高耸建筑物拆除方案优化选择的研究.pdf

第2 1 卷第2 期 爆破 v o l 2 lN o 2 2 0 0 4 年6 月B L A S T I N G J u n ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 0 4 0 2 一0 0 5 4 一0 4 高耸建筑物拆除方案优化选择的研究 尹光志h 2 ，王登科1 ，林大能2 ，孙国文1 ，胡国忠1 1 ．重庆大学资源及环境科学学院，重庆4 0 0 0 4 4 ； 2 ．重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆4 0 0 0 4 4 摘要描述了复杂环境下7 4 m 高砖烟囱的多种拆除方案，从安全性、经济性和合理性三方面论证了这些 方寨的可行性。并确定了最合理的拆除方案。这种选择高耸建筑物拆除方案的优化思想在实践中具有一定 的参考价值。 关键词拆除方案；定向倾倒；控爆拆除；折叠 中圈分类号 T D 2 3 5 ．3 7文献标识码A R e s e a r c ho nO p t i m i z i n gt h eM e t h o d sC h o i c e so f D e m O l i s h i n gT 0 w e rB u i l d i n g s Y ⅢG 敝以g - 砌∥，W AN GD e ，l g - 妇1 ，L 州D 口．7 l 已7 2 9 2 ，S U N 渤0 - 讹咒1 ，H UG 。‘o ．办o n 9 1 1 ．C o l l e g eo fR e s o u r c ea n dE n v i m n m e n t a lS c i e n c e ，C h o n g q i n gU n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g4 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．T h eK e yL a b o r a t o r yo ft h eE x p l o i t a t a i o no fS o u t h w e s tR e s o u r c e s t h eE n v i r O n m e n t a l H a 勰r d sC 0 n t r o lE n g i n e e n g ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，C h o n g q i n gU n i v e r S i t y ，C h o n g q i n g4 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r 8 c t s e v e r a Im e t h o d 30 fd e m o I i s K n ga7 4 ．K g hb r i c kc K m n e yi no o m p l i c a t e d 靴r r o u n d i n 秘a r ep r 鹤e n t e d 蚰dt h e i rf ∞s i b i l i t i 鹤a r ea 雌l y z e di n 乩f e t y ，e c o n 0 I Y l ya n dm t i o n a l i t y ∞p e c t s ，a n dt h eo p t i m u mm e t h o di sd e c i d e d ． T } I i So p t i m i z i I l gp r o c e d u r eo fm e t h o d sc h o i c 签f o rd e m o I i s h i n gt o w e r b u i l d i n g sc a nb er e f e r e n c e db yo t h e re n g i n e e r s i np r a c t i ∞． K e yw O r d s d 锄o l i s h j n gm e t h o d ；d i r e c t i o n a lc o l I a p s e ；∞n t r o U e db l a s t i n gd e n 均l i t i o n ；f o l d 1 拆除环境及分析 1 ．1 拆除环境 重庆天府发电责任有限公司因旧烟囱已倾斜， 为安全起见，将其拆除，该烟囱为砖混结构。原高8 6 m ，已经人工拆除1 2m 。底部直径8 ．8 8m ．壁厚1 ．7 4 m ，内衬0 ．2 4m ，内衬与壁体内侧的间隙为0 ．0 5m 。 烟囱筒壁上部已经出现裂缝。 烟囱的西北方向上有1 3 ．