两座60m砖烟囱定向爆破拆除及结果分析.pdf

第3 0 卷第3 期 2 0 1 3 年9 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 0 N o ．3 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 2 0 两座6 0m 砖烟囱定向爆破拆除及结果分析 杨阳，李清 中国矿业大学 北京 力学与建筑工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要临沧市两座6 0m 砖烟囱的爆破拆除因多方面原因采用了两种方案，这两种方案除切口位置不同 外，其余爆破参数保持一致一号烟囱爆破切口布于底部 o ．7m ，向北偏西5 1 0 倾倒，对支撑部位的出灰1 7 砖砌封堵；二号烟囱爆破切1 7 布于底部 1 ．5m ，避开了底部烟道口、出灰口对烟囱定向倾倒的影响。两座烟 囱的爆破效果大相径庭，一号烟囱因出灰口的影响偏离设计方向约3 0 0 ，二号烟囱则按设计方向倾倒。通过 对比两座烟囱的倒塌，分析烟囱发生偏移的原因，确定砖烟囱较合适的切口圆心角范围，强调爆破前预处理 工作的重要性，并为以后类似的工程实例提供参考。 关键词烟囱；砖结构；定向倒塌；拆除爆破 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 I 一4 8 7 X 2 0 1 3J 0 3 0 0 9 1 0 5 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 fT w o6 0m H i g h B r i c kC h i m n e y sa n di t sA n a l y s i s Y A N Gy a n g ，L IQ i 增 S c h o o lo fM e c h a n i c sa n dC i v i lE n g i n e e r i n g ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，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 T w oe x p l o s i v ed e m o l i t i o ns c h e m e sw e r ed e s i g n e dt od e m o l i s ht w o6 0 mc h i m n e y si nL i n c a n g ．T h e b l a s tp a r a m e t e r so ft w os c h e m e sa 托b a s i c a l l yt h es a l l l ee x c e p tf o rt h eb l a s tc u ts i t e t h ec u to fc h i m n e yN o ．1W a sl o - c a t e df r o mt h eb o t t o mt ot o p0 ．7m ，a n dt h ec h i m n e yd u m p e dt on o f l hb yw e s to f51o ，a n dt h ea s ho u t l e to fs u p p o r t - i n gp a r tW a ss e a l e dw i t hb r i c k s ．T h ec u to fc h i m n e yN o ．2W a sl o c a t e df r o mt h eb o t t o mt ot o p1 ．5m ，a v o i d i n gt h e e f f e c t o ff l u eo u t l e ta n da s ho u t l e to nd i r e c t i o n a lc o H a p s eo ft h ec h i m n e y ．I nf a c t ，t h eb l a s t i n ge f f e c to ft h et w oc h i m - n e y sw e r ev e r yd i f f e r e n t ，t h ec o H a p s ed i r e c t i o no fc h i m n e yN o ．1d e v i a t e da b o u t3 0 。f r o mt h ed e s i g n e dd i r e c t i o n ， w h i l et h ec o l l a p s ed i r e c t i o no fN o ．2c h i m n e yk e e pt h es a n l ca st h ed e s i g nd i r e c t i o n ．