复杂环境下210m烟囱定向爆破拆除.pdf

第2 9 卷第2 期 2 0 1 2 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 9N o ．2 J a n ．2 0 1 2 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s a n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 2 ．0 1 9 复杂环境下2 1 0m 烟囱定向爆破拆除 陈德志1 , 2 ，丁帮勤1 ，何国敏1 ，李本伟1 ，游力克1 ，周应军1 1 ．中钢集团武汉安全环保研究院有限公司爆破研究所，武汉4 3 0 0 8 1 ； 2 ．武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要介绍了江西南昌发电厂2 1 0m 高钢筋混凝土烟囱定向控制爆破拆除的成功经验。着重介绍了切 断圈粱的预处理措施、爆破切口形状、尺寸及开啬- r _ 艺、爆破参数、电子数码雷管起爆网路、爆破安全技术度 爆破效果等，并对爆破振动进行测试和分析。提出了开凿拱形超大导向窗和防飞溅减振降尘综合防护方法。 特别是电子数码雷管首次在高迭2 1 0m 高的构筑物爆破拆除中的应用，提高了延期精度，同时具备良好的抗 杂电的效果，保证了爆破工作能够在发电厂中安全实施。在未来大规模、高水平的复杂工程爆破中将具有很 好的应用前景。 关键词烟囱；定向爆破；电子数码雷管；综合防护 中图分类号T I ／7 4 6 ．5 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 1 2 0 1 2 0 2 0 0 7 2 0 4 D i r e c t i o n a lD e m o l i t i o nB l a s to f2 1 0m H i g h C h i m e yu n d e rC o m p l e xC o n d i t i o n s C H E ND e - z h i l 2 ，D I N GB a n g q i n l ，H EG u o - m i n l ，1 _ IB e n ．w e i l ，Y O UL i ．k e l ，Z H O UY i n g - j u n 1 ．I n s t i t u t eo fB l a s t i n g ，S I N O S T E E LW u h a nS a f e t y ＆E n v i r o n m e n t a lP m t e e t R e s e a r c hI n s t i t u t eC oL t d ，W u h a n4 3 0 0 8 1 ，C h i n a ；2 ．S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n g a n dA r c h i t e c t u r e ，W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o j e c to fd i r e c t i o n a lm h 枷e dd e m o l i t i o nb l a 鲥I l g0 f2 1 0 mh i g l lr e i l f f o r e e dc o n c r e t ec h i m n e yi s i n t r o d u c e d ．S o m em e t h o d sw e l e ，s u c h ∞e m p h a t i c a l l yi n t r o d u c e d 。t h ep r e t r e a t m e n tm e ∞u r ∞，s h a p ea n ds i z eo fb i a s - t i n sc u t t b l a s t i l l gp a r a m e t e r s ，b l a s t i n gn e t w o r kb B s 。