烟囱定向爆破切口设计与实践.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆，破 B L A S T 玎呵G V 0 1 ．2 9N o ．4 D e c ．2 0 1 2 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 l 一4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 9 烟囱定向爆破切口设计与实践 高振儒，张俊男，王松江 解放军理工大学工程兵工程学院，南京2 1 0 0 0 7 摘要爆破切口设计是决定烟囱定向爆破是否成功的关键，在复杂环境和安全要求很高的情况下，爆破 切口经验参数设计往往带有模糊性和不确定性，需要进行校核。主要从切口形式、角度、高度分析烟囱定向 爆破的理论依据。结合工程实例，对设计的爆破切口参数进行校核，并对倒塌过程进行模拟仿真。 关键词爆破切口；定向倾倒；烟囱 中图分类号7 r U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号 1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 2 0 4 0 0 8 0 0 3 B l a s tC u tD e s i g na n dP r a c t i c eo fC l l i m 肿yD i r e c t i o n a lB l a s t i n g G A O 孤e 凡删，Z 融J 7 、B 血n M n ，黝ⅣGs 0 增币n n g E n 百n e e r i n gI n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gC o r p s ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g yo fP I A ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t ‰b l a s tc u td e s i 印i sk e y t o t l I ed i 州i o n a lb l a s t 吨o f 出舳e y s ．I nc ∞1 p l 懿s l 脚砌n g sa n d l l i 出s a 脚 r e q u i r e I m n t ，t h ee H l p i r i c a lp 习啪n l e t e rd e s i g no fb l 幽tc u ti 8a l w a y sf h z z ra n du n c e 删n ，s o 讹c hn e e d st ob ec h e c k e d ．1 l l i s p a p e rm a i n l ya n a l y 盔e dt } l eb a 8 i st l l e o r y0 fc h i 啪e yd i r e c t i o n a lb l 船t i r l go nt h eb l 锄tc u ts h a p e ，a n d e “} 地i g h t ．o m 虹n e d w i 山e n 西n e e r i n gp r a c t i c e ，m e 胖哦唧越e r so fb l a s tc u tw 丛c h e c k e da n dt I l ec 0 Ⅱa P ∞胖D c e 黯w 酗s i m I l l 鼬e d ． 1 沁yw o r d s c h i m n e yb l a s t i n g ；b l a s tc u t ；d i r e c t i o n a lc o l l 印s e 随着社会的发展与进步，城市在扩建和改造中， 面临各种结构物的拆除。对于一些烟囱、水塔等高 耸结构物，其拆除难度大，操作危险，成为挡在城市 发展面前的一道障碍。对于烟囱的定向爆破拆除， 爆破切口设计至关重要，它决定了烟囱能否准确定 向倾倒⋯。从爆破切口分析烟囱爆破定向倾倒的 理论依据，结合工程实例，对所设计的爆破切口参数 进行校核，对倒塌过程进行模拟仿真等，为复杂条件 下烟囱定向爆破切口设计提供参考。 1 烟囱定向爆破切口设计依据 l 。l 切口形式 爆破切口是指在要爆破拆除的烟囱底部的某个 收稿日期2 0 1 2 一0 7 1 4 作者简介高振儒 1 9 7 l 一 ，男，工程师，硕士，从事地雷爆破工程研 究， E 一眦i l 弘0 0 5 e y a l l 吣c 锄．c n 。 部位，用爆破的方法炸出一个一定宽度和高度的缺 口。爆破切口的形式和参数是决定烟囱倒塌是否可 靠和施工是否方便的重要因素。