风化倾斜砖烟囱定向爆破拆除.pdf

第2 7 卷第3 期 爆破 V o l 2 7N o ．3 2 0 1 0 年9 月B L A S T I N GS e p ．2 0 1 0 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 0 ．0 3 ．0 1 9 风化倾斜砖烟囱定向爆破拆除 王贤来1 ，王新民1 ，姚维信2 ，韩斌3 1 ．中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．昆明理3 2 大学国土资源学院，昆明6 5 0 0 9 3 ； 3 ．北京科技大学土木与环境7 - 程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要某厂有l 座砖烟囱，由于时间久远，局部已经发生风化开裂，烟囱整体已出现倾斜。针对风化偏斜 砖结构烟囱的实际特点。以及复杂的现场周围环境，通过合理选择切口位置、形状、爆破参数等措施，保证了 烟囱爆破拆除设计的合理性，在倾倒方向施加预应力、预先爆破拆除烟囱内衬、人工修整定向窗等措施，确保 了烟囱按照预定方向倾倒。 关键词拆除爆破；定向控制措施；风化倾斜烟囱 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 0 0 3 0 0 6 7 0 3 D e m o l i t i o no fa nW e a t h e r e da n dI n c l i n e dC h i m n e y t h r o u g hD i r e c t i o n a lB l a s t i n g W A N GX i a n ．1 a i l ，W A N GX J n r a i n l ，Y A OW e i x i n 2 ，H A NB i n 3 1 ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ；3 ．S c h o o lo fC i v i la n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n go fU n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t A no l dc h i m n e yh a v eu s e df o ra v e r yl o n gt i m e ，a n di t i sp a r t l yw e a t h e r e ds e r i o u s l y ，a n di n c l i n e d ．A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fi n c l i n e dc h i m n e y ，a sw e l la sc o m p l i c a t e de n v i r o n m e n ta r o u n di t ，a n dd e t e r m i n i n gt h e r a t i o n a lp o s i t i o na n ds h a p eo ft h es l o t sa n db l a s t i n gp a r a m e t e r si sd o n et oe n s u r et h er e a s o n a b l ed e s i g no fd e m o l i s h i n g t h ec h i m n e y ．P r e s t r e s s i n gi nt h et i l t i n gd i r e c t i o n ，p r e d e m o l i s h i n gt h ec h i m n e yl i n i n gt h r o u g hb l a s t i n g ，c u t t i n gd i I t } c t i o n a ls l o t sb e f o r e h a n da l - ea p p l i c a t e dt o i n s u r et h ec h i m n e yc o l l a p s e da sp l a n n e d ． K e yw o r d s e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；d i r e c t i o n a lc o n t r o l l i n gm e a s u _ n 皓；i n c l i n e da n dw e a t h e r e dc h i m n e y 1 工程概况 某单位有l 座上世纪6 0 年代修建的砖烟囱，由 于产业结构调整，该烟囱已经停止使用长达2 0Y 时 间，目前烟囱外部出现裂隙，顶部有风化掉块现象， 并已发生倾斜，经测量倾斜角度达到0 ．