永济市热电厂三座特殊结构冷却塔爆破拆除.pdf

第 31 卷 第 3 期 2014 年 9 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 3  Sep. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 03. 022 永济市热电厂三座特殊结构冷却塔爆破拆除 卢子冬， 张世平， 张昌锁 （太原理工大学， 太原 030024） 摘 要 介绍了永济市 “上大压小” 热电联产拆除工程中， 在周围环境复杂的情况下， 运用定向爆破技术拆 除两座薄壁预制板拼接冷却塔和一座高支腿外循环冷却塔。针对薄壁拼接冷却塔自重小、 结构单薄以及高 支腿冷却塔重心高等特点， 利用机械预拆除阶梯状大减荷槽、 开设定向窗、 环梁切口等措施， 采用毫秒延期起 爆和簇联接力复式网路， 以及各种主动、 被动安全防护， 使爆破达到安全、 经济、 合理的目标。应用上述技术 要点， 成功拆除了三座特殊结构冷却塔。在复杂环境下特殊结构构筑物的爆破拆除工程中， 做好试爆、 预拆 除环梁切口、 减荷槽等工作对工程质量控制至关重要。 关键词 冷却塔；定向倾倒；爆破切口；参数设计；安全防护 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 03 -0114 -04 Explosive Demolition of Three Cooling Towers with Special Construction in Yongji LU Zi-dong， ZHANG Shi-ping， ZHANG Chang-suo （Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China） Abstract Two thin-wall prefabricated panel jointed cooling towers and a high legs cooling tower were demol- ished by directional collapsing blasting in Yongji power plant demolition engineering. The cooling towers were weight and thin， with high legs and complex environment. Many measures were applied， such as cutting the stair-stepping slot holes， excavating the directional windows and destroying the ring beams were taken. The delay initiation network， cross connection with group unit and enhanced protective measures were designed to keep safe， economic and reason- able. The techniques above were used to demolish three special construction cooling towers successfully. A conclusion was drawn that test explosion， cuts of ring beams and slot holes played very important role in the quality of demolition engineering. Key words cooling tower；directional collapse；blasting cut；parameter design；safety protection 收稿日期 2014 -04 -05 作者简介 卢子冬 （1990 - ） ， 男， 硕士， 从事爆破振动波理论与研究， （E-mail） 474332164 qq. com。 