国内冷却塔拆除爆破设计综述.pdf
第2 9 卷第2 期 2 0 1 2 年6 月 爆破 B L A S T 矾G V 0 1 .2 9 N o .2 J u n .2 0 1 2 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 2 .0 2 .0 1 8 国内冷却塔拆除爆破设计综述 高文乐1 , 2 ,葛家才1 , 2 ,柳姬3 ,黄1 , 2 孔祥洋1 ’2 1 .山东科技大学土木建筑学院.青岛2 6 6 5 1 0 ;2 .山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室。青岛2 6 6 5 1 0 ; 3 .山西塑州大恒煤业有限公司,朔州0 3 6 8 0 0 摘要统计了几十座国内冷却塔的爆破拆除的案例,结合这些工程案例和以往的工程经验,归纳了冷却 塔爆破拆除的特点和选择合理的爆破切口、爆破参数、起爆网路及振动控制的方法,最后总结了冷却塔在爆 破切口、预拆除处理以及安全防护方面的内容。 关键词冷却塔;爆破拆除;参数设计;施工措施 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 1 2 0 1 2 0 2 - 0 0 6 7 0 5 R e v i e wo fD o m e s t i cD e m o l i t i o nB l a s t i n gD e s i g no fC o o l i n gT o w e r s G A OW e n .如1 ’,G E 胁.c a i l ”,L I U 五3 ,H U A N G B 0 1 ”,K O N G X i a n g - y a n 9 1 2 1 .C o l l e g eo fA r c h i t e c t u r ea n dC i v i lE n g i n e e r i n g ,S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ,Q i n g d a o2 6 6 5 1 0 ,C h i n a ;2 .S h a n d o n gP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r yo fC i v i l E n g i n e e r i n gD i s a s t e rP r e v e n t i o na n dM i t i g a t i o n ,S D U S T ,Q i n g d a o2 6 6 51 0 ,C h i n a ;3 .S h a n x i S u z h o uD a h e n gC o a lI n d u s t r yC o m p a n yL i m i t e d ,S u z h o n0 3 6 8 0 0 ,C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h es t a t i s t i c a l l yd a t ao fd o z e n sc a №o fd o m e s t i ce x p l o s i v ed e m o l i t i o no fc o o l i n gt O W e l “ .c o m b i n e dw i t ht h ep r e v i o u se x p e r i e n c ei np m j e c t B ,t h ee h a r a e t o r i s t i o so fe x p l o s i v ed e m o l i t i o no fc ∞峨t o w e rw a ss u m - m 目测,t h er a t i o n a lc h o i c eo fb l a s tc u t .t h eb l a s t i n gp a r a m e t e m ,d e t o n a t i n gn e t w o r ka n dt h em e t h o do f v i b r a t i o nC O I l a 0 1 .F i n a l l y ,t h eU 咖c u t 。