复杂环境下钢筋砼水塔精确控制定向爆破拆除.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N 0 ．2 J u n ．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 2 ．0 1 8 复杂环境下钢筋砼水塔精确控制定向爆破拆除 张华1 ，陈龙伟1 ，挪1 ／, 恙明2 ．，倪俱健2 ，张立国1 1 ．昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．滁州爆破公司，滁州2 3 9 0 1 1 摘要介绍了复杂环境下水塔精确定向控制爆破拆除的工程实例，根据对水塔主要结构分析和保护建筑 物的要求，制定了拆除的爆破方案，设计了爆破参数、安全防护措施，同时进行了振动演算，对于同类工程具 有一定的借鉴意义。 关键词控制爆破；安全防护；水塔；复杂环境 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 2 0 0 6 8 0 3 D i r e c t i o n a lE x p l o s i v eD e m o l i t i o no fR e i n f o r c e dC o n c r e t e W a t e rT o w e ru n d e rC o m p l i c a t e dS u r r o u n d i n g Z H A N GH u a l ，C H E NL o n g ．w e i l ，Z H E N GD e m i n 9 2 ，N IJ u - j i a n 2 ，Z H A N GL i - g u 0 1 1 ．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 e a 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 ； 2 ．C h u z h o uB l a s t i n gC o m p a n y ，C h u z h o u2 3 9 0 1 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r a c t i c eo fd i r e c t i o n a le x p l o s i v ed e m o l i t i o no faw a t e rt o w e ru n d e rc o m p l i c a t e ds u r r o u n d i n gW a S i n t r o d u c e d ．T h eb l a s t i n gs c h e m e ，s f f e t yp r o t e c t i o n s ，a n dv i b r a t i o n c a l c u l a t i o mb a s e do nt h es t r u c t u r a la n a l y s i so fw a - t e rt o w e ra n dr e q u i r e m e n t so fp r o t e c t e ds t r u c t u r ew e r ei n t r o d u c e d ．I th a sac e r t a i nr e f e r e n c em e a n i n g sf o rs i m i l a rp r o - j e e r s ． K e yw o r d s c o n t r o lb l a s t i n g ；s f f e t yp r o t e c t i o n ；w a t e rt o w e r ；c o m p l i e a t e ds u r r o u n d i n g 1 工程概况 1 ．1 工程环境 天长市经济开发区内有l 座废弃水塔，高2 4m ， 位于厂区最西北边公路旁。