通讯作者 张世平 （1959 - ） ， 男， 副教授， 从事爆破振动波理论与研 究和锚杆无损检测研究，（E-mail） 2360925098 qq. com。 随着社会生产力的高速发展， 对电力系统提出 了新的要求， 电厂 “上大压小” 工程势在必行， 而近 几年来， 爆破拆除技术也越来越多的应用到了冷却 塔的拆除实践中去， 许多学者也在大型构筑物爆破 拆除领域做了很多研究 王永庆和汪龙都在复杂环 境下冷却塔爆破拆除方向做了研究 ［1， 2］； 杨朴和付 天杰分别研究了复合切口和竖向切缝对冷却塔倒塌 过程控制的重要性 ［3， 4］； 翟国锋提出了几点设计和 实践需要注意把握的关键问题 ［5］； 瞿家林则从安全 防护角度进行了一系列探讨 ［6］； 袁绍国和詹振锵利 用数值模拟技术对冷却塔拆除进行了模拟研 究 ［7， 8］。结合永济市 “上大压小” 热电联产项目工程 实际， 研究了两种不同规模、 且都十分特殊的双曲线 筒型冷却塔爆破拆除设计。 1 工程概况 山西省永济市热电厂 1、 2、 3冷却塔分别于上 世纪七、 八十年代修建并投产， 由于三座冷却塔距离 很近， 拟同时起爆。拆除爆破工程为电厂改建一期 工程， 周围需要保留的建、 构筑物较多， 1塔西南侧 10 m 即为厂房， 西侧 120 m 处为电厂运营厂房， 3 塔北侧30 m 即为电厂马路， 马路对面是电厂行政主 楼， 1、 2塔南面和 3东面紧邻村庄， 爆破环境较为 复杂。在 1、 2冷却塔北侧和 3冷却塔西侧有一块 较为平整的场地。爆区具体环境如图 1 所示。 图 1 爆区周围环境图 （单位 m） Fig. 1 Sketch of blasting surroundings （unit m） 1、 2冷却塔为同一规格， 均为双曲线内循环形 式， 其通风筒壁很薄， 为预制板装拼式结构， 预制板 构件中部厚度仅有 0. 2 m， 拼接处厚度约为0. 35 m； 两座冷却塔高度均为 70 m， 基础面直径 56. 6 m， 顶 部直径 30. 2 m， 通风口中间咽喉部直径 28. 2 m， 淋 水面积约为 1580 m2。环梁高度为 1. 9 m， 设内外两 层主筋； 下部为人字型支腿， 共 36 对， 由 8 根沿截面 四周分布的竖筋和 8 根箍筋浇注而成， 高度为 4. 5 m。这两座冷却塔结构比较单薄， 自重很轻， 支 腿相互独立支撑。 3冷却塔为双曲线外循环形式， 支腿高度达到 10 m， 底部直径51. 1 m， 顶部出口直径为31. 6 m， 咽 喉部直径 28. 4 m， 高度 70 m， 地下环形基础埋深 2. 4 m， 采用外部淋水。筒身为一次性混凝土浇筑 形成， 筒体厚度整体约为0. 4 m； 环梁高度为1. 9 m， 底部配 5 根 φ 28 钢筋， 上部配内外两层 14φ20 主 筋； 支腿为 X 型支腿， 共 36 对， 配 10 根沿截面四周 分布的竖筋和若干箍筋。3冷却塔底部 10 m 均被 外循环冷却系统包围。 2 爆破方案选择 在选择爆破方案时， 充分考虑到三座待拆冷却 塔各自的特殊结构形式， 考虑到安全性、 经济性、 可 操作性等多方面的原则， 拟设计采用部分特殊的爆 破施工工艺。 考虑到周边复杂的工程环境和后期清渣工程的 方便， 在场地条件允许的情况下选择了更为稳妥的 定向倒塌爆破拆除方案。由于三座冷却塔自身结构 均无缺陷， 对倒塌方向没有影响， 所以主要根据周围 环境条件来确定三座冷却塔的倒塌方向。根据现场 环境， 三座冷却塔倒塌方向均比较明确 1、 2冷却 塔朝正北向倾倒， 3冷却塔朝正西方向倒塌。 3 爆破参数设计 3. 1 爆破切口设计 根据以往爆破拆除冷却塔的经验， 爆破切口由 支腿、 环梁和筒身三部分组成。 3. 1. 1 爆破切口高度 考虑到 1、 2两座冷却塔均为薄壁构造， 其自重 较小， 倒塌倾覆力矩也较小， 为使冷却塔顺利倒塌且 落地解体充分， 拟使切口高度 H≥13 m。实际施工 中， 支腿高度 h14. 