2 ～1 8m 的宽敞空 地；东北方向7 ．9m 处是该发电厂的锅炉房；东南 收穑日期2 0 0 4 一0 2 2 0 ． 作奢简介尹光志 1 9 6 2 一 ，男；重庆重庆大学资源及环境科学学院 教授、博士生导师． 方向上有长7 5 ．7m 的宽敞空地；西南方向有该公 司的新建钢筋混凝土烟囱，储藏室和冷却塔，其中新 建的烟囱距离旧烟囱1 0 ．3m ；西北方向有一座厕所 和一座水塔，厕所距离旧烟囱2 8 ．2m 。爆破环境如 图1 所示。 1 ．2 拆除难度分析 从拆除环境图1 中可以看出，周围建筑物距离 旧烟囱的距离很近，加以烟囱的底壁很厚。在可以用 来倒塌的方向上只有7 5 ．7m 长度的空地，因此不能 用一般的拆除方法来拆除本烟囱。同时甲方要求处 在倒塌方向上的烟道绝对不能受到破坏，周围的建 筑物和设备等也必须保护，这就需要在技术上保证 安全与合理，将拆除产生的危害减少到最小。 万方数据 第2 1 卷第2 期 尹光志等高耸建筑物拆除方案优化选择的研究 5 5 l 旧烟囱 2 新烟囱 3 水塔 4 厕所 5 厂房 6 办公楼 7 储煤厂 8 锅炉房 卜玲却塔 l o - 卅藏室 1 l 楼房 1 2 镛水池 1 3 电缆线 1 4 龉中线 1 5 管道 图1 拆除环境示意图 单位m 2 拆除方案可行性论证 2 ．1 合理性论证 1 采用方案一需要足够的倒塌距离，根据公式 L 1 ．2 H L 是烟囱倒塌距离，H 是烟囱的高 度 ，经过计算，本烟囱需要的安全倒塌距离是8 8 ．8 m ，而拆除环境能提供的有效距离只有7 5 ．7m ，所 以这种方案不具备可行性； 2 根据拆除环境，采用方案二时，只要能保证 定向准确，对产生的飞石、冲击波等危害采取有效的 防治措施，加强对需要保护对象的保护，安全性是完 全可以保证的。加上此方案费用较低，工作量少，施 工速度快，效率高，是可行的。 2 ．2 倒塌方式的论证 通过以上的论证，确定采用控制爆破拆除方案， 在控制爆破拆除中有“定向倒塌”、“原地坍塌”和“折 叠倒塌”三种坍塌破坏方式，现就这三种倒塌方式在 该烟囱所处爆破环境下进行可行性分析。 1 单向倒塌根据爆破环境，在烟囱的倾倒方 向上有只7 5 ．7m 的有效坍塌距离，在合理性论证 中，已经表明这个距离不满足爆破的安全距离，所以 这种倒塌方式不可取 2 原地坍塌若按这种倒塌方式，要求在烟囱 周围必须具备足够的场地，以容纳爆破坍塌后的堆 积物。实践表明【1J 爆堆直径约等于烟囱高度的 1 ／3 ，若从烟囱的中心算起，此烟囱原地坍塌后爆堆 的半径为1 2 ．4m ，因此这种方式也不可取； 表1 拆除方案 3 折叠倒塌从烟囱的底部搭设支架到烟囱简 体的一定高度处架设工作台，进行打眼和开缺口作 业，同时在烟囱的底部也进行打眼和开缺口作业。 再按照上段早于下段的起爆顺序，烟囱经过折叠后， 使原来的空地长度满足折叠倒塌长度，这种方式虽 然比定向倒塌的施工工艺难度大，技术要求也高，但 只要控制得好，是完全可行的。 很显然，只有采取折叠定向的倒塌方式才能满 足拆除环境的要求。折叠爆破的倒塌方式目前常用 的有单向折叠和双向折叠2 种，如图2 所示。 使用单向折叠的倒塌方式时，倒塌的水平距离 自烟囱或水塔的中心算起不得小于其高度的1 ．0 ～ 万方数据 5 6爆破2 0 0 4 年6 月 ／ _ ] ＼ M lL 卅 ／ I ．一 M F 7 I ．．．．一 ／ ＼ 弋川 ．．_j M2，J 工 卅 ＼ ／ I 单向折叠 双向折叠 图2 折叠爆破的2 种倒塌方式 1 ．2 倍【2 l ，为安全起见，取1 ．2 倍，容易推导出工作 台搭设高度h 的计算式 r H 一了竺j 1 1 ．0m 式中， 为工作台架设高度，m ；H 为烟囱高度，m ；L 为烟囱周围能提供倒塌的水平距离，本工程中为 7 5 ．7m 。 所以需要在烟囱高1 1m 的地方搭设工作台， 进行打眼开缺口工作；使用双向折叠倒塌方式时，经 过计算需要架设很高的工作台，工人需要高空作业， 飞石难以控制，给施工带来诸多不便，所以用单向折 叠的倒塌方式要合理一些。 2 ．3 拆除方案的确定、 综上所述，决定采用单向折叠爆破拆除方案，从 拆除环境可知，烟囱的东南方向有7 5 ．7m 长的宽 敞空地可供烟囱倾倒。根据计算，在距离地面1 1m 处搭设工作台打眼开缺口，用折叠爆破拆除方法就 可以使7 5 ．7m 长的空地满足烟囱的安全倒塌，烟 囱的缺口布置如图3 所示。 3 缺口及爆破参数设计 3 ．1 缺口设计 1 缺口形式由于本烟囱的爆破环境苛刻，不 允许烟囱在倾倒时偏离预定方向，同时为便于施工， 决定采用矩形缺口。 2 缺口长度对于强度高、壁厚大的简体建筑 物，只有保证切口长度大于施工周长的6 0 ％时。烟 囱才能定向断裂倾倒[ 2 l 。本烟囱的壁厚有1 ．7 4m ， 属于厚度大的烟囱，而切口长度为周长的O ．