do nd i g i t B le l e c t r o n i cd e t o n a t o r ，s a f e t yt e c h n i c x d 眦咖嘲a n d b l a s t i n ge f f e c t ．E s p e c i a l l yt h ee l e c t r o n i c 也g i t a ld e I o m t w ∞t l I ef i r s tt i m ei nh i g ha m o t m t st oh 讪s t r u c t u r ed e m o l i t i o nb l a s t i n g ．T h ed i g i t a le l e c t r o n i cd e t o n a t o r 印p l i Mg o o d 瞄i s t a n c et Os t r a ye l e c t r i c a le f f e c t ，e n s u r e dt h eb l a 8 t i l 唱 w o r ki nt h ep o w e rp l a n ts e c u r i t yi m p l e m e n t a t i o n ．w h i c hi m p r o v e dt h ea e c t t r a e yo f e x t e n s i o n ．C a nb eu s e df o r 弛触慨 f o rt h es i I I I i l a rp m j e e t s ． K e yw o r d s C h i m e , ／；d i r e c t i o n a ld e m o l i t i o nb L a s t ；d i - 1e l ∞t t i c a ld e t e n a l o n ；c o m p o u n dp r o t e c t 1 工程概况 江西南昌发电厂为了响应国家降低能耗，节约 能源，减少污染物排放量，改善空气质量的号召，积 收稿日期2 0 1 2 0 3 1 6 作者简介陈德志 1 9 7 0 一 ，男，中钢集团武汉安全环保研究院有限 公- d 爆破研究所教授级高级工程师，主要从事爆破工程及 研究工作． E - m a i l 3 4 5 4 8 8 2 5 8 明．c o r n 。 极推进“上大压小”的进程，决定对该厂1 1 2 5M W 和1 1 3 5M W 二台机组2 1 0m 高钢筋混凝土烟囱 采用控爆法拆除。 1 ．1 工程环境 待拆除2 1 0m 烟囱修建于1 9 8 7 年，位于江西南 昌发电厂生产区中央，东西北三面均为保留建筑物 和正在运行设备，其中东侧距围墙2 5m ，距铁路专 万方数据 第2 9 卷第2 期陈德志，丁帮勤，何国敏，等复杂环境下2 1 0m 烟囱定m 爆破于J m ． 7 3 线3 1 ．3m ，距物流部生产和办公楼5 5m ，距离煤堆场 1 1 0i n ，距高压线1 9 2m ，距七里村民房最近2 0 5m ；南 侧距厂区外围道路围墙2 9 1n l ，距高压线3 6 0n l ，距青 山北路为4 5 0 m ；西侧距加工棚4 3m ，距锅炉框架 8 5m ，距汽机房和厂用电室1 1 0 ．5m ，距运行中的 1 1 0k V 升压站1 7 2m ，距高压线2 7 6m ，距斗门村民 房3 0 0m ，距厂前路最近点3 0 5m ，距仓库3 6 3m ；烟 囱北侧距中电电力各部门办公楼7 5m ，距要保留的 输煤栈桥3 6m ；倒塌范围为拆除区域，无地下管网。 周围环境示意图如图1 。 图1 爆区周围环境图 单位, 1 1 1 F i g ．1 S u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n to fb l a s t i n g u n i t m 1 ．2 烟囱的结构 烟囱地面以上标高为2 1 0 ．0 0m ，钢筋混凝土筒 式结构。在0 ．0 0m 标高处，烟囱外半径9 ．2 4m ， 内半径8 ．6 2m ，壁厚0 ．6 2m ，为双层钢筋网。 O ．0 ～ 1 0 ．