烟囱的拆除中，选 择好适当的切口位置后，进行相应的力学分析，就可 求出切口的相关参数。 切口形状通常有矩形、梯形、倒梯形、正类梯形、 倒类梯形、V 型、V 型与矩形的组合型和倒V 型与矩 形的组合型。矩形切口的炮孔布置多，药量大，爆破 对支撑部位的影响大，同时，支撑底座形成应力集中 区，很容易发生压剪性破坏，对控制烟囱倒向十分不 利。最常用的是梯形和倒梯形切口，此类切口减少 了一定的布孔数目，对倒向的控制性也很好，是一种 较好的切口形式。 对于钢混结构烟囱，为保证切口爆破的效果，可 事先用爆破或人工、机械开设定向窗或定位槽心。 1 ．2 切口角度d 如图1 所示【3J ，要保证烟囱定向倾倒，必须满足 万方数据 第2 9 卷第4 期高振儒，张俊男，王松江烟囱定向爆破切口设计与实践 8 1 2 个条件一是切口截面的最大拉应力必须大于砌体 的极限抗拉强度，即点E 处的拉应力盯。一瓤。二是 切口截面的最大压应力必须小于砌体的极限抗压强 度，即A 、B 两点处的压应力盯。鼠。式中以。为砖 砌体的极限抗拉强度以为砖砌体的极限抗压强度。 ， 9打 N 一 ／ 蕊 |} E t F t ◇乎∥’ 。 卜 砖结构烟囱实现定向倾倒的切口角度大小的数 半一警巩 1 ，A ’”‘ 、⋯ ．．f 掣 警≤厶∽们’ 且{．f，1 叫一⋯“ I 坐掣 警≤丘。a 川 式中肘。为重力的偏心力矩，咏 m g e ；r c 、R 。分别为 切口薄弱面处的内、外半径；e 为偏心距；A 为余留截 面的截面积；，为余留支撑截面对形心主轴的惯性 矩；m 为上部筒体的质量；a 为切口角度。 1 ．3 切口高度矗 当采用梯形爆破切口时，由于切口的下截面为 薄弱面，所以烟囱倾倒时从切口的下截面A 曰处破 坏，如图2 所示，设烟囱的重心位置为D 点，A D 与 0 D 的夹角为9 。，爆破切口的高度为 ，则 a a r 。c o s ■■r 。e o s ■f t a n9 。2 彳，妒。 a r c t a n 彳 3 式中，z 为烟囱重心的高度，其余参数同上。又A c 的长度为 l A cI 一√ R 。 r cc 。s 詈 埘 R 。 r cc o s 睾 I A B 4 s i n a 。革妒。 一I 似f - √ r 。c 。s 詈 2 z 2 s i n 嘞 妒o 一l0 _ AI r 。c o s 詈 5 √ r cc 。s 詈 ‘ z 2s i n d 。 ‰ 一r cc o s 詈≥R c IR r c ∞8 蓄l r cc o s 蓄 驴黜协n I 不面蒂r 胁一 危。i 。 伽l s i I la 。 尺。 r cc 。s 詈 s i nd 。 9 2工程实例 万方数据 8 2爆破 2 0 1 2 年1 2 月 混结构，高4 8 ．0 0m ，底部外半径2 ．2 0m ，顶部外直 径1 ．3 0m ，底部壁厚0 ．3 7m ；耐火砖厚0 ．2 4m ，烟 囱底部有1 个烟道出灰口，高1 ．6 0m 、宽1 ．2 0m 。 东面4 5 ．0 0m 内有一空旷的场地，其它方向距离保 护目标较近，如图3 所示，爆破环境较为复杂。根据 以上条件和业主要求，决定采用定向控制爆破技术 予以拆除，倒塌方向为正东方向。 塑舞，厂叶 醐l 待爆破烟囱 董型 I 笪堡堡型璺 5 0 一一 居民楼 停 查 场 宿舍 图3 烟囱爆破周围环境示意图 单位m F i g ．3S u r r o u n d i n g “c h i Ⅱm e yb l 船t i n g u n i t m 2 ．2 爆破切口设计 由于烟囱使用过久，结构较不稳定，且周围环境 复杂，为保证倾倒方向的准确性，决定采用梯形爆破 切口。 根据上述分析，结合实际经验，切口角度一般大 于1 8 0o ，由式 1 、式 2 、式 9 可以得到该烟囱实 现定向倾倒的条件。实际施工时，d 2 2 0o ，矗 1 ．2m ，切口下沿距地面2 ．Om 。该烟囱的平均密度p 1 8 0 0k g ／m 3 ，极限抗拉强度 o ．1 硼 a ，极限抗压强度 氕 2 胁。结合该烟囱的尺寸，可计算出其基本参数 如表1 所示。 2 ．3 模拟仿真与校核 为保证工程的安全陛，基于以上设计参数，通过 A N S Y s L S D Y N A 软件对烟囱进行了模拟倒塌。 由数值模拟可知，烟囱在起爆后约3s 时，余留 截面最外侧首先被拉断，烟囱在重力作用下逐渐倾 倒；在起爆后约4 ．5s 时，切口闭合，烟囱在自身重 量的作用下，会产生下坐，之后绕新形成的支点转 动，在约7 ．3s 时，塌落触地。 ， 表1 烟囱的基本参数 T a b I e1B a s i cp 舢t e 心o fn 舱c h i m n e y 因肘。。 ，婶 3 ．4 1 0 6N m ，将表l 各参数 代人式 1 、式 2 ，经计算，式 1 满足要求，式 2 不等式左侧略大于右侧。将数值代入式 9 ，得 。