p r e t r e a t i n ga n ds a f e t yp r o t e c t i o no fc o o l i n gt o w e rd e m o f i f i o nw e r oc o n c l u d e d . K e yw o r d s c o o l i n gt o w e r ;e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ;p a m m e t e rd ∞i 印;c o n s t r u c t i o nI n e a s ∞ 国家“十一五”规划纲要明确提出了节能和减 排2 个约束性目标,电力工业是节能减排的重点领 域之一,加快关停小火电机组对于节能减排具有十 分重要的意义。国内已成功地采用控制爆破的方法 安全高效的拆除了多座混凝土冷却塔,统计1 8 座冷 却塔爆破的实例,具体实例见表1 ,并参照以往的工 程经验,归纳了冷却塔爆破拆除的特点,切口、爆破 参数、安全控制以及爆破网路的设计方法,最后总结 了冷却塔在爆破切口、预拆除处理以及安全防护方 面的内容。 牧稿日期2 0 1 1 一∞一2 5 作者简介高文乐 1 9 6 6 一 ,男,教授、硬士。主要从事岩土力学和爆破安 全技术的教学与科研工作, E 一Ⅲm W 山伊D 1 6 3 .o m 。 1 冷却塔爆破拆除特点 通过对表1 冷却塔爆破案例的分析,发现冷却 塔爆破拆除具有以下特点- 7 J 1 冷却塔形状为双曲线圆筒形薄壁高大建筑 物,其直径下大上小,高细比在1 .1 8 ~2 .0 0 之间,重 心偏低,结构比较稳定,故冷却塔拆除应防止座而不 倒、塌而不碎,爆堆过高等难以处理的现象,所以爆 破采用较大的炸高,以期获得较大的触地冲量,使筒 壁充分解体,减少二次解体工作量。 2 冷却塔为薄壁钢筋混凝土结构,在爆破过 程中筒身易发生扭曲现象,而扭f H l 是其导致其顺利 坍塌的重要步骤及爆破成功的重要标志。 万方数据 6 8爆破2 0 1 2 年6 月 l卓新发电厂4阜新矿院 2 0 0 2 1 2 5 甜0 04 60 0 2 65 0 梯形2 2 .0 07 2087 02 2 5 2 陕西略酊发电厂t 广东宏大,西北电力4 建2 ∞5 一1 1 1 7 蹦∞胡.拍3 85 0 正梯形1 1 3 .0 01 2 9 .01 3 .3 02 1 6 3 北京燕山化工厂l北京华昌爆破公司2 0 0 4 1 1 一儿5 0 ∞3 3 .∞2 0 .5 0 三角形0 .0 07 001 21 1 0 4 山东高密热电厂2山东科大、潍坊光泽2 ∞6 一1 1 2 46 12 54 9 .7 82 71 8 简化型H .0B ,6 02 1 0 5 西安大唐灞桥电厂l陕两爆协 2 0 0 7 1 3 05 00 0 4 00 02 1 .柏 6 内蒙古乌拉山电厂2包头宏走爆破公司2 唧一4 2 06 0 J O5 08 0正梯形船.∞9 1 .6 2 1 0 7 山东黄台火力电厂2济南黄河辱破公司2 0 0 9 3 2 27 0 .1 55 9 .0 43 0 .1 4 倒梯形1 0 0G O1 2 ∞甜0 S 淮北大唐发电厂2淮北爆破所2 0 0 7 6 2 2 6 90 0 5 65 73 00 0 正梯形1 0 6 .G O1 1 6 .0 5 .印 9 平顶山鸿舟发电厂l焦作矿院 2 0 0 7 6 2 98 50 06 6 帅3 9 加复合型 2 1 6 l O 太原第二摘电厂3中铁三局2 1 X 1 4 1 2 1 87 0 ,1 55 9 .1 42 9 .4 0 正梯骺%.∞l ∞.01 3 .3 0 l l 山西河曲发电厂I内蒙古科技大擘 2 0 0 6 94 0 .0 02 6 .∞ 三角形 o0 04 401 l6 4 1 2 包头第二热电厂2包头宏大爆破公司3 ∞4 1 0 一加5 5 .0 05 0 1 02 60 0 正梯形2 0 ∞8 5 .01 0 ∞ 1 3 太原第一热电厂l中铁三局 1 9 9 7 5 2 8 柏∞3 0 ∞1 7 ∞三角形5 8 .∞7 8 .5l l ,饴 “青海市纂电厂 l 武汉爆破公司 2 0 0 9 8 - 2 46 9 鲫5 49 03 2 .5 6 翻梯形1 0 2 .嘶9 9 .1l O .8 02 4 0 1 5成都华能电厂 l 四川宏达爆破公司2 ∞9 4 9 1 0 6 .6 08 5 拈 简化墅78 02 2 1 1 6 连云港新海电厂2 解放军理l 大学2 0 0 9 1 0 3 11 1 0 .”B 7 .3 0 复台型 2 5 .0 02 2 5 1 7 浙江华能长兴电厂2 中国水利水电第1 2 工程局2 0 1 0 9 一1 6 9 00 0 复台塑1 5 .