高危倾斜烟囱爆破拆除的可靠度分析.pdf

第1 8 卷第3 期 2 0 0 1 年9 月 爆破 B L A s T l N G V o 】1 8K o ．3 D2 0 0 l 文章编号】0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 1 0 3 一0 0 1 2 一0 3 高危倾斜烟囱爆破拆除的可靠度分析 营昌生1 ，曹东林2 ，程康1 ，祝文化1 1 ．武汉理工大学一湖北武汉4 3 0 0 7 0 ；2 葛洲坝集团三峡指挥部，湖北宜昌4 4 3 0 0 动 摘要针对某一高危倾斜烟由，舟绍了拆除谊填由的爆破方案，对爆破设计中的某些参数进行了统计分 析t 提出了高危倾斜烟囱爆破拆除的可靠度评价方法。 关键词高息阍由；爆破拆睹；可靠度 中围分类号T D2 3 5 ．1 文献标识码A R e l i a b i l i t yA n a l y s i so fB l a s t i n gD e m o l i t i o no f H i g h d a n g e r o u sL e a n i n gC h i m n e y 刀A Ⅳ 、 日M g J 删9 1 ，C A 0J 凸蜘g Z 抽2 ，C H E ⅣGK Ⅱ”9 1 ，Z 日I ，肌月 ““1 1 ．W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a ； 2 ．T h r e eG 0 r g e sH e a d q u a t e r s ，‰h o u b aG m u pC o r p ，Y i c h a n g4 4 3 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T hb l a s t “gd e m d 沁o no fah l g bI e a n m gc h l m n e yl s L n ”o d u c e d a n dt h ep r 。b a b m l ys t 8 n s t I c s 。f 吣m ef a c t o r s1 5g l v e n ，a l s ot h er e l j a b Ⅲt ye v a 】u a t l o nm e t h o do fb l a s t i “gd e m 。l m o n o nt h eh l g h1 e a nL o gc h I m n e yl s p r o p o s dl nt h 】8p a p e r K e yw o r d s h i g h _ d a o g e m u sc h l m n e y ；b l a 妯gd e m o h t i 。n ；r e 】i a b 小t y 1 前言2 工程概况 对于高烟囱的定向爆破拆除，其爆破过程的力 学分析已有所报道，烟囱倒塌前的力学性质也有人 研究’。_ “．但关于可靠度研究不多。实际爆破工程中 存在许多不确定因素，已往的设计方法主要依赖于 确定性的理论与经验公式，因此对高烟囱定向爆破 拆除较少考虑各种不确定性因素的影响。笔者认为 可以应用概率论方法，对爆破工程的随机因素进行 分析．从而对爆破设计、施工及其效果进行可靠度评 价，给出更加切合实际的分析结果。这对爆破工程可 靠度理论的研究具有十分重要的意义。 湖北嘉鱼县一座砖混烟囱高4 1 ．5m ．西北向距 某学校教学楼仅6 ．5m ，东侧距玻璃厂三层综合楼 约2 0 m ，北西向约5 0 m 处有一幢8 层住宅楼，东北 向约3 0m 为二层仓库。该烟囱因年久失修．向西北 整体偏斜，倾斜度为5 7 ’，顶端中心偏移O ．4 2m ．为 此有关部门要求尽快安全拆除。 3 爆破参数分析 计算爆破拆除的台成力矩是爆破设计的重要依 据。文献[ 4 ] 曾分析了斜向与倒向相同、相反和相交 三种情况，提出了合成力矩M 的计算公式。当斜向 与倒向相反时有 收稿日期2 0 0 l 一0 7 一0 6 ． 作者简介管昌生 1 9 6 2 一 ，男；武汉武汉理工大学土木工程与建筑学院教授、博士 万方数据 第1 8 卷第3 期管昌生等高危倾斜烟囱爆破拆昧的可靠度丹析 埘一埘1 一M ， 1 ， 式中M ，为烟囱垂直时的重力矩。 