120m特殊结构烟囱定向爆破拆除.pdf

第3 0 卷第3 期 爆破 V o l 3 0N o 3 2 0 1 3 年9 月 B L A S T I N G S e p ．2 0 1 3 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 1 8 12 0m 特殊结构烟囱定向爆破拆除 宋天培1 ，张修玉1 ，池恩安1 , 2 ，赵明生1 1 ．贵州新联爆破工程集团有限公司，贵阳5 5 0 0 0 2 ；2 ．贵州大学矿业学院，贵阳5 5 0 0 0 3 摘要 由于部分烟囱的特殊用途，故在烟囱的建筑设计中其结构也有所差异，这对于烟囱爆破拆除时的 爆破设计也就有特殊要求。某公司湿法回转窑烟囱定向爆破拆除，此烟囱具有壁厚1m 、没有隔热层以及烟 囱烟灰兜以下底座总高度为2m 等特殊结构，且其周围环境也具有特殊性，即紧靠烟囱后支座处有8m 高的 设备厂房，在爆破参数设计时无法与同类工程进行类比。在爆破拆除前对其结构进行认真分析，对爆破参数 进行精心计算设计，即外壁缺口高度取日取为3m ，内壁缺口高度取2m ，然后根据设计参数把烟囱底座简化 为静定简支梁，并进行受力分析，分析结果表明烟囱在倾倒过程中两侧定向窗处的应力集中区域最先在压 应力的作用下发生破坏倒塌，烟囱在倾倒过程中不会与设备厂房发生力的作用。爆破较为成功，完全按照预 计方向倒塌，对厂房没有造成任何影响。 关键词钢筋混凝土烟囱I 韧口设计；定向爆破；爆破拆除 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 3 0 3 0 0 8 4 0 4 S p e c i a lS t r u c t u r eo f12 0mC h i m n e y D i r e c t i o n a lB l a s t i n g S O N GT i a n - p e i l ，Z H A N GX i u y u l ，C H IE n a n l ”，Z H A OM i n g s h e n 9 1 1 ．G u i z h o uX i n l i a nB l a s t i n gE n g i n e e r i f i gG r o u pL i m i t e dC o r p ，G u i y a n g5 5 0 0 0 2 ，C h i n a ； 2 ．M i n i n gS c h o o l ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c h 一删r r f f i e y ss p e c i a l - p m p 0 8 f _ 琢r i 话一5 t n l c t u r ei nt h ea r c h i t e c t ㈣e r e n c e ．T h ee h i m n e yd e m o l i t i o nb l a s t i n gd e s i g na l s oh a v es p e c i a lr e q u i r e m e n t s ．Ac o m p a n yd i r e c t i o n a lb l a s t i n gd e m o l i t i o no fac h i m n e y ，t h i sc h i m n e yh a sat h i c k n e s so f1m ，n oi n s u l a t i o nl a y e r ，t h eb a s eb e l o wt h ec h i m n e ys o o tp o c k e tt o t a lh e i g h to f 2ma n do t h e rs p e c i a ls t r u c t u r e ，a n di t ss u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n ti su n i q u e ，s u c ha sc l o s et ot h ec h i m n e ya tt h e 煳 s e a th a se i g h t m e t e r h i g hp l a n te q u i p m e n t ．