0m 标高处竖向钢筋外层为咖2 2m m 螺蚊钢间距1 5 0m l n ，内层为咖1 8m i l l 螺蚊钢间距 3 0 0m m ，环向钢筋为外层为咖2 2m m 螺蚊钢间距 2 0 0m m ，内层为西1 4m m 螺蚊钢间距2 0 0m m 。在 2 1 0 ．0 0 m 标高处，烟囱外半径3 ．1 7m ，内半径 2 ．9 2m ，壁厚0 ．2 5m 。烟囱筒身采用3 0 0 1 3 0 m 标 高以下 、2 5 0 混凝土整体滑模浇筑。隔热层厚 0 ．1 2m ，内衬采用耐火砖砌筑， 1 0 ．0 0m 以下无内 衬，1 0 ．0 0 ～5 7 ．5 0m 内衬厚0 ．2 4m ，5 7 ．5 0m 以上 内衬厚0 ．1 2m 。烟囱筒身在0 ．0 0I l l 标高处正北 方向和正南方向各有1 个相对于烟囱中心轴线互相 对称的高2 ．0 0m ，宽1 ．8 0m 的出灰口，同向在 l O ．0 0m 标高处各有1 个高7 ．0 0m ，宽5 ．8 0m 的 烟道，如图2 所示。烟囱内部在 1 0 ．0 0l l l 标高处 为多井字粱支撑的积灰平台，下部为钢制灰斗，多井 字梁放在筒壁的牛腿上。3 个照明平台分别在 1 0 5 ．0 0m 、1 5 5 ．0 0m 、2 0 3 ．7 5m 。筒身混凝土体积为 2 6 0 9m 3 ，隔热层体积4 9 5m 3 ，内衬体积8 4 7m 3 。经 计算烟囱重P 约为9 3 9 8 ．6 9t ，重心高度z ，为7 2m 。 2 爆破方案 根据烟囱周围环境和现场测量，对烟囱的结构 进行了认真分析，并充分考虑到厂方提出对斗门村 民房、七里村民房、1 1 0k V 升压站保护的要求，在确 保安全的前提下，为缩短工期，降低成本，本次烟囱 拆除采用采用 0 ．5m 开爆破切口向南偏西4 。定 向倒塌爆破方案。 3 爆破技术设计 3 ．1 爆破前预处理 1 清除出灰漏斗内余灰u “。 2 爆破切开中部开凿拱形超大导向窗 图 2 。用液压破碎锤倾倒中心线为准向两侧开凿导 向窗，导向窗下部为矩形宽8 ．0m ，高6 ．8m ，导向窗 上部为宽8 ．0m ，高3 ．2m 的拱形结构以保证在结 构足够可靠的前提下破坏积灰平台井字梁的结构， 尽可能处理井字梁倒塌方向部分，并切断圈梁。 图2 开凿拱形超大导向窗 F i g ．2 C a r v e da r c h e do v e r i 2 e dg u i d ew i n d o w s 3 定向窗采用绳锯切割法 图3 ，必须保证 两侧定向窗在同一高程。 4 把烟囱的爬梯和避雷线从0 ．0 0 一 1 0 ．0 0m 全部割断。 3 ．2 爆破切口设计 设计爆破切口形状为正梯形。根据余留部分力 学分析并结合类似烟囱拆除经验，切口圆心角取 2 1 5o 。考虑到施工方便，切口开设在 0 ．5n l 处，此 位置的烟囱外径D 1 8 ．4 4m ，壁厚占 6 2 0m m ，烟 万方数据 7 4爆破 2 0 1 2 年6 月 囱切口弧长L a r D 2 1 5 ／3 6 0 1 8 ．4 4 1 r 2 1 5 ／3 6 0 3 4 ．5 8n l 。切口高度H 1 ／6 ～1 ／4 D ，D 为切口处 烟囱外径，D 1 8 ．4 4m ，切口高度H 1 ／4 D 4 ．6 1m ，实际取H 5 ．2m 。定向窗为直角三角形， 角度为3 0 。，底边长3 ．5m ，高为2 ．0 2m 。定向窗与 烟道口关系见图4 。 图3 绳锯切割法开定向窗 F i g ．3R o p es a wc u t t i n gm e t h o do fd i r e c t i o n a lw i n d o w 图4 烟囱烟道及出灰口结构示意图 单位m F i g ．4 C h i m n e yf l u ea n da na s ho u t l e t s t r u c t u r ed i a g r a m u n i t m 3 ．3 爆破参数设计 1 切口爆破参数 0 ．5m 处切口炮孔深度L 0 ．6 0 ．8 5 6 。 式中6 为爆破切口处的筒壁厚度，6 6 2 0m m ；L 0 ．3 7 ～0 ．5 3m ，炮孔深度L 取0 ．3 5 ～0 ．