5 ～ 0 ．6 6 ，根据本烟囱的实际情况取0 ．6 2 。 根据公式L O ．6 2 C 式中，L 为切口长度，m ；C 为爆破处周长，m 。 经计算得烟囱的切口长度为1 7 ．3m 。 I I 剖视图 习 17 ．3 切口尺寸 图3 烟囱爆破切口不意图 单位m 3 切口高度切口高度的确定，通常用下面的 公式计算 H 2 艿 式中，H 为切口高度，m ；艿为壁体厚度，m 。计算得切 口的高度为3 ．4 8m 。 3 ．2 爆破参数设计 ，’ 1 孔深z 艿 1 ．1 6m 。 J 2 炮孔间距口 0 ．8Z 0 ．9 3m 。 3 炮孑L j j 距6 0 ．8 5 口 0 ．8m 。 4 最小抵抗线叫 0 ．5 艿 0 ．8 7m 。 5 炮孔排数N 丛 1 5 ．3 ，取5 排。 6 单孔装药量根据公式口 妇她 式中，q 为单孔装药量，g ；志为系数，取2 0 0 ；口为孔 炮间距，m ；6 为炮孔排距，m ； 为爆破厚度，m 。计 算得g 2 5 6g 。 3 ．3 起爆方法和起爆顺序 本工程中，一次最多起爆的炮眼数为4 0 个，可 得最大一次起爆炸药量为1 0 ．2 4k g ，采用多段微差 起爆，爆破网路共分3 段，以爆破切口中心起依次为 l ，3 ，5 段，间时间间隔为2 5m s 。上切口先于下切口 起爆，起爆时差为1s 。 4 拆除爆破安全评估 4 ．1 安全炸药■的计算 爆破方案确定后，需要确定一次性起爆的最大 用药量，以确保周围建筑物在实施爆破拆除时的安 全。将东北方向的锅炉房作为保护对象进行计算， 根据公式【2 ] Q ～ 尺3 毒 Ⅳ。 万方数据 第2 l 卷第2 期 尹光志等高耸建筑物拆除方案优化选择的研究5 7 式中，Q 。。。为最大允许爆炸的炸药量，k g ；R 为危 险区半径，m ；V 为保护目标的临界振速，取2c m ／ s ；K 为系数，取5 0 ；K7 为系数，取O ．3 ；a 为衰减系 数，取2 ．O 。计算得Q 。。 2 4k g 。由于一次起爆炸 药量1 0 ．2 4k g 2 4k g ，所以能够保证周围建筑物的 安全。 表2 缺口和爆破参数情况 4 ．2 冲击波影响范围估算 冲击波危害同样是爆破拆除过程中需要尽量防 止的，通常用下面的公式计算 土 R K Q 3 式中，R 为冲击波影响范围，m ；K 为衰减系数，取 5 0 ；Q 为最大一次起爆药量，k g 。经过计算有R 9 9 m 。为安全起见，可以将警戒范围在这个基础上再扩 大一点，以充分保护周围设施和人员的安全。 4 ．3 飞石范围估算 飞石控制是爆破拆除烟囱过程中需要有效控制 的重要对象，所以需要进行飞石飞散距离的计算。 根据公式【3J L ， 7 0 K o - 5 3 式中，L ，为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距 离，m ；K 为拆除爆破单孔药量，k g 。 本次爆破实际单位用量为O ．2 5 6k g ，计算得 L f 7 0 0 ．2 5 6 0 5 3 3 4m 。所以需要加强对飞石 的控制，将飞石飞散的距离控制在允许的范围之内。 5几点体会 1 选择高耸建筑物的拆除方法必须以安全可 靠为前提，并在此基础上提出经济合理的施工方案 2 要充分考虑待拆建筑物所处环境给方案选 择带来的影响 3 控制爆破拆除是在复杂环境中拆除高耸建 筑物行之有效的方案，但必须要选择合适的倒塌方 式，而且通过采取有效的防护措施将爆破危害减少 到最小 4 拆除方案的选择在建筑物拆除设计中起决 定性的作用，它直接影响到整个设计的全过程，所以 要综合全面地考虑各方面的因素，力求最理想的拆 除方案。 5 由于爆破对象是壁厚大的高耸建筑物，所用 炸药总量和一次起爆炸药量都会相应增加，必须对 冲击波和飞石等进行安全估算，为将要采取的防护 措施和力度提供理论依据。 [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 冯叔瑜．城市控制爆破[ M ] ．北京中国铁道出版社。 1 9 9 6 1 2 9 ～1 4 2 ．1 3 1 ～1 3 5 ． 张奇．工程爆破动力学分析及其应用[ M ] ．北京煤 炭工业出版社，1 9 9 7 8 3 ～8 4 ，1 2 4 ～1 2 5 ． 朱绍武．两座砖烟囱定向爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ．2 0 1 5 7 5 8 ． 更正说明 爆破2 0 0 3 ，2 0 4 上“连体水泥罐定轴转动的定向爆破”一文作者应为贺五一、谭雪刚、谢 兴博和薛峰松，原刊中将谭雪刚错为谭雪风，特此更正，并在此向谭雪刚先生及广大读者致歉。 类似差错还可能存在，今后本编辑部一定吸取教训，过细校对。 爆破编辑部 万方数据