∞2 撕 1 8 广东茂名热电厂2掾圳市和利爆破公司 2 0 1 0 一3 1 21 2 32 0 9 07 05 5 .∞倒梯彤 2 1 6 07 80 03 6 .1 0 ”3 3 2 1 5 0l ”.0 05 9 .0 0 3 05 0 5 0 2 0 590 04 3 .9 031 2 2 ., 1 0 96 0 4 0 0 07 /5 62 0 /5 03 0 儿0 16 卯∞.0 03 6 .3 6 l5 3 05 l _ 7 56 9 .2 08印1 0 2 6 3 69 1 .8 03 4 ∞2 0 25 0 02 加.0 05 7 .9 01 74 55 0 27 0 01 9 0 .∞4 0 1 05 5 2 23 7 l0 5 03 6 .7 53 5 .0 0 1 25 6 1 28 22 0 89 0 .7 64 1 .1 02 0 14 4 91 1 2 .0 0 1 1 0 .0 05 0 1 5 0 .0 01 0 0 .∞8 /L 0 3 瑚4 0 0 .0 0 注表中高度指爆破多座冷却塔中商度最岛的1 座。 3 冷却塔爆破钻孔数量多,装药难度大,炮孔 深度浅、抵抗线小,爆破时容易产生飞石和空气冲击 波,因此必须控制最大一段的起爆药量,并加强飞石 防护,保证爆破振动不影响邻近建 构 筑物。 4 上部筒体在重力与支座反力形成的倾覆力 矩作用下失稳,扭曲变形、偏转而最终倒塌落地破 碎。此外。I d a h o u n d 等通过对冷却塔的非弹性分析 认为。冷却塔结构失稳首先从塔体喉部发生环向屈 服,产生变形,最终断裂倒塌。 2 爆破参数设计 2 .1 爆破切口 切口的设计直接关系到冷却塔能否顺利倒塌。 国内采用定向控制爆破技术拆除的冷却塔基本上采 用底部大爆破切口的设计,爆破切口的形状有正梯 形、倒梯形、三角形和复合型【8 。引。其中三角形爆破 切口只在少数冷却塔的爆破中被采用过。下面主要 介绍梯形爆破切口的计算方法 1 正梯形切口方案 正梯形切口具有使冷却塔倒塌顺利、便于施工、 有利于缩小倒塌距离的特点。这种切口面积比较 大,可以一次起爆或实现分段起爆,切口内的筒壁和 圈粱可以进行预切割,以减少一次起爆炸药量,正梯 形爆破切口的主要参数有切口高度日,切口长度£。 和厶。见图1 ,计算公式为 ,’ // h l h 2 h 3 ,L 1 { 也,乞 £7 J二 式中_ 1 1 .为人字支撑高度;h 为圈梁高度;h ,为筒体 爆破高度;£l 为切I I 底边长;厶为切I E I 上边长;L 为 厶处 冷却塔底部 周长;三7 为如处周长。 卜L 一 图1 正梯形切口示意图 F i g .1 S k e t c ho ft h et m p e 五u mc u t 2 倒梯形切口方案 倒梯形切口有利于塔体扭曲变形失稳,爆破切 口的参数同正梯形一样,只是上下切I I 长度厶和如 的计算方法发生了交换。见图2 。 图2 倒梯形切口示意图 F i g .2 S k e t c ho ft h ei n v e r s eb 叩杨啪c u t 3 复合型切口方案 复合形切口是指在圄梁以上简体上与底部人字 支撑分别设计了爆破切口,上部的爆破切口导致塔体 的扭曲失稳,而下部人字支撑爆破切口增加了整个爆 破切F I 的高度,中间的圈梁采用爆破或机械预拆破坏 其整体性。这种切口形式,切口高度较大,有利于冷 万方数据 第2 9 卷第2 期高文乐,葛家才,柳姬,等国内冷却塔拆除爆破设计综述 却塔倒塌解体,缩短了冷却塔的倒塌长度,减少一次 起爆炸药量。浙江华能长兴电厂、连云港新海电厂的 冷却塔爆破均采用此类型爆破切口。见图3 。 定向窗 倾倒中心线 图3 复合型切1 2 1 示意阻 瞻3S k e t c ho fc o m p o u n dc u t 窗 4 简化爆破切口方案 此方案只在人字柱上设置炮孔,塔壁上不设置 炮孔,采取预开定向窗,预处理部分塔壁板块,并且 切断预处理塔壁下方圈梁,圈梁可以采用爆破或机 械切割的方法处理;该方案的关键是合理设计简体 的预拆除窗口形状尺寸,保证预拆除后简体的整体 稳定和独立薄壁柱体在塔体倾倒触地时能溃屈和破 坏‘1 引。 成都华能电厂1 0 6 .6m 、昆明电厂7 0m 和山东 高密热电厂6 2m 高的冷却塔均采用此简化爆破切 口成功爆破。