8 5 。。由于 收稿日期2 0 0 9 0 9 一O l 作者简介王贤来 1 9 6 8 一 ，男，博士、教授级高工，从事采矿技术研 究与设计、控制爆破工程设计与施工工作，E m a i l x i a n l a i w a n g 1 6 3 ．c o r n 。 技改工程需要，决定对该砖烟囱进行爆破拆除。 烟囱高3 5m ，底部外径3 ．0m ，壁厚O ．5I T I ，内 衬O ．2 5m ，烟囱外壁与内衬之间有0 1 0 0m l T l 的间 隙，烟囱顶部中心线相对底部中心向南偏斜 0 ．5 21 1 1 ，由于年代久远，无烟囱设计图纸。 2 爆破方案的确定 2 ．1 倾倒方向的确定 烟囱周围环境十分复杂，烟囱西侧2 0m 为厂区 供热锅炉房，南侧5m 为熔炼车间厂房，东侧5m 为 万方数据 爆破2 0 1 0 年9 月 羽毛球场馆，北侧1 8m 为供热车间混凝土烟囱，南 侧1 0m 处和东侧2 6m 处还有2 条高压供电线路通 过，因此可供烟囱倾倒的范围仅有东北角有1 个大 约2 0 。范围的狭窄场地，也是烟囱唯一的倾倒方向。 烟囱周围环境如图l 所示。 图1 爆破现场平面图 单位m 2 ．2 施加预应力分析 由于烟囱顶部目前已向南偏斜O ．8 5 0 。同时考 虑到砖烟筒经过长期使用风化以后，红砖的自身强 度显著降低，因此难以判断目前烟囱的实际强度。 为了确保烟囱在倾倒过程中能够顺利按设计路线倾 倒，不受原有偏斜问题影响，采取了施加预应力的做 法，即在设计倾倒方向利用铰链钢丝绳纠偏，本次采 用的是5t 铰链。在倒链满负荷收紧后，烟囱顶端 的偏斜从原有的0 ．5 2m 降低到了O ．1 5m 。 2 ．3 烟囱切口的确定 烟囱爆破常用的切口形状有类梯形、矩形等多 种形式，一般以类梯形为主，因为其实际施工简便， 爆破后对预留部分破坏较小，烟囱在倾倒时不易出 现后座现象。本次爆破目标是风化砖烟囱，构筑烟 囱的砖强度已经降低，而且周围环境非常复杂，做到 精确施工，准确定位是成功的关键所在，所以本次爆 破采用类梯形切口。烟囱切口位置的选择也是保证 烟囱准确按照预定方向倒塌的重要环节，该烟囱烟 道口朝向正北，出灰口朝向正南。距离地表1 ．8m 处有l 道钢筋混凝土圈梁。圈梁高度为3 5 0m m 。 为了避免烟道口对倾倒方向的影响，本次设计利用 存在混凝土圈梁的有利条件，在混凝土圈梁以上做 爆破切口，避免烟囱下部的烟道口、出灰口对烟囱倾 倒造成影响。 爆破切口高度计算公式通常为m 】 h 1 ．5 3 ．0 8 式中h 为爆破切口高度，m ；艿为爆破位置烟囱壁 厚，O ．5m 。 计算得到h 0 ．7 5 ～1 ．5m ，经综合考虑，确定 爆破切口高度为1 ．3m 。 根据工程经验，爆破切口长度宜控制在下式范 围之内。 2 S ／3 ≥L ≥S ／2 式中L 为切口弧长；．s 为烟囱切口处周长，9 ．4 2m 。 计算得到￡ 6 ．2 8 4 ．7 1m 。由于烟囱风化严重， 为防止在倾倒过程中出现后座现象，同时采用了预应 力纠偏措施，切口长度宜取小值，因此L 5 ．4m 。 2 ．4 定向窗的确定 作者经过多次爆破烟囱的经验表明，提前打开 定向窗，或者人工修整定向窗的形状，保证定向窗的 形状和对称性，对于烟囱按照设计方位倒塌有很重 要的意义，为了提高爆破精度，本次设计采用直角梯 形定向窗口，如图2 所示。 4 段3 段2 段l段2 段3 段4 段 - ． 10O 一● 8 I ’ n ／＼ i＼ 8 ／＼ ∽ ／＼ ／＼ ●● 3 0 0I 一 一I 1 3 0 0 5 0 0。．4 400 5 0 0 图2 切口及定向窗炮孔布置图 单位m m 2 ．5 强度校核 切口以上高度为3 2 ．8 5m ，忽略烟囱上部变径 因素，烟囱按照切口位置周长9 ．4 2m 计算，红砖壁 厚按照0 ．5m 计算，红砖密度为1 ．8X1 0 3k g ／m 3 ，耐 火砖部分壁厚为0 ．2 5m ，密度为3 ．2 1 0 3k g ／m 3 。 经计算，烟囱切口以上重量为3 7 6 ．5t 。切口处剩余 部分红砖实际承载压强最大为1 ．9M P a 。 红砖标准抗压强度有7 ．