B l a s t i n gp a r a m e t e r sd e s i g nC a l ln o tt oa n a l o g yw i t hs i m i l a rp r o j e c t s ， t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yt oa n a l y s i si t ss t r u c t u r ea n dc a l c u l a t eb l a s t i n gp a r a m e t e r sb e f o r eb l a s t i n gd e m o l i t i o n ，t h a ti s t ot a k et h eo u t e rw a l lg a ph e i g h t 日a s3m ．w a l lg a ph e i g h ta s2m ．T h e na c c o r d i n gt ot h ec h i m n e yb a s ep a r a m e t e r s d e s i g nt os i m p l i f i e di ta sas t a t i c a l l yd e t e r m i n a t ec h a r p ya n dt oa n a l y s i ss t r e s s ．T h ea n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h e c h i m n e yi nt h ed u m p i n gp r o c e s so nb o t hs i d e so ft h ed i r e c t i o n a lw i n d o wa tt h es t r e s sc o n c e n t r a f i o na r e af i r s td e s t r o y a n dc o l l a p s ea tc o m p r e s s i v es t r e s s ．C h i m n e yi nt h ed u m p i n gp r o c e s sw i l ln o ti n t e r a c tw i t ht h ep l a n t ．C h i m n e yv e r y s u c c e s s f u l ，i nf u l la c c o r d a n c ew i t ht h ee x p e c t e dd i r e c t i o nt od u m p e d ，d i dn o th a v ea n yi m p a c to nt h ep l a n t ． K e yw o r d s r e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e y ；c u td e s i g n ；d i r e c t i o n a lb l a s t i n g ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n 对于烟囱定向拆除爆破，无论在结构方面还是 周围环境方面，每一次爆破都有其特殊性；特别是在 收稿日期2 0 1 3 0 5 0 5 作者简介宋天培 1 9 5 8 一 ，男，贵州凯里人，主要从事工程爆破及 安全麓’州i ‘作， E - m a i l 5 1 1 7 9 8 5 6 0 “ C O l 1 ] ． 细节问题上，存在很大差异，但在某些情况下，往往 是由于人们忽略了这些细节问题而导致整体爆破的 失败，由于一般烟囱结构基本接近甚至一样，在选择 爆破拆除参数的过程中可以通过与同类工程进行类 比很容易确定；然而在具体爆破施工中，有较多特殊 万方数据 第3 0 卷第3 期宋天培，张修玉，池恩安，等1 2 0m 特殊结构烟囱定向爆破拆除8 5 情况，需要根据具体情况正确判断对烟囱成功倒塌 的影响并选择合理的爆破参数以及处理措施。例如 爆破缺口取的过大在烟囱起爆后有可能出现后座的 现象，爆破缺口取得过小会使烟囱倒塌速度过慢而 使烟囱发生歪斜；炮孔深度不够或单耗过小，往往会 出现爆而不倒的爆破事故【l 巧J 。针对本烟囱爆破切 口范围内壁厚为1m 且没有隔热层，紧靠烟囱后支 座处有8m 高的设备厂房等特殊情况，详细描述了 设计参数并研究烟囱倒塌的过程中与设备厂房是否 会发生力的作用，还对烟囱倒塌是否会给设备厂房 造成影响进行了计算论证。对节约施工成本、控制 工期有一定的意义，同时对同类工程有一定的参考 价值。 纠 T L - - l 06 5 - H - 一 O ．3 5 a 烟囱底座结构剖面网 a T h ec h i m n e yb a s es t r u c t u r ep r o f i l e 1 工程概况 烟囱高1 2 0m ，筒身及基础材料为砼2 0 0 ，内衬 耐火砖，2 5 水泥石灰砂浆砌筑。