4 5m 其中 自底部起1 、2 、3 、4 、5 ⋯791 1 、1 3 、1 5 排为0 ．4 5m ，6 、 8 、1 0 、1 2 、1 4 排为0 ．3 5m 。孔距a 0 ．4 5m ，排距 b 0 ．3 5 0 ．3 8m ，单孔装药量Q 3 0 0 4 0 0g 。爆 破总药量为1 9 2k g 。 2 炮孔布置 炮孔布置在爆破切口范围内，方向朝向烟囱中 心，相邻排间炮孔采用梅花形布置，爆破切口布设 1 5 排炮孔，共5 3 8 孔。见图5 。 3 ．4 起爆网路 采用电子数码雷管起爆网路。 切口分成对称的6 个区，即东西向各3 个区 I 、Ⅱ、Ⅲ区 ，每一个区内的电子数码雷管，并联 接入一区域线上，再用主线联入一块E B R - - - 0 0 8 型 铱钵表中；总起爆非电导爆管雷管的电子数码雷管 并入东向的Ⅲ区；在起爆站。6 块E B R - - 9 0 8 型铱钵 表并联接入1 台E B Q - - 9 0 8 型主起爆器上，形成起 爆系统电子数码雷管铱钵起爆系统。 图5 爆破切口及炮孔布孔示意图 单位i n F i g ．5B l a s t i n gc u ta n db l a s th o l el a y o u t u n i t m 4 安全技术措施 4 ．1 触地振动控制措施 1 在缓冲堤坝两侧开挖2n l 深、1 ．5i n 宽、 1 9 0m 长的减振沟旧．4J 。 2 为减小烟囱倒塌时的触地振动和飞石飞 溅，在烟囱倾倒中心线- 1 - 6 。范围内距烟囱根部中心 9 0 ～2 2 4m 距离内垂直倾倒中心线堆筑8 道缓冲堤 坝，缓冲堤坝材料为煤灰、黄土、黄沙等，上宽2m ， 下宽6m ，长3 9 7 5m ，高3I n ，堤间间距为1 7 2 0I n ，每两道缓冲堤坝之间开挖2i n 深的沟槽。 3 在倒塌方向的正前方，2 4 5i n 处修筑一道高 4i n 宽6m 的防冲墙，以防止烟囱头部触地后前冲。 4 为减小烟囱触地造成地面碎石的飞溅，缓 冲堤坝堆筑的材料里面不能有碎块，用2 层高强度 防晒网整体覆盖缓冲堤坝使之形成一个整体，在堤 坝的顶部和烟囱倾倒侧将黄沙扎口封闭的编织袋整 齐堆放，铺设3 层。 4 ．2 其他安全技术措施 1 钻孔时用钢管，竹跳板搭脚手架，四周用安 全防护网围住。 2 测量要准确。用经纬仪精确确 定切口水平高度、倾倒中心线、切口和定向窗尺寸， 并用红油漆在烟囱上标出。 3 严格按爆破设计钻 炮孔，不得擅自改变孔网参数和炮孔方向，装药前炮 孔要检查、验收。 4 对装药部位2 0 层密目安全网 和3 层土工布进行悬挂式覆盖，以防飞石的溢出”J 。 5 爆破前在沟槽内注入0 ．5 0i l l l 清水，烟囱触地时 万方数据 第2 9 卷第2 期陈德志，丁帮勤，何国敏，等复杂环境下2 1 0m 烟囱定向爆破拆除 7 5 正面筒壁先接触水面，强大的能量使得水溅起甚至 部分雾化，随后烟囱筒壁接触沟槽底破碎并产生扬 尘，粉尘在传播过程中受到先溅起水雾的阻碍，被控 制在一个有限的范围内。 6 加大警戒范围，为防 止烟囱倒塌时碎块飞溅，人员安全距离为3 0 0m 。 5 爆破振动测试与分析 5 ．1 爆破测试仪器与结果 本次测试采用了由成都中科测控有限公司生产 的智能爆破测振仪T C - - 4 8 5 0 和I D T S 3 8 5 0 对烟囱 四周的民房建筑及厂房结构进行质点振动速度监 测，以确保其安全性。实测前将所有测振仪触发电 平设置为0 ．0 2c m ／s ，即可采集到0 ．0 2 3 5 ．4c m ／s 范围内的振动信号∞』。 表1 为烟囱爆破振动测试结果。图6 为典型振 动速度波形图。 S ．2 测试结果分析 1 从波形图看，爆破引起的振动速度小于触 地振动速度，频率大于触地振动。 2 从表1 可以看出最大振动速度在5 测点， 为距烟囱7 0m 的厂房，振速为1 ．4 6 7c m ／s ，升压站 振速为1 ．0 2 6c m ／s ，未超过爆破安全规程的要求。 其他测点距烟囱触地震动点的位置较远，振速均不 大于0 ．7 2c m ／s ，远远小于砖混结构民房的安全振 动速度2c m ／s 。因此，邻近厂房和民房是安全的。 