B yc o m p a r i s o no ft h ec o H a p s eo f t w oc h i m n e y s ，t h ea p p r o p r i a t er a n g eo fb r i c kc h i m n e yi n c i s i o na n g l eW a sd e t e r m i n e da n dt h eb l a s t i n gp r e t r e a t m e n t s h o u l db ep a i dg r e a ta t e n f i o ni ne x p l o s i o nd e m o l i t i o np r o j e c t ． K e yw o r d s c h i m n e y ；b r i c ks t r u c t u r a l ；d i r e c t i o n a lc o l l a p s i n g ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n 1 工程概况 1 ．1 周边环境 为配合临沧市2 0 11 年保障性住房工程建设，将 位于临翔区内临沧市红砖厂的2 座烟囱进行爆破拆 收稿日期2 0 1 3 0 4 1 3 作者简介杨阳 1 9 8 8 一 ，男，博士研究生，工程爆破与安全， E m a i l 5 1 9 4 8 5 2 3 7 q q ．o o m 。 通讯作者李清 1 9 6 9 一 ，男，教授、博士，现从事爆破工程及土木 工程方面的研究， E m a i l l i q c u m t b ．e d u ．c a 。 除。其中1 号烟囱距离砖瓦厂大门1 1 6m ，距离大 门西南侧最近待拆废弃民房8 1m ，距离忙令七村边 界近端民房1 6 5m 、远端2 6 4m ；2 号烟囱距离东北 侧工棚4 4m ，1 1 0k V 高压线1 0 1m ，北侧为待拆废 弃工棚。待拆烟囱周围环境详见图1 。 1 ．2 烟囱结构 待拆除两烟囱均为砖砌结构，高度及外筒直径 尺寸较为接近。其主要结构参数如下高度为 6 0m ，底圆直径4 ．5 8m ，烟囱相距2 6m ，外层壁厚为 万方数据 爆破 2 0 1 3 年9 月 6 2 0m m ，隔热层为5 0m m ，内衬厚度为2 4 0m m ；烟囱 底部均有1 个烟道口和1 个出灰口。 a 砖瓦厂平面图 b 砖瓦厂炯囱照片 图】待拆烟囱周边环境示意图 单位m F i g ．1 T h ed i a g r a mo fe n v i r o n m e n ts u r r o u n dt h e c h i m n e yt ob ed e m o l i s h e d u n i t m 2 爆破方案与设计 0 k V 压线 烟囱定向爆破倒塌的基本原理是通过切口爆 破，破坏烟囱的支撑点，使重心偏移，在爆破瞬间产 生倾覆力矩，使其失稳，沿指定方向倾倒，其关键技 术是确保定向准确，倾覆过程平稳，落地安全⋯。 由于烟囱横截面积小、高度大，属于长杆力学模型， 其倾覆过程中的下坐、后坐及其偏转，对其倾倒方向 及塌落范围的准确性影响很大，因此选择形状、大小 合理的爆破切口、定向窗，正确的爆破参数，精确的 爆破网路，均至关重要[ 2 ] 。 2 ．1 爆破方案的确定 根据现场了解的烟囱高度、结构尺寸资料及周 围环境情况和业主方对爆破施工的安全要求，选择 爆破方案如下 1 号烟囱方案切1 3 布于底部 0 ．7m ，向北偏 西5 l 。倾倒，对底部不在切口范围内的出灰口用砖 砌进行封堵，从而提高底部保留部分整体强度。 2 号烟囱方案切口布于底部 1 ．5m ，向北偏 西5 1 。倾倒。 2 ．2 爆破切口设计 1 切口形状与位置。为严格控制烟囱的倒塌 方向，防止后坐，本工程两烟囱均采用正梯形缺口， 切口形式见图2 。1 号烟囱爆破切口布于底部 0 ．7m 处，优点是施工方便，飞石易于防护，但由 于底部有1 个烟道口和出灰口，必须在预处理中将 不在切口范围内的出灰口用砖砌进行封堵；2 号烟 囱爆破切E l 布于底部 1 ．5m ，从而避开了底部烟道 E l 、出灰口对烟囱定向倾倒过程中保留支撑体结构 对称性的影响。 a 切口示意图 b 切口照片 图2 烟囱爆破切口形式示意图 F i g ．2 T h ed i a g r a mo fb l a s t i n gc u tf o r mo nt h ec h i m n e y 2 切口圆心角。切口圆心角直接决定切口展 开长度，而切口长度决定了倾覆力矩的大小，切口偏 长，倾覆力矩偏大，铰支易于破坏，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 面力矩 坛 应等于或稍大于预留支撑截面极限抗 弯矩 ％ 为主要判据来确定的[ 3 ] ，根据以往的工程 经验，本工程爆破切口对应的圆心角为2 0 7 。。烟囱 余留截面及爆破切口范围见图3 。 兰 万方数据 第3 0 卷第3 期杨阳，李清两座6 0m 砖烟囱定向爆破拆除及结果分析 9 3 图3 烟囱余留截面及爆破切口范围示意图 单位m F i g ．3 T h ed i a g r a mo ft h ec h i m n e yr e m a i n i n gs e c t i o n a n dt h es c o p eo fb l a s t i n gc u t u n i t m 3 切口高度。对砖砌烟囱而言，切口高度应 考虑切口形成后，切口上方筒体部分必须失稳，并且 使烟囱在倾倒至较大角度时，切口的上下沿才闭合 相撞，防止相撞时使倾倒方向发生偏离，同时还应使 其倾倒至爆破切口闭合时，重心位置偏移到切口标 高处筒壁范围以外【4J 。