筒身厚度烟囱底 座外壁壁厚为3 5 0m m ，内衬厚度6 5 0m m ；上口处壁 厚为1 4 0m m 。下口外径为R 5 ．0m ，内径r 4 ．0m ，上口外直径为4m 。锥形烟灰兜最低处与烟 囱底部距离为2m ；同时与烟囱倒塌方向的相反方 向有一设备厂房，厂房上方为烟道口，设备房与烟道 高度为8m ；设备厂房与烟囱在结构上没有连接，要 求烟囱在预定方向倒塌后不得损坏设备厂房，烟囱 底座剖面图与纵断图如下图1 a 、 b 所示 b 烟囱纵断面示意图 b S c h e m a t i cd i a g r a mo fc , h i m n e yp r o f i l e 图l 烟囱剖面与断面示意图 单位m F i g ．1C h i m n e ys e c t i o na n ds e c t i o ns c h e m a t i c u n i t m 2 爆破技术设计与预处理 2 ．1 孔深与间距 根据经验公式孔深L 0 ．6 0 ．7 6 ，则外壁 孔深取L ， 3 5x 0 ．7 2 4 ．5c m ，由于烟灰兜以下部 分烟囱壁中间没有隔热层，抵抗线较大，因此外壁孔 深取2 8c m ；内壁孔深L 2 6 5 0 ．7 4 5 ．5c m ，取 4 7c m 。外壁孔距为3 0c m ，排距2 5c m ，单耗根据试 爆取3 0 0 0g ／m 3 ；由于内壁为耐火砖，内壁孔距取 4 0c m ，排距取3 0c m ，单耗根据试爆取2 0 0 0g ／m ’。 2 ．2 爆破切口 由于该烟囱结构较为特殊，特殊方面表现为该 烟囱底座壁厚为1m ，且没有隔热层，靠近定向窗处 以及后支座内壁处的应力集中区域的抗压强度较 大，支反力较大；该烟囱烟灰兜以下底座总高度为 2m ，对施工以及烟囱倒塌有一定影响；与烟囱倒塌 方向相反方向有一高为8m 的设备厂房，当后支座 应力集中区域抗压强度较大时，有可能产生杠杆原 理对厂房与烟囱定向倒塌均有一定的影响。 爆破切口形式，采用梯形爆破切口，两侧开定 向窗。 缺E l 圆心角，切口圆心角直接决定切口展开长 度，而切I 1 长度决定了倾覆力矩的大小，切口偏长， 倾覆力矩偏大，绞支易于破坏，不利于烟囱的平稳倒 塌。爆破切口的长度是以烟囱的重力引起的截面弯 矩 M 。 应等于或稍大于预留支撑截面极限抗弯距 M 。 为主要依据来确定的，本工程依据类比法取爆 破缺口圆心角为2 2 0 0 。 缺口高度，外壁切口高度的确定切口高度 日 是烟囱拆除爆破设计的重要参数，据一般工程经验， H 1 ／6 1 ／4 D ，式中D 为切E l 处烟囱的外径，本 工程中烟囱底部外径D 1 0m ，缺口高度取 耵 万方数据 8 6爆破 2 0 1 3 年9 月 H 1 ／6 ～1 ／4 D 1 ．6 ～2 ．5m ，由于烟囱壁厚较便于抛掷渣土，将起爆顺序分为3 组，第1 组为外 厚，钢筋密度较大，如果开切口过小，爆破时废渣不壁，第2 组为内衬，第3 组为内衬支座，起爆顺序为 易抛掷出去，同时钢筋对其的支撑力使得烟囱倒塌 外壁先起爆内壁后起爆，支座内衬最后起爆，微差时 缓慢，因此综合考虑取H 3 ．0m 。内壁切口高度确 间分别为5 0m s 、2 0m s 。 喜皇t 内竺暨妻二翟m ．四兰耋 翌苎些竺4 起爆后烟囱受力分析 爆破时废渣不易抛掷，同时由于烟灰兜影响施工，因 ～一一⋯⋯⋯一⋯ 此内壁缺口高度取2m 。缺口位置，外切口从烟囱 由于在与该烟囱倒塌方向相反方向有一8m 高 底部平台起 0 ．5 。 3 ．5m ，内切口从烟囱底部平 的设备房，在烟囱起爆后，B - 为压应力集中区域，见 台起 0 ．5 。 2 ．5m 。下图3 a 所示，若B 。处烟囱材料未达到抗压极限 后支座处理，由于烟 如图2 所示 囱壁较厚且 烟囱便倾倒一定角度，那么C t 处便会由压应力转为 没有隔热层，因此选择爆破处理部分后支座的内衬， 拉应力，达到其抗拉极限后边后拉断，便以B - 为支 在后支座内衬布置2 排炮孔，孔深选择4 5c m ，孔距 点按照假设运动轨迹运动，此时烟囱便会与设备厂 4 0c m ，排距3 0c m ，单耗取2 5 0 0k g ／m 3 。房发生力的作用，从而有可能导致爆破失败。为了 3 起爆顺序 黑兰塞塞篡矣蓑毳蠹暑翥篆茎誊言耋嚣篓篝雾 为了实现准确控制微差时间，爆破采用电子数的分析。见图3 。 码雷管，由于烟囱属于桶行结构，且壁厚较厚，为了 0 ．6 f 添篙7 一豳一≤ 一定向窗 2 f然J 图2 烟囱内衬爆破切口设计图 单位m F i g ．