袭1 爆破振动测试结果 T a b l e1M e a s u r e m e n tr e s u l t so fb l a s t i n gv i b r a t i o n 3 一般厂房和民房的自振频率在1 ～3H z ，而 本次爆破引起振动频率在3 ．3 1 1 ．1H z 之间，超过 厂房和民房的自振频率，不会引起共振导致厂房和 民房破坏。 6 爆破效果及分析 2 0 1 2 年2 月1 2 日1 0 时3 0 分随着指挥长的一 声令下，烟囱根部喷出一团尘雾，烟囱先向预定方向 略有倾斜，缓慢倾斜约9s ，从1 0s 开始加速，1 5s 以 后以更高速度倾倒落地，同时烟囱在1 0 5m 处出现 断裂，整个爆破历时1 8s ，无后座现象。爆堆长度 2 3 6m ，落地烟囱分3 段，根部0 1 5m 简体压扁，上 下和两侧有裂纹，1 5 ～5 51 1 1 筒体压扁破碎，其它部 位砼外壳全部摔碎，匝筋断开，钢筋外露。升压站、 皮带通廊、周边厂房及设备完好无损，周边民房及高 压线安然无恙，爆破总体效果较好。 通过本次2 1 0m 钢筋混凝土烟囱的定向爆破拆 除，有如下体会 1 烟囱顶部倾倒中心线比预想中心线偏西 2 。，但烟囱仍倒塌在设计范围内，。主要是烟囱在 5 5 1 0 5m 进行过加固，爆破倾倒时在1 0 5m 处发 生了断裂和扭转。 ，1 ．o ‘ 0 ．5 日0 董一0 ．5 1 ．0 0 ．5 12 ．∞4 ．0 06 ．0 0 8 ．0 01 0 ．∞1 2 ．0 01 4 ．0 0 1 6 ．0 01 8 ．∞2 0 ．0 0 t ／s 。 2 测点肪向振动速度时程曲线 P 1 ．0 ‘ 0 ．5 目0 毒一0 ．5 1 ．0 r ， 目 ≤ O ．5 l2 ．∞4 ．0 06 ．∞8 ．0 01 0 ．0 0 1 2 ．0 0 1 4 ．0 0 1 6 ．0 0 1 8 ．0 02 0 ．0 0 t ／s b 2 测点y 方向振动速度时程曲线 t | s c 2 测点Z 方向振动速度时程曲线 图6 实测振动波形 r i s ．6M e a s u r e dv i b r a t i o nw a v l e f o r l n 8 下转第7 9 页 万方数据 第2 9 卷第2 期韩传伟，王洪刚，刘昌邦u 形结构楼房向内坍塌爆破拆除 7 9 上接第7 5 页 2 用绳锯切割法将定向窗整体取出的方法与 混凝土钻孔取芯机将定向窗整体取出的方法和用密 集孔、小药量松动预裂爆破开定向窗方法比较，夹角 更规整，时间更短，同时减少了对烟囱的损伤，值得 推广。 3 爆破切口中部开凿拱形超大导向窗具有非 常大的实用价值。拱形超大开口导向窗的开凿，减少 了钻孔量、炸药量和爆破振动．提高了炸高。同时，在 爆破前破坏圈梁，有利于底部筒壁的整体破碎。 4 隆芯l 号数码电子雷管爆破精度高、延时 范围宽和网路可检查的特点提高了爆破网路的可靠 性和方案设计的灵活性，铱钵起爆系统具有抗杂散 电流、使用安全性好，延时可在线编程的高精度毫秒 延期同步起爆的能力，能够实现和满足高精度延时 减震爆破的工程要求。在未来大规模、高水平的复 杂工程爆破中将具有很好的应用前景。 5 防飞溅减振降尘综合防护体系能有效能控 制烟囱触地振动、防飞溅和降尘。 6 2 0 层密目安全网和3 层土工布的近体防护 能有效控制飞石。 7 高烟囱爆破受风荷载影响较大，应尽量选 择无风或风力较小时起爆。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]陈德志，丁帮勤．苛刻条件下1 0 0m 高钢筋砼烟囱定向 爆破与震动测试[ J ] ．工程爆破，2 0 0 3 ，9 2 3 3 - 3 5 ． [ 1 ] C H E ND e z h i ，D I N GB a n g q i n ．D i r e c t i o n a lb l a s t i n go f8 r e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e yw i t h8 h e i g h to f1 0 0m e t e r si n d i f f i c u l tc o n d i t i o n8a n dv i b r a t i o nt e s t s [ J ] ．