因此设计切口高度h 应满 足经验公式 ≥ 1 ．5 ～3 6 1 ．5 ～3 0 ．6 2 0 ．9 3 1 ．8 6 m 式中，8 为爆破切口部位烟囱壁厚。 实际爆破切口高度取1 ．5m 。 4 定向窗及定位窗。为了保证烟囱按预定方 向倾倒，在对称于倾倒轴线的切口中心开设矩形定 向窗，定向窗长高尺寸取1 ．0m 1 ．5m 左右。同时 为确保设计的保留支撑体不受切口区爆破的损伤， 提高支撑能力，并保证烟囱倾倒过程中对于设计倾 倒中心线的对称性，决定在烟囱倾倒爆破前预先在 俨计的爆破开口区内两端部预先开凿2 个定位窗， 定位窗为三角形，两直角边高为1 ．5m ，长为2m ，切 口开口角度为3 7 。。见图4 。 一气。一弋 ● * ] _ 卅；i ；；；I ’ ‘＼ 、影 2 ．52． 1 0 图4 爆破切口和炮孔布置展开示意图 单位m F i g ．4 T h ed i a g r a mo fb l a s t i n gc u ta n dh o l e a r r a n g e m e n t u n i t m 2 ．3 爆破参数设计 1 炮孔直径d 采用风动凿岩机钻孔，炮孔直 径取3 6m i l l o 2 最小抵抗线形取切口处烟囱壁厚的一半， 即W 8 ／2 0 ．3 1m 。 3 药孔孔深￡L 0 ．6 5 ～0 ．6 8 6 ，实际爆破 考虑外层及内衬同时爆破，取L 0 ．4m 。 4 药孔间距a a 0 ．8 ～0 ．9 5 L ，取0 ．3 5m 。 5 药孔排距b b a 。 6 单孔药量Q ， q a b ，取7 0g 。 式中，g 为单位炸药耗药量，查单位炸药消耗量相关 数据，取9 0 0g ／m 3 。 7 炮孔总数N 9 8 个。 8 总药量Q 总 N Q 。 6 8 6 0g 9 爆破参数计算结果，见表1 ，爆破切口炮孑L 布置情况，见图4 。 表1 爆破参数计算结果 T a b l e1 B a l s f i n gp a r a m e n t e r sc a l c u l a t i o nr e s u l t s 1 0 起爆网路设计。起爆网路采用非电复式 导爆管起爆网路。爆破缺口中心定向窗位置装药孔 使用M S l 普通毫秒延期导爆管雷管，剩余装药孔使 用M S 5 普通毫秒延期导爆管雷管，进行微差顺序起 爆；支路连接采用一把抓，以不超过2 0 根导爆管为 一组捆在一起，每个捆扎点用使用2 发瞬发导爆管 雷管接力；起爆端反向捆绑2 发瞬发电雷管进行起 爆，起爆网路示意图见图5 ，装药结构情况见图6 。 3 爆破效果及其分析 3 ．1 爆破效果 2 0 1 2 年3 月7 日实施爆破，2 座烟囱爆破效果 大相径庭1 号烟囱在切口区起爆后立即下坐，紧接 着切口区上方7I l l 范围内简体的迅速解体，通过目 测及录像回放可以发现，烟囱在起爆后是以相对较 慢的速度下坐，1 ．2S 后则加速下坐，1 ．8S 后开始倾 斜、发生后坐并出现扭转，3 ．6s 后在约4 0I l l 标高处 发生断裂，4 ．5S 顶部发生断裂，最终倒塌方向偏差 约3 0 。，由于四周比较空旷，并没有对周边造成任何 影响；2 号烟囱按设计方向倾倒，整个倾倒过程持续 了8 ．2S ，其中起爆后1 ．5S 烟囱开始倾倒运动， 2 ．5s 时烟囱1 ／2 处发生断裂，基本没有发生后坐， 爆破效果比较理想。烟囱倒塌过程见图7 。 万方数据 爆破 2 0 1 3 年9 月 图5非电复式导爆管起爆网路示意图 F i g ．5 T h ed i a g r a mo fnone l e c t r i cc o m p o s i t e d e t o n a t i n gt u b en e t w o r l a t 0 ．2S C t 3 ．6S e t 6 ．1S 管 填塞物 图6 爆破切口的装药结构示意图 F i g ．6 T h ed i a g r a mo fc h a r g es t r u c t u r e o fc u tb l a s t i n g b t 1 ．8S d t 4 ．5S 图7 烟囱倒塌过程 F i g ．7 T h ep r o c e s so fc h i m n e yc o l l a p s i n g f t 7 ．6S 万方数据 第3 0 卷第3 期 杨阳，李清两座6 0m 砖烟囱定向爆破拆除及结果分析 9 5 3 ．2 烟囱倾倒方向偏移分析 1 号烟囱和2 号烟囱在技术设计施工中只有切 口位置选择有所不同，但从以往的工程类比来看，仅 仅是切口位置的不同不足以造成如此迥然不同的爆 破效果，事后经过排查，1 号烟囱发生下坐及偏移的 主要原因是施工过程中出灰口封堵不全面导致的切 口圆心角扩大以及封堵较为仓促造成的砖砌封堵面 没有达到其应有的强度，因此在上部重力载荷不变 的情况下，这极大的削弱了支撑体的整体强度。 1 号烟囱在起爆后，爆破切口刚形成瞬间，支撑 部位在重力作用下受压且压应力分布较为均匀，但 由于支撑部位整体强度的下降导致支撑体瞬间达到 极限抗压强度，支撑部位瞬间碎裂，烟囱开始下坐。 切口闭合瞬间，由于上部烟囱在很短的时间内急剧 下降而获得很大的反方向加速度，进而在上部烟囱 和剩余保留体引起很大的作用力，从而导致上部烟 囱接触边缘发生解体和支撑部位的二次解体，同时 加速了烟囱空中断裂的发生。