由于厂内扩建需要，决定 将其爆破拆除。水塔四周环境较复杂，四周都有建筑 物。东侧6 ．5m 有水泵房；东北侧1 7m 有3 间小平 房和2 层楼房；南侧2m 处有厕所，1 0 0m 处有厂房和 办公楼；西侧3m 处有变电房和厂房，位于变电房Im 处有变压器；西南2 5 6 0m 处有厂房和办公楼；北侧 距公路2 0m 。烟囱周围环境如图1 所示。 收稿E t 期2 0 0 9 1 2 3 1 作者简介张华 1 9 7 7 一 ．男。讲师，博士，研究方向爆破工程，E m a i l z h a n g h u a 8 1 0 8 1 0 1 6 3 ．P ．．o m o 1 ．2 烟囱结构特征 水塔高2 4m ，为薄壁钢筋混凝土筒状结构，无 破坏，无倾斜。水塔筒身外直径2 ．6 1m ，壁厚2 0 c m ，钢筋单层布筋，周长8 ．2m ，筒体下部南侧有1 个尺寸为1 8 0c m 8 0c m 的小门，水塔顶部有倒锥 形大圆盘水箱。 1 ．3 工程特点 周围环境复杂，需要保护的对象比较多。根据 现场测量数据和需要保护的对象的重要性，把倒塌 方向定于东南方向，但由于在烟囱的南侧有1 个小 门，可能会对倒塌的方向产生影响。 2 爆破方案与设计 2 ．1 倒塌方向 根据对烟囱的结构、所在周围环境的描述以及 万方数据 第2 7 卷第2 期张华，陈龙伟，郑德明，等复杂环境下钢筋砼水塔精确控制定向爆破拆除 6 9 业主对建筑物保护的要求进行对比分析，在烟囱的 东南方向有较大的空间，但方向的精确控制比较困 难。以南北向为基线，如果烟囱倒塌方向的中心线 与基线的角度过小，则可能对厕所造成破坏。反之， 如果角度过大又会对水泵房造成破坏，影响水泵房 的正常工作。经过现场反复测量和计算，采用定向 倒塌的方案，把烟囱的倒塌方向定在烟囱倒塌后的 外轮廓线沿厕所边布置。即水塔朝东偏南约6 2 。方 向倾倒，爆破切口区中心即朝向此方向。 图1 爆破周围环境示意图 单位m 2 ．2 爆破缺口形状与尺寸 1 缺口长度￡ 爆破缺口的目的是为了创造失稳条件，因此缺 口的形状的优劣将直接影响水塔定向倒塌的准确。 水塔倾倒爆破的缺口采用展开形状为组合梯形。根 据目前的实践经验，水塔爆破缺口的弧长可有下式 确定‘1 | 竹D ￡ 7 9 8 2 式中，6 为水塔的壁厚。 设计实取最大高度H 1 ．5I n 。为了确保倾倒 方向的精准度，在爆破切口两侧分别人工开设1 个 长0 ．5i n 、高0 ．5r n 三角形的定向窗，以确保水塔沿 设计中心线准确倒塌。由于水塔南侧有尺寸为高 1 8 0c mX 宽8 0c m 的小门，可能会影响水塔向东偏 南倾倒的定向准确性，拟在／j 、j - j 正对方向筒壁上用 爆破的方法炸出1 个尺寸相同的 j - j ，以此使水塔 筒身结构保持对称，从而确保水塔沿设计中心线准 确倒塌。如图2 所示。 O o oo on r ● oo O ．2 罟I ，OO - - c 卜_ om ．- oJ oooC ／ O o oo oOOo＼ 向窗／ 已有小门＼ 定府 - 、／o o oo Oo Oo oOo o ＼厂 ＼／ 拟爆破开凿小门 o o K ＼／I Do o o o oo oO‘ ，O o 。。。I＼ 夕I ／／ 4 5 。l o o o o oo oO oo oC I ． 4．5共7 3 个孔 ．1 图2 爆破切口及炮孔布置图 单位m 2 ．3 爆破参数 1 炮孔直径咖和炮孔深度Z 水塔爆破拆除的炮孔直径根据风钻的钻头取 b 4 0m m ；圆筒式水塔的爆破缺口可视为一个拱形 结构，爆破时筒壁的内侧受压，外侧受拉‘1 l 。为保 证内外侧同时炸毁，药包位置应靠近内侧，即炮孔深 度Z 0 ．6 8 0 ．6X2 0 1 2m m 。 2 炮孔间距和排距 炮孔间距口 2 0e m ；炮孔排距b 2 5c m 。 3 炸药单耗q 和单孔装药量Q 万方数据 7 0 爆破2 0 l O 年6 月 炸药单耗g 45 0 0g ／m 3 ；单孔装药量Q q a b 6 4 5g ，实取单孔装药量5 0k g 。 