g n U ．c e d i n g B l a s t i n g 。2 0 0 3 ，9 2 3 3 - 3 5 ． i nC h i n e s e [ 2 ] 夏卫国，武双章，唐勇．2 座1 1 0m 高双曲线冷却塔 爆破拆除【J ] ．爆破，2 0 1 I ，2 8 2 6 8 7 1 ． [ 2 ] X I AW e i g u o ，W US h u a n g z h a n g ，T A N GY o n g ．E x p l o s i v e d e m o l i t i o no ft w o11 0m h y p e r b o l i cc o o l i n gt o w e r s [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 2 6 8 - 7 1 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 陈德志，丁帮勤．1 2 0i n 高钢筋混凝烟囱爆破拆除 [ c ] ∥中国爆破新技术Ⅱ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 8 3 7 7 3 8 1 ． [ 3 ] C H E ND e z h i ，D I N GB e n g - q i n ．B l a s t i n gd e m o l i t i o no f1 2 0 m e t e mh i s hr e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e yb yd i r e c t i o n a l b l a s t i n g [ C ] ／／N e wT e c h n o l o g yo fC h i n e s eB l a s t i n g1 I ． B e i j i n g M e t a l h r g i c a tI n d u s t r yP r c o ，2 0 0 8 3 7 ％3 8 1 ． i n C h i n e s e [ 4 ] 李本伟，陈德志，张萍，等．1 8 01 1 1 高钢筋混凝土烟囱 爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ．2 8 4 5 7 6 0 ． [ 4 ] L IB e n w e i ，C H E ND e z h i ，Z H A N GP i I l g ，e ta 1 ．D e m o l i t i o n o fa1 8 0 - m e t e r - s u p e r h e i g h tr e i n f o r c e dc o n c r e t ec h i m n e y b yd i r e c t i o n a lb l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 4 5 7 6 0 ． i nC h i n e s e [ 5 ] 何国敏．复杂环境下1 8 0m 烟囱定向控制爆破拆除 [ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 8 3 7 4 - 7 6 ． 【5 ] H EG u o - m m ．D i n Ⅺt i o n a lc o n t r o l l e de x p l o s i v ed e m o l i t i o n o f1 8 0m h i s hc h i m n e yi nc o m p l e xc o n d i t i o n s [ J ] ．B i a s t i n g ．2 0 l l ，2 8 3 ”- 7 6 ． i nC h i n e s e [ 6 ]武汉科技大学工程力学测试中心．江西南昌发电厂 2 1 0n l 钢筋混凝土烟囱爆破振动监测成果报告[ R 】． 武汉武汉科技大学工程力学测试中心，2 0 1 2 ． 万方数据