洒 1 ．1m 。式 2 表示余留支撑体最薄弱处的极 限抗压强度要不小于上部筒体对其产生的压应力， 但计算结果表明会产生压垮。通过数值模拟可知， 确实会产生下坐，但下坐后，切口闭合，上部筒体的 作用力会集中到新形成的支点处，之后绕该支点转 动，不会影响烟囱的定向倾倒。整个倒塌过程与工 程实际吻合较好，进一步证明了之前理论的正确性。 至于切口高度，实际值与计算值相差不超过1 0 ％， 在可接受的范围之内。 2 ．4 其它爆破参数及技术措施 采用单段非电导爆管复式起爆网路，施工时的 爆破参数见表2 。 表2 烟囱筒壁药孔参数计算值 Ta _ M e2C 叠l c u l a 6 0 nV m u 姻o fh0 _ l ep 材姗e t e 髂h In 坤c b 曲m 毋c a 玎i s t e rw 枷 下转第1 0 2 页 万方数据 1 0 2 爆破2 0 1 2 年1 2 月 上接第8 2 页 为保证施工安全，在烟囱爆破区域全部用双层 竹笆和麻袋片进行多层防护，防止飞石飞出1 4 ’。对 于附近居民楼，搭建竹笆围墙进行防护。为防止筒 体撞击地面产生的碎片飞溅，在预定撞击处的地面 位置，用土袋和煤灰渣袋等铺垫垒筑一定宽度和高 度的垫层和缓冲墙。 2 。5 爆破效果 根据以上参数进行施工，起爆后烟囱在自重作 用下，准确地按照之前设计的倾倒方向倒塌，爆破震 动和塌落震动很小，无飞石飞向居民区，周围设施安 全，烟囱成功拆除。 3结语 由于切口爆破瞬间余留截面上的应力重新分 布，烟囱受力情况发生突变，能否按照预定方向倾倒 关键在于爆破切口的形式和尺寸大小。根据烟囱的 结构受力破坏特征，推导了烟囱倾倒的条件，应用所 建立的切口参数的倾倒条件，进行了实例验证。 参考文献 R e f e r e 眦e s ’ [ 1 ] 王健．高耸烟囱爆破拆除安全性的力学分析[ D ] ．唐 山河北理工大学硕士学位论文，2 0 0 5 ． [ 1 ] w A N GJ i a n ．M e c h a n i c sa n a l y s i so ns e c u r i t yo fe x p l o s i v e d e m o l i t i o no fh 唔hc h i m n e y [ D ] ．T a n g s h a n u n i v e r s i t yo f S c i e l l c e ＆T e c h n o l o g yo fH e b e i ，2 0 0 5 ． i ne h i n e s e [ 2 ] 张云鹏，甘德清．拆除爆破[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 2 ． [ 2 ] z 姒N GY 抽一p e n g ，G A ND e q i n g ．D e Ⅱ帕H t i mB l 鹪t i l l g [ M ] ． B e i j i n g P L 埘i s hC o 玎驴n yo fM e t 习l l l u 日盯I n d 鸺时，2 0 吆． i n C l l i n e s e l [ 3 ]张修玉，张义平，池恩安，等。烟囱绕爆破切口直径转 动惯量的解法[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 4 8 2 ．8 4 ． [ 3 ] z H A N Gx i u y u ，z H A N GY i - p i n g ，c H IE n a n ，e ta 1 ．C a l c u l a t i o nm e t h o d 吕o fr o t a t i d n a lh e r t i a0 fc h i m n e y 雒a u n d b l a s t i n gc u td i 啪e t e r [ J ] ．B 1 鹊t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 4 8 2 - 8 4 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 王君来．高耸建筑物爆破拆除倒塌及落地效应的研究 [ D ] ．上海上海交通大学硕士学位论文，2 0 0 5 ． [ 4 ]蚴GJ u n l 出．鼬d yo nc o u 印s ea n d 白I l l i n go n 山eg 吼I n d 豳c to fl l i 班b u i l d i n gb ye 】q p l o s i v ed e m o l i t i o n [ D ] ．s l l a I l g h a i s h a n 曲a iJ i 蛐n gu n i v e r s i t y ，2 0 晒． i nC } 1 i n e s e 万方数据