3 爆破网路 水塔定向倒塌爆破采用毫秒非电雷管多段微 差、全串联起爆网路。水塔爆破切口区共划分为3 个起爆时区。为使水塔筒身结构对称性而拟爆破开 凿的小门区域炮眼装入M S 2 段毫秒非电导爆管雷 管；2 小门之间区域炮眼装入M S 4 段毫秒非电导爆 管雷管；定向窗与d , f - ] 间区域炮眼装入M S 6 段毫秒 非电导爆管雷管。如图2 所示。 4 安全技术 本水塔定向倒塌爆破主要应防范爆破飞石、爆 破地震效应及触地振动造成的损害。 4 ．1 爆破飞石 为防止飞石的损害，采取以下安全措施 1 对爆区炮眼全部覆盖遮挡，先用草袋覆盖 后，再挂上1 层竹笆，然后在2 层竹笆之间夹1 层草 袋再覆盖1 层，以减阻飞石飞出速度和距离； 2 严格控制炸药量，采用毫秒微差爆破技术， 减小一次齐爆药量； 3 在水塔顶部锥形大圆盘水箱倒塌范围内挖 减振沟，一方面减少由于触地引起的飞石，另一方面 降低水箱的触地振动； 4 布设爆破安全警戒线倾倒前方1 5 01 1 1 ，侧后 方各5 01 1 1 ，爆破前1 0m i n 该区域内的所有人员均必 须撤出。 4 ．2 爆破地震效应 水塔爆破地震效应主要考虑爆破地震是否会对 东南侧1 7m 处的砖结构平房构成影响。工程中，爆 破引起周围建筑物基础质点振动效应可以下式 表征⋯ y 婚后7 钢4 ㈣ 式中，y 为水塔爆破引起平房基础质点振动的速度， e m ／s ；Q 为本次水塔爆破中一段起爆的最大药量， 本次爆破中，M S 4 段一次齐爆孔数最多，为3 0 个， 最大药量Q 3 0 5 0g 1 ．5k g ；R 为民房离水塔 的距离，R 1 7m ；k ’为与爆破方法、爆破参数、地质、 地形有关的爆破场地修正系数，J j } O ．4 ；．j } 、a 为爆点 到计算保护对象之间的地形、地质条件有关的系数 和衰减指数，本次后 1 2 0 ，O t l - 7 6 。那么 V 0 ．4 1 2 0 f 主1 兰0 ．4e n v s 4 该值远小于爆破安全规程规定的一般砖房 建筑物爆破振动安全I 临界值3e m ／s ，所以本次爆破 振动效应不至影响东南侧平房的安全。 4 ．3 触地振动 水塔顶部锥形大圆盘水箱质量较大，倒塌后触地 振动大小与被坍塌体的质量、重心高度和触地点土层 的刚度有关。一般采用中国科学院工程力学所根据 工程实测数据提出的触地冲击振动公式进行计算【4 j K 0 ．0 8 斛6 7 5 式中，圪为爆破坍塌物冲击地面而引起的离坍塌处 Rr t l 的地表振动速度，e m ／s ；R 为测点离冲击触地点 的距离，本次爆破为水塔顶部水箱落地点与平房的 距离，R 约3 0m ；l 为冲击触地冲量，， 肘 2 H g 价， 肘为爆破坍塌物的质量，本次拟爆破水塔约8 2t ，日 为重心落差，为1 1 ．21 1 1 。 计算得K O ．6 7e m ／s ，该值远小于爆破安全 规程规定的一般砖房建筑物爆破振动安全临界值 3e m ／s ，所以本次爆破触地冲击不至影响东南侧平 房的安全。 5 爆破效果及分析 本次爆破于2 0 0 8 年1 0 月1 7 日下午3 点准时 起爆，点火起爆后，大约经过3s 之后开始向预定方 向沿厕所边线倒塌 图3 ，水塔钢筋砼储水筒重重 落在地上，未破碎，整个倒塌过程历时约5s ，周围建 筑物均未损坏，达到了设计的预期目的。 图3 水塔爆后效果图 参考文献 [ 1 ] 庙延钢，张智宇，栾龙发，等．特种爆破[ M ] ．北京冶 金工业出版社，2 0 0 4 ． [ 2 ] 朱忠节，何广沂．岩石爆破新技术[ M ] ．北京中国铁 道出版社，1 9 8 6 ． [ 3 ] 郑德明，余德运，曹跃，等．合肥1 7 层高楼原地坍塌 拆除爆破[ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 1 4 8 - 5 1 ． [ 4 ] 刘殿中．工程爆破使用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． 万方数据