此类型爆破切1 2 1 可以减少打孔工程 量,节省工期,但需要理论计算拆除后简体的稳定性 和独立薄壁柱体的触地溃曲强度。 2 .2 爆破参数 根据炮孔参数设计原则,参数设计如下“ 1 最小抵抗线w 取切E l 处冷却塔壁厚的 1 /2 ,即W 1 /2 8 ,式中,艿为切口处冷却塔壁厚。 2 孔距d 1 .3 一1 .8 矽,或a 0 .9 0 .9 5 £;孔排距b 0 .8 5 0 .9 口;孔深L 0 .6 0 .7 6 。 3 单孔药量计算 Q . q a b 8 1 Q 2 , q t A 9 2 y 2 式中Q 为单孔装药量,k g ;q ,为单位剪切面积的耗 药量,g /m 2 ;叮为单位破碎体积的耗药量,g /m 3 ;f 为 炮孔定位系数,1 个临空面取1 .1 5 ,2 个临空面 1 .0 0 ,3 个临空面0 .8 5 ,4 个临空面0 .7 5 ;A 为剪切 面积,m 2 ;V 为爆破体积,1 1 1 3 ;6 为筒壁壁厚,m ;Ⅱ为 炮孔间距,m ;b 为炮孔排距,m ;q 为单位体积耗药 量,一般适当增加取7 0 0 1 2 0 0g /m 3 对于较低的人 字支柱,单耗适当增加取1 0 4 0 1 3 9 0g /m 3 ;圈梁单 耗取1 6 0 0 1 9 0 0g /m 3 。综合比较式 1 、式 2 的 值,选取单孔装药量Q 。 3 爆破安全控制 冷却塔爆破安全控制有3 方面一是冷却塔的 爆破振动和触地振动,二是爆破个别飞散物,三是爆 破空气冲击波。 3 .1 振动控制 1 装药爆炸引起的垂直振动速度公式为 V K ’K /Q /R 4 3 式中l ,为垂直振动速度,c n w s ;置、口为与地形、地质 有关的系数,取K 3 3 .6 、d 1 .6 ;K ’为拆除爆破衰 减系数,取0 .2 5 ;Q 为单响最大药量;R 为测点到爆 源的距离。 2 冷却塔倒塌落地冲击振动速度计算公 式‘1 引 E K , E R /物而] 9 4 式中K 为塌落引起的地面振动速度,c m /s ;M 为下 落构件质量;g 是重力加速度,9 .8m /s 2 ;抒为构件的 高度;尺为测点到冲击地面的距离;盯为地面介质的 破坏强度,一般取1 0M P a ;K 、卢分别为塌落振动衰 减系数和指数。 3 .2 爆破个别飞散物控制 根据l u n d b o r g 统计规律,和工程实践经验,爆破 飞石距离计算公式为‘幡订j 冠删 K r q D 5 L 7 1 q 0 .努 6 式中R 胁I 和L 均指爆破飞石距离;K ,是与爆破方 式、填塞长度、地质条件有关的系数,K , 1 .0 1 .5 ; q 为炸药单耗,k g /m 3 ;D 为药孔直径;髟为安全系数 一般取1 .2 1 .5 ;1 1 7 为最大药包的最小抵抗线;,I 为 爆破作用指数。综合式 5 、式 6 ,预估计最远的 飞石距离。 3 .3 爆破空气冲击波 冷却塔采用多点分散装药,单孔装药量不大,采 取良好堵塞和覆盖的做法,空气冲击波即可降低到允 许范围内。若爆破周围有重要建筑物需要保护可参 考以下措施①在爆破区域或被保护物附近构筑阻 波墙8 1 ;②架设防护排架,排架可采用木柱或竹竿作 支架,用草帘、荆笆等做覆盖物架设成防护排架。 4 起爆网路设计 起爆网路必须保证每个药包能够按设计的起爆 顺序和预定的延时全部准爆,因此爆破网路设计应 注意以下几点 万方数据 爆破2 0 1 2 年6 月 1 由于冷却塔爆破面积大、孔多,采用电爆网路 需要电源的能量大,很难满足,再加上杂散电流、感应 电流,射频电流的影响,应采用非电起爆系统。经验证 导爆索导爆管雷管簇并联起爆网路可靠度最高9 。。 2 起爆网路一般采用“大把抓”和“四连通” 的设计方法,导爆管雷管用四连通和导爆管连成闭 合回路。为避免损坏起爆网路,导爆管连接从爆破 缺口两端开始,逐渐至爆破缺口中心。且随连随查。 5 结语 通过对冷却塔爆破拆除分析,并结合工程的实 践经验,总结了冷却塔在爆破切口、预拆除处理以及 安全防护方面的内容,如下 1 爆破切口方面 1 冷却塔爆破切口是指由筒壁、圈梁、人字柱及 其他组成的一个整体切口,工程上多数采用2 1 0o ~ 2 4 0 。的开口角,切口高度一般为8 ~2 0m 。 2 由于筒体底部切E l 大,相对倒梯形爆破切 口,采用正梯形切E l 爆破的冷却塔后座的可能性大, 故百米以上冷却塔不建议采用正梯形爆破切口。广 东茂名热电厂1 2 3 .2m 高冷却塔采用倒梯形爆破切 口成功爆破。 