此后烟囱发生倾斜， 但由于接触面支撑体的不对称和不规则性，加之作 用力引起的冲击载荷对烟囱倾覆力矩的影响，使烟 囱倾倒方向发生较大的偏移H ’5 1 。见图7 。 3 ．3 空中断裂分析 1 号烟囱、2 号烟囱均在空中发生二次断裂，究 其原因，烟囱爆破后整体转动下落，当转动角度较大 时，绕根部转动的角速度增大，其惯性力的切向分量 也随着增大，因此横截面中的弯矩最大值也要增大， 当弯矩最大值所在截面上的最大拉应力达到强度极 限时，烟囱便在空中产生二次断裂。而1 号烟囱顶 部同时发生断裂，其原因可能有2 个 1 由烟囱的几何特征造成的，烟囱的顶部直 径较小，截面抵抗力也较小，结构的强度也较低，烟 囱倒塌转动时截面上的弯矩值极容易达到其强度界 限而出现断裂现象。 2 顶部风化、破损较重，结构强度比较低，爆 破后也容易出现断裂现象H 6J 。 4 结语 由于场地开阔，此次非预期的1 号烟囱实际爆 破效果并未造成不良影响，然而如果场地条件有限， 则极有可能对周边环境造成不同程度损害，因此在 以后类似的拆除工程中，务必重视预处理工作，尤其 是涉及到烟道口或者出灰口可能会影响剩余支撑部 位支撑强度时，必须保证封堵填充质量并仔细校核 保留支撑体的承载能力。假若无法对支撑体承载能 力做到定量分析，宜采取2 号烟囱爆破切口的布置 方式，适当提高爆破切口位置，避开烟道口及出灰口 对支撑部位的影响，此外，对于砖结构烟囱，切口圆 心角不宜过大，在保证不造成前冲危害的情况下，在 2 0 0 。一2 0 7 。圆心角取值范围内根据实际情况合理确 定参数，提高支撑体整体承载能力，进而确保工程爆 破质量。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 杨人光，史家育．建筑物爆破拆除[ M ] ．北京中国建 筑工业出版社，1 9 8 5 ． [ 2 ] 冯叔瑜，李毅，杨杰昌，等．城市控制爆破[ M ] ．北 京中国铁道出版社，1 9 8 7 ． [ 3 ]申玉三，张成良5 0m 高烟囱定向拆除爆破[ J ] ．爆 破，2 0 0 6 ，2 3 4 6 9 - 7 1 ． [ 3 ] S H E NY u s a n ，Z H A N GC h e n g l i a n g ．D e m o l i t i o n o fa 5 0 m h i g hc h i m n e yb yd i r e c t i o n a lc o n t r o U e db l a s t i n g [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 0 6 ，2 3 4 6 9 - 7 1 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 杨仁华，赵红玲．6 0 m 高厚壁砖烟囱定向爆破拆除 [ J ] ．爆破，2 0 0 0 ，1 7 3 6 5 - 6 9 ． [ 4 ] Y A N GR e n h u a ，Z H A OH o n g h n g ．D e m o l i t i o no f6 0m - h i g hb r i c kc h i m n e yb 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 0 0 ，1 7 3 6 5 - 6 9 ． i nC h i n e s e [ 5 ] 傅志峰，李红杰．7 0 m 砖烟囱定向爆破拆除及结果分 析[ J ] ．工程爆破，2 0 0 1 ，7 4 4 0 4 2 ． [ 5 ] F UZ h i - f e n g ，L IH o n g - j i e ．D e m o l i t i o no fab r i c k - s t r u c t u r - a lc h i m n e yw i t hah e i g h to f7 0m e t e r sb yd i r e c t i o n a lb i a s t i n ga n da n a l y s i so nb l a s t i n gr e s u l t [ J ] ．E n s i n e e r i n gB i a s t i n g ，2 0 0 1 ，7 4 4 0 4 2 ． i nC h i n e s e [ 6 ]王玉杰，曹跃，梁开水，等．苛刻条件下5 0 m 高砖混 烟囱的控制爆破[ J ] ．爆破，2 0 0 0 ，1 7 3 1 1 - 1 4 ． [ 6 ] W A N GY u - j i e ，C A OY u e ，L I A N GK a i - s h u i ．C o n t r o l l e d b l a s t i n go f a5 0mh i g hb r i c k c o n c r e t ec h i m n e yu n d e r h a r s hc o n d i t i o n s [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 0 ，1 7 3 1 1 - 1 4 ． i n C h i n e s e 万方数据