5 m， 环梁高度 h21. 9 m， 筒身 上机械预拆除的最大高度为 h3 7 m， 总切口高度 为 H 13. 4 m。1、 2冷却塔切口如图 2 所示。 图 2 1、 2冷却塔切口示意图 （单位 m） Fig. 2 Blasting cut of 1， 2cooling towers （unit m） 筒身机械预拆除九个减荷槽， 由于预制板拼接 结构很难形成特定形状的切口， 所以让减荷槽高度 呈阶梯分布， 以倒塌中心线为轴对称分布， 中间高度 为 7 m， 依次递减， 到两端时高度为 2 m。环梁开七 511第 31 卷 第 3 期 卢子冬， 张世平， 张昌锁 永济市热电厂三座特殊结构冷却塔爆破拆除 个宽度约1. 5 m 的切口， 考虑到结构整体的稳定性， 仅在倒塌方向线和最两端环梁处采用机械破口， 其 余四个切口分布两边， 在冷却塔倒塌时， 采用爆破手 段切断环梁。 3冷却塔由 X 型支腿支撑， 结构稳定性较好。 其中， 支腿高度 h110 m， 环梁高度 h2 1. 9 m， 筒 身上机械预拆除最大高度为 h3 5. 5 m， 总切口高 度为 H 17. 4 m。3冷却塔切口如图 3 所示。 图 3 3冷却塔切口示意图 （单位 m） Fig. 3 Blasting cut of 3cooling tower （unit m） 预拆除减荷槽宽度确定为 3 m， 中间 3 个减荷槽 高度适当提高， 两侧开三角形切口。缺口范围内保留 的支撑宽度均为4.8 m， 确保预留支撑体面积在总面 积60豫以上， 减荷槽缺口以倒塌中心线对称分布。 3. 1. 2 爆破切口圆心角 理论上来说， 冷却塔爆破切口圆心角取值应该 在 200 耀240之间， 考虑到工程实际， 确保爆破定 向效果的同时， 尽量节约施工成本， 选取圆心角为 210， 即拆除 21 对人字型支腿或 X 型支腿。 切口部位的圆周长度 L 分别为 L1 L2 102 m， L397. 5 m。 3. 2 爆破参数 3. 2. 1 环梁爆破参数 三座冷却塔中， 仅在 1、 2冷却塔上有 4 处切口 采用爆破打断。采用水平钻孔， 布置五排炮孔， 每排 五个， 间距为 a 0. 3 m， 排距 b 0. 3 m， 上下抵抗线 长度均为 W 0. 2 m。 炮孔孔径为 D 40 mm， 壁厚上下由 0. 4 m 变化 至0.65 m， 孔深L 0.7B， 即最上排孔孔深为0.28 m， 最下排孔孔深 0. 45 m， 中间三排递增变化。 环梁单位炸药消耗量选取 q 2 kg/ m3， 根据公 式计算和工程经验， 决定靠上三排炮孔装药 Q1 75 g， 靠下面的两排炮孔装药 Q2100 g。 3. 2. 2 支腿爆破参数 1、 2冷却塔为人字型支腿， 高度为 4. 5 m， 支腿 截面为正八边形， 最大宽度0.4 m； 3冷却塔为X 型支 腿， 高度为10 m， 支腿截面为正四边形， 宽度0.45 m。 支腿均采用上下布孔， 人字型支腿上部布置 4 个 炮孔， 下部布置5 个炮孔， 间距 a 0.3 m； X 型支腿上 部布置5 个炮孔， 下部布置9 个炮孔， 间距为0.4 m。 炮孔深度为 L 0. 7B， 则 L人 0. 28 m， LX 0. 32 m。 单位炸药消耗量依然选取 q 2 kg/ m3； 则单孔 装药量根据公式 Q qaS， 结合试爆结构和经 验， 决定两类支腿每个炮孔装药均为 100 g。 3. 3 起爆网路 炸药采用乳化炸药， 雷管选用 1、 3、 5 段 3 m 脚 线的导爆管雷管。爆破缺口网路采用非电导爆雷管 微差延期网路， 以倒塌方向为对称中心， 向两侧依次 为 中间 7 对支腿用 MS1 段， 两边各 8 对支腿用 MS3 段， 最外各 6 对支腿采用 MS5 段。 网络连接采用簇联接力复式网络， 就近将每 10 耀20发导爆管雷管构成一簇， 用 2 发 MS1 导爆管 接力雷管引爆， 所有接力雷管采用连接四通组成双 闭合回路， 激发笔远程激发起爆。 4 爆破安全技术措施 冷却塔定向爆破拆除的安全问题主要出在三个 方面 一是炸药爆炸振动； 二是冷却塔落地振动； 三 是飞石。