3 随着冷却塔爆破高度的不断增高,采用复合 型切口和简化切口爆破的冷却塔越来越多,这2 种 形式的爆破切口均能减少打眼工程量,加快施工进 度,在以后的冷却塔爆破中值得借鉴。 2 预拆除处理方面 为了确保倒塌效果,一般将塔内部结构进行机 械预拆除处理,比如淋水平台、立柱、提水井、导水槽 等,同时将爆渣运出塔体,以防影响塔体倒塌;同时 在塔壁上采用“预开定向窗,预处理部分塔壁板块、 预留部分塔体支撑板块爆破或利用触地溃曲使其破 坏”的方案,此方案经多次爆破验证,效果良好,可 推广使用。浙江华能长兴9 0m 、连云港新海电厂 1 1 0m 和成都华能电厂1 0 6 .6 样m 高冷却塔均采用 此预处理方案成功爆破。 3 安全防护方面 1 考虑飞石效应和扭转效应的因素,推荐冷却 塔倾倒正前方的距离至少为 1 .0 1 .1 H ,倒塌横 向宽度 1 .2 1 .5 D ,其中日为冷却塔高度,D 为冷 却塔底部直径。 2 爆破前用水枪将防护的草帘淋湿和安排洒水降 尘和冲洗地面,爆破后对粉尘采用水枪喷水降尘,不仅 能加强防护,还能有效地减小爆破引起的烟尘,而且方 法简单,在以后的爆破作业中应该推广应用。 3 大量工程实践证明,冷却塔触地时引起的地 表振动会大于爆破时产生的振动,所以首先应加强 触地冲击防护,措施有①在建筑物触地部位铺设炉 渣、松散砂土等缓冲材料;②在有需要保护的建筑物 的一侧开挖减震沟或修筑减震墙;③对冷却塔最先 着地的部位预开减荷窗,使冷却塔触地的破坏的形 式为柔性破坏,降低触地震动;④对于爆破产生的振 动,可采用延时爆破技术,以毫秒级的时间间隔分批 起爆装药和减少最大一段的装药量。 4 个别飞散物的防护是冷却塔爆破安全控制 的重点[ 2 0 .2 1 1 ,主要防护措施有3 个一是爆破部位 覆盖防护,二是地面保护防触地飞溅,三是空中防护 架设排架。具体施工时可参考以下几点①爆破部 位覆盖草袋、棉被,即采用柔性和比重大的材料最 好;②爆破切口前架设铁丝网、悬挂草帘进行隔离防 护,并对保护区范围内靠近爆破区域的门窗、玻璃、 露天设备使用草帘遮挡保护;③选用优质炮泥,提高 炮孔堵塞质量;④控制简体触地飞溅。爆前对冷却塔 倒塌范围内的碎渣进行清理,并通过铺设缓冲层减 小冲击或避免简体直接冲击地面。 [ 1 ] 孙悦光,张春玉.复杂环境下两座冷却塔爆破拆除 [ J ] .工程爆破,2 0 1 0 ,1 6 1 5 5 - 5 8 . 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D e m o l i t i o no fa l l8 5mh i g l lr e i n f o r c e dc o n c z c t ec o o l i n g “”晰u n d e rc o m p l e xc o n d i t i o n sb yc o n t r o l i e db l a s t i n g [ J ] .r n g i n e e f i n gB l a s t i n g ,2 0 0 7 ,1 3 3 5 0 - 5 2 . i I l C h i n e s e [ 4 ]王汉军,杨仁树.薄壁结构双曲线冷却塔的定向爆破 拆除技术[ J ] .煤炭科学技术,2 0 0 6 ,3 4 7 3 6 .4 0 . [ 4 ] W A N GH a n - j u n ,Y A N GR e n - s h u .T h et e c h n o l o g yo fd i - r e c t i o n a lb h s t md e m o l i t i o n0 ft h i n - w a l l e ds t r u c t l L r eo f h y p e r b o f i ec o o l i n gt o w e r s [ J ] .C o a lS c i e n c ea n dT e c h n o l - o g y ,2 0 0 6 ,3 4 7 3 6 4 0 . i nC h i n e s e 万方数据 第2 9 卷第2 期高文乐,葛家才,柳姬,等国内冷却塔拆除爆破设计综述 7 1 [ 5 ] 林凯,潘强,李波,等.大直径双曲钢筋混凝土 冷却塔爆破拆除[ J ] .工程爆破,2 0 1 1 ,1 7 1 6 1 6 4 . 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