. Di- rectional explosive demolition of 80 m high chimney by high location cutting［J］. Blasting，2014，31（2） 108- 110.（in Chinese） ［5］ 司君婷， 吕小师， 曹 娟. 210 m钢筋混净土烟囱高位 缺口控制爆破拆除实践［J］.爆破，2017，34（1） 124- 128. ［5］ SI Jun-ting，LV Xiao-shi，CAO Juan. Application of con- trolled explosive demolition of 210 m reinforced concrete chimney with high blast-cut［J］. 2017，34（1） 124-128. （in Chinese） ［6］ 谢钱斌， 熊万春. 2座90 m高的双曲线冷却塔爆破拆 除［J］.工程爆破，2018，24（3） 44-49. ［6］ XIE Qian-bin，XIONG Wan-chun. Blasting demolitionoft- wo 90 m high hyperbolic cooling tower［J］. Engineering Blasting，2018，24（3） 44-49.（in Chinese） ［7］ 苏筱嘉， 边作青， 王友杰， 等.两座150m高钢筋混凝土 烟囱定向爆破拆除［J］.工程爆破，2017，23（6） 39- 42. ［7］ SU Xiao-jia，BIAN Zuo-qing，WANG Yong-jie，et al. Di- rectional blasting demolition of two 150 m-high reinforced concrete chimneys［J］. EngineeringBlasting，2017， 23（6） 39-42.（in Chinese） ［8］ 徐鹏飞， 张英才， 盖四海， 等. 180m钢筋混凝土烟囱两 段单向控制爆破拆除［J］.爆破，2017，34（1） 129-147. ［8］ XU Peng-fei，ZHANG Ying-cai，GAI Si-hai，et al. Con- trolled explosive demolition of 180m reinforced concrete chimney by two section and same direction［J］. Blasting， 2017，34（1） 129-147.（in Chinese） ［9］ 高文乐， 苏凯凯， 张泽华， 等.复杂环境下90 m高冷却 塔的爆破拆除［J］.爆破，2017，34（4） 100-105. ［9］ GAO Wen-le，SU Kai-kai，ZHANG Ze-hua，et al. Explo- sive demolition of 90 m-high cooling tower under complex environment［J］. Blasting，2017，34（4） 100-105.（in Chinese） ［10］ 于淑宝， 王旭光， 杨 军， 等. 210 m高烟囱双切口同 向折叠爆破拆除［J］.爆破，2017，23（6） 34-38. ［10］ YU Shu-bao，WANG Xu-guang，YANG Ju，et al. Blasting demolition of 210 m-high chimey double notches by fold- ing in the same direction［J］. Blasting，2017，23（6） 34- 38.（in Chinese） ［11］ 梁书锋， 王建国， 李鹏飞， 等. 40 m青砖烟囱定向控制 爆破拆除技术［J］.爆破器材，2018，47（4） 60-64. ［11］ LIANG Shu-feng，WANG Jian-guo，LI Peng-fei，et al. Demolition of a 40 m-high black brick chimney by direc- tional controlled blasting［J］. Explosive Materials，2018， 47（4） 60-64.（in Chinese） ［12］ 王春玲， 梁为民， 张英才， 等.复杂环境下高耸建筑物 爆破触地振动控制措施［J］.工程爆破，2014，20（5） 46-49. ［12］ WANG Chun-ling，LIANG Wei-min，ZHANG Ying-Cai， et al. Blasting vibration control measures of towering building blasting demolition in complex environment ［J］. Engineering Blasting，2014，20（5） 46-49.（in Chinese） ［13］ 徐顺香， 陈德志， 李本伟， 等. 100m高钢筋混凝土烟 囱爆破拆除及安全措施［J］.爆破，2015，31（2） 106- 109. ［13］ XU Shun-xiang，CHEN De-zhi，LI Ben-wei，et al. Demo- li-tionof100-meter-superheightreinforcedconcrete chimney by directional blasting and safety measures［J］. Blasting，2015，31（2） 106-109.（in Chinese） 英文编辑 黄 刚 531第35卷 第4期 杨仕教， 彭贯军， 朱忠华， 等 基于ImagePy工具的岩块图像二值化分割研究 万方数据