经鉴定， 周围民房确实存在老化问题， 且爆 破地点距离电厂运行的工作大楼较近， 所以针对这 三点存在安全隐患的环节， 分别采取了几项安全技 术措施， 力求将安全隐患减至最小， 甚至彻底排除。 4. 1 挖设减震沟 （1） 爆破振动速度核算 建筑物或构筑物的爆破震动安全性应满足安全 震动速度的要求， 根据下式计算爆破振动为 ［9， 10］ Vb KK＇ Q1/3  R α 式中 Vb为质点振动速度， cm/ s； K 与介质性质、 爆 破方式、 爆破条件等因素有关的系数， 取 150； K＇为 修正系数， 取 0. 25； Q 为最大一段药量， 取 34 kg； R 为保护物距离被保护物的距离， 根据现场实际情况， 611爆 破 2014 年 9 月 取65 m； α 是与传播途径等因素有关的系数， 取1. 8。 经计算， 最近保护建筑振动为 Vb 1. 87 cm/ s， 小于 临界振动速度， 因此周围建筑物和构筑物不会因爆 破振动而损坏。 （2） 触地振动计算 根据公式 Vt Kt R （MgH/ σ） 1/3 β 式中 Vt为筒体触地引起的地面质点振速， cm/ s； MgH 为触地冲量， M 为倒地的建筑物质量， 取值为 2500 t， g 为重力加速度， 9. 8 m/ s2， H 为建筑物重心高度， 取 28 m； Kt为衰减参数， 取 1. 12； β 为衰减参数， 取 -1.66； R 为触地边缘至被保护目标的距离， 取 65 m； σ 为冷却塔爆破后解体构件混凝土破坏强度， ， 包含 地面介质破坏的折合强度， 以混凝土结构破坏为主一 般取值10 MPa。经计算 Vt0. 73 cm/ s， 小于临界振 动速度， 可确保安全。 尽管理论上振动不存在安全隐患， 但为了确保 工程安全万无一失， 防止炸药爆炸和筒体落地引起 的振动对建筑造成危害， 仍在现场周围挖设数条减 震沟。沿有村庄的两侧， 人工开挖净深 5 m 的减震 沟各一条， 保证建筑物不受损毁。 4. 2 主动覆盖炮孔 支腿上和环梁炮孔处均采用主动防护 支腿上 采用两层草帘和一层钢丝锁网缠绕防护， 环梁爆破 切口处采用草帘和皮带覆盖防护。因需要保证支腿 爆破质量， 支腿炮孔装药量较大， 为防止飞石太多， 利用机械在冷却塔周围围起 1. 8 m 的土堆， 在途径 中阻落飞石。见图 4。 图 4 现场防护和减荷槽图 Fig. 4 Safeguard and incisions on site 5 爆破效果 2013 年 9 月 29 日上午 9 点 59 分， 三座冷却塔 连同厂区另一侧的两座冷却塔和场内一座 150 m 烟 囱同时实施起爆。爆破效果良好， 完全按照预定方 向倾倒， 塔体粉碎彻底， 没有后坐， 飞石很少， 村庄内 震感不大， 没有造成房屋倒塌和财产损失， 也未影响 到电厂的正常生产。下图 6 分别为 2、 3倾倒图， 1 爆后效果图， 3爆后效果图。 图 5 爆破效果图 Fig. 5 Blasting effect 6 几点体会 永济 “上大压小” 热电联产爆破拆除项目共拆 除 5 座 70 m 的冷却塔和 1 座150 m 烟囱， 爆破仅使 用炸药 456 kg， 钻孔 3200 个， 顺发雷管 4000 枚， 保 证安全的同时， 做到了精确设计、 精准施工， 不浪费 一发雷管、 一卷炸药。成功的爆破效果给予如下启 示 （1） 对于年代久远的构筑物， 混凝土风化程度 和钢筋锈蚀程度不确定， 试爆工作十分有必要， 通过 试爆确定不同部位的强度等级， 合理选择爆破参数， 方能达到合理、 安全、 经济的效果。 （2） 大型双曲线混凝土冷却塔在爆破过程中， 要保证筒壁发生扭曲， 才能达到最佳的爆破效果， 所 以合理选择和布置环梁切口的数量和位置非常 重要。 （下转第 131 页） 711第 31 卷 第 3 期 卢子冬， 张世平， 张昌锁 永济市热电厂三座特殊结构冷却塔爆破拆除 12 （1） 95-97. ［7］ LIU Yu-xing. 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