2C h i m n e yl i n e rb l a s t i n gc u td e s i g n u n i t m f a 烟囱底座受力分析图 a F o r c ed i a g r a mo ft h ec h i m n e v ，b a s e q ，月口 f8 。 I 【l lIJ IlII lI lJI IllJ 印c 一 寓bk 鳃 | 一 翱 鞠 。_ 一H 翻嗣瞄圈■墨豳 豳 81 0 1 q 疆霹蹬强餐强麓翻豳瑚鹾瞳嘲鼢翻 渭震 露 1 ， 起爆后烟囱底座受力简化模型及其剪力图 f b A f t e ri n i t i a t i o ns i m p l i f i e dm e ‘h a n i c a lm o d e la n d t h e ’h i m n e yb a s es h e a rd i a g r a m 图3 烟囱底座受力分析图 F i g ．3 C h i m n e yb a s ef o r c ea n a l y s i s 万方数据 第3 0 卷第3 期宋天培，张修玉，池恩安，等1 2 0m 特殊结构烟囱定向爆破拆除 8 7 4 ．1 烟囱爆破切口形成后载荷的简化模型 在烟囱起爆后，对其参数的计算主要是依据爆 破切口以上部分的质量、体积、高度等，如图3 b 所 示，在爆破缺口形成瞬间，切口以上部分简化为均布 载荷，烟囱应力集中区域曰。区可以简化为固定铰支 座，c 。区简化为可动铰支座，总体简化为外伸简支 梁，近视为受均布载荷在倾倒旋转时主要以余留支 撑体为支点产生旋转力矩。假设起爆后烟囱处于平 衡状态，简化为静定梁，则可以由静力平衡方程确定 支座的反力[ 7 - 93 。 4 ．2 受力分析计算 根据烟囱设计资料质量M 4 8 9 7 ．4 2t ，体积 V 2 7 8 4 ．5 6i n 3 ，则密度 p丝塑型骅1758．77kg／msV 2 7 8 45 6 尸 ．m 3 ⋯一 ， 烟囱底座均布载荷g 篆 螋等等幽 4 7 9 94 7 1 ．6 k n ／m 其中根据爆破设计，o R 1 C O Sa 5 1 C O S7 0 0 6 ．7 1i n ，b 尺 1 一C O Sa 3 ．2 9i n 由静力平衡方程∑M 。 o ，F 。。b 寺g 口2 一 q b 2 0 ∑M c o ，如 口 6 2F 船b 0 将口，6 代人求的支反力为F c 一2 祁羔 一2 49 4 55 8 1 9 k N ，衄22 q R 志2 6 33 1 75 6 7 ．3k N 则A B 段内梁的剪力方程为F 。 一q x 0 ≤菇 口 在B C 段内梁的剪力方程为F s ％一q x 6 33 1 75 6 7 ．3 47 9 94 7 1 ．6 x 口 髫≤2 R 根据剪力 方程绘制剪力图如图3 b 所示，应力集中区的剪力 为F 衄 3 5 4 2 4 ．6k N ，经测试该烟囱钢筋混凝土的 抗压强度为3 0N ／m m 2 ，由于对后支座内衬进行处 理，起爆后烟囱仅剩钢筋混凝土外壁，壁厚3 5c m ， 显而易见应力集中区域的剪力远远大于钢筋混凝土 的抗压强度，因此在烟囱倾倒过程中，应力集中区域 B 。区会被压裂，且当曰。区压应力达到最大值时C 。 区仍为压应力，而非拉应力，从而C ，点便不会发生 假设的运动轨迹，综合论证烟囱倒塌过程中不会与 设备厂房发生力的作用而顺利倒塌。 5 结论 烟囱爆破后，烟囱顺利向预定方向倒塌，未发生 后座现象，同时烟囱倒塌后完全与紧邻的设备厂房 分离，且造成任何危害，没有留下任何受力痕迹。再 次验证了烟囱爆破设计参数的合理性，对烟囱起爆 后模型简化与计算的准确性。 参考文献 R e f e r e n c e s 刘文清，宁根成．特殊结构的烟囱爆破[ J ] ．西部探矿 工程，2 0 0 2 6 9 8 ． L I UW e n q i n g ，N I N GG e n - c h e n g ．T h es p e c i a ls t r u c t u r e o fc h i m n e yb l a s t i n g [ J ] ．W e s t c h i n aE x p l o r a t i o nE n g i - 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5 4 ． 1 J ] J 1 J 1 j 1 j 1 J ] J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J I 二 I 二J 心 口 B H 障 b № “ 口 哆 p 万方数据