5M P a 、1 0M P a 、1 5M P a 三种，老标准有5 0 。砖，抗压强度约为5 ．0M P a ，即使 原设计采用最低标号红砖，多年使用以后，红砖强度 降低一半以后，其抗压强度依然大于上述计算强度。 因此烟囱剩余部分不会产生压垮现象。 万方数据 第2 7 卷第3 期王贤来，王新民，姚维信，等风化倾斜砖烟囱定向爆破拆除 6 9 3 爆破参数确定 3 ．1 内衬预处理 烟囱的预处理对烟囱的准确定向及顺利倾倒作 用重大，经过内衬预处理既可以减少一次爆破炸药 量、简化爆破网路、提高爆破的可靠性又可以提高定 向倒塌的准确性，还有利于烟囱顺利倒塌。 烟囱内衬为耐火砖，在拆除耐火砖前，为了确保 施工人员的安全，在烟囱内部搭建了安全护顶平台。 由于内衬耐火砖结构比较松散，本次采用了人工拆 除，拆除长度为内部周长的1 ／2 ，拆除高度和轮廓线 基本与烟囱爆破切口轮廓线一致。 3 ．2 定向窗爆破 首先在定向窗正中凿1 个炮孔，孔深3 5 0i n r n ， 装1 0 0g 乳化炸药进行试爆，同时根据爆破情况来 校核切口爆破的弹孑L 装药量。定向窗爆破后。进行 人工修理，确保2 个定向窗的尺寸大小以及对称性。 3 ．3 切口爆破参数 为了获得良好的爆破效果，采用梅花形布置炮 孔，孔深3 5 0m m ，孔间距3 0 0n l m ，排距3 0 0m m ，炮 孔直径3 8f i l m 。切口部位共布置5 7 个炮孔，采用乳 化炸药、毫秒差非电导爆管雷管起爆，理论计算单孔 装药量6 3g ，根据经验及定向窗试爆结果，将每个炮 孔的装药量确定为9 0g ，因此切口爆破的总装药量 为5 ．1 3k g 。 起爆顺序是从烟囱设计倾倒中心线向两端按 l 、2 、3 、4 段对称起爆，为了保证可靠起爆，每个孔都 用双发非电雷管，外线采用导爆索双回路复式起爆。 4 安全防护 4 ．1 爆破振动计算 爆破安全规程规定【3 】，对建构筑物的地震安全 性应该满足地震安全速度的要求，并对地震安全速 度作了明确的规定，本次按照旁边锅炉房烟囱的安 全性进行校核，单项最大药量为 Q 一 R 3 v ／k Ⅳ4 2 1k g 式中尺为爆破点至保护物的距离，1 6m ；口为质点 振动临界速度，1 2m m ／s ；k 为选区的介质稀疏，2 0 0 ； 口为振动衰减指数，1 ．5 。 本次爆破设计中，最大单响药量为1 ．8k g ，所以 在爆破振动方面是安全的。 烟囱倾倒方向有1 个废弃厕所，还有围墙等，已 经形成了倾倒减振结构，因此本次爆破未进行减振 处理。 4 ．2 爆破飞石距离计算及防护 个别碎块飞散距离按照下列经验公式计算 S 2 0 k n 2 1 1 ．1 3 01 “ 1 “ 1 式中矗为修正系数，取1 ．5 ；／7 , 为爆破作用指数，取 2 ．0 ；t ￡I 为最小抵抗线，0 ．2 5m 。 烟囱周围建筑物密集，因而需对爆破飞石进行 严格控制，本次爆破采用了3 层湿草袋包裹烟囱做 内层防护，距离1 ．5m 处利用建筑脚手架固定竹跳 板做外层防护。 5 爆破效果 定向窗试爆只有1 个孔，爆破效果一般，人工对 定向窗修整至设计要求，2 个定向窗的位置误差小 于1c m 。 烟囱主体爆破时，气象条件良好，起爆后，烟囱 在空中站立约1 ．0 2 ．0s 以后，按照设计方向准确 倾倒，倒塌过程中无后座，滚动现象，烟囱倒塌后全 部解体，倒塌长度约3 2m ，宽度约3 ．0 ～6 ．0m 。爆 破过程中未发现飞石，附近车间体育馆玻璃安然无 恙，爆破安全与质量达到了预期效果。 6 对倾斜烟囱爆破拆除的认识 已经发生倾斜的烟囱，一般是受基础影响和自 身质量下降2 种情况，对于偏斜烟囱，宜尽量利用其 自身偏斜方向作为倾倒方向。或利用其偏斜的反方 向进行外力纠偏，都可以取得较好的爆破效果，如果 偏斜方向和倾倒轴线方向夹角较大甚至接近垂直 时，则要在设计过程中，适当扣减烟囱偏斜对设计中 心线的影响，即设计倾倒角度和偏斜角度合角线是 烟囱的实际倾倒位置。 参考文献 [ 1 ] 刘殿中．工程爆破使用手册[ s ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． [ 2 ] 刘清荣．控制爆破[ M ] ．北京中国建筑工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 3 ]国家标准局．G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破安全规程I s ] ．北京 中国标准出版社，2 0 0 4 ． 万方数据