对于烟囱类高耸建筑物的控爆拆除，通常采用 爆破形成大于1 ／2 周长的切口，通过自重作用形成 倾覆力矩，达到定向倾倒的目的。由于倾倒烟囱的偏 心作用，要获得足够大的倾覆力矩，就必须加大切口 的范围．但这样会导致支撑部分减少，抗压强度不 足，烟囱切口形成瞬同整体下坐，倾倒方向发生偏 转。因此，支撑部分的最大压应力以必须小于介质 极限抗压强度[ 口] 。 根据波动理论，假定切口部分上缘平齐且药包 都是瞬发起爆，其爆炸力计算式为”J 口一户C p V P 2 V 。一七 y Q ／尺y 3 式中P 为介质密度，c ，为纵波速度，Q 为单孔药量， V 。为介质质点振动速度，R 为距药包的距离， 为烟 囱壁厚．。为应力传播衰减系数。 根据文献[ 6 ] 计算风荷载的影响，作用在高耸结 构物单位面积上的风荷载应按下式计算，方向按倾 倒最不利情况考虑 Ⅲ一雎肼％ 4 式中“。为基本风压，“为重现期调整系数，肼为风 载线型系数。 4 烟囱爆破方案 该烟囱周围建筑物分布情况表明，只有正北至 北东约3 0 。范围内有可供烟囱倒塌场地。考虑到烟 囱自身结构特征，为了保持烟囱爆破瞬间其上部变 形段横截面上所受的剪切、断裂应力尽可能沿设计 倾倒方向对称 选择北东约1 0 。方向为烟囱爆破倒 塌方向，烟囱倒塌方向与其偏斜方向的夹角约为 17 0 。。采用小药量、正梯形爆破切口、三段微差整体 倾倒拆除方案。这样可使支撑体在定向倾倒过程中 受后坐作用力矩较小，利于防止折断和后坐，从而提 高其支撑能力和定向准确度。该烟囱所在车间仅拆 除到二层楼面．加上烟囱东侧底部设有烟道口，为了 施工方便．消除烟道口的影响，将爆破切口布设于车 间二层楼面 o ．5m 以上．爆破切口底部相对于地 坪的标高为 3 ．jm 。爆破切口长度可取圆周长的 3 ，j ～2 ／3 。该烟囱爆破部位展开长度为9 ．8m ，考虑 到烟囱倾斜偏矩的影响和支撑部分的强度，可适当 地增加切口长度，此处取外周长的o ．6 l 倍。另外，在 切口两侧对称部位预先开凿三角形定向窗，其水平 宽o ．7m ，竖直高o ．6m ，以保证爆破时保留支撑部 分不受爆炸载荷的破坏，使其维持良好的对称性。当 烟囱倾倒时，三角形两边逐渐闭合，增加支撑区面 积，防止烟囱倾倒时下坐和后坐，确保教学楼的安 全。 构筑物在倾倒过程中，切口上、下沿闭台时．重 心移动距离应太于切口下沿处外径。单孔装药量按 每个炮眼所破碎介质的体积进行计算。为防止定向 窗附近的飞石危害以及减轻对保留部分的振动，适 当减小两侧靠定向窗部位药量。装药结构为集中装 药，炸药为2 4 岩石硝铵炸药，孔口采用黄泥满} L 堵 塞。采用梅花型布孔，切口部位共布设4 排孔，总孔 数为3 6 个。 为确保倒塌的准确性，爆前对内衬进行了处理． 并在切口布孔中心线部位，人工开凿了一个对称梯 形窗口。窗口上底宽o ．3 5m ，下底宽o ．5 m ，高o ．9 m 。由该窗口和两边的定向窗，人工撬掉切口部位的 部分内村，并预留单砖支撑体。装药时对两边预留的 支撑体进行外覆药包，每个药包药量为l j og - 整个 烟囱爆破的总装药量为3 ．3 6k g 。 5 爆破效果的可靠度评价 5 ．1 可靠度基本理论 当考虑到爆破工程中的不确定因素时，在爆破 设计与施工中．可以采用概率统计的方法进行研究。 其主要原理为根据不同的爆破工程要求，提出重要 的爆破参数，并对其进行数理统计分析，给出相应的 随机因素的分布规律。在试验资料匮乏的情况下，一 般也可以对某些参数给出正态分布或对数正态分布 的假设条件，并通过试验或实际的爆破工程数据进 行修正。 在获得爆破参数随机分布的条件下．针对爆破 工程的实际控制指标，建立实用的可靠度分析法则。 通常将该指标表示为可靠度的抗力．而实际的荷载 条件、材料参数、爆破设计公式等，以及它们对爆破 工程的影响都可以定义为可靠度的荷载效应。从而 爆破工程的可靠度可定义为其爆破效果符合或满足 爆破设计与施工要求的概率，其一般表达式为 r P ，一P s [ 尺 一l ／s J ，，‘ d D j N 兰* 式中S 为爆破荷载效应，R 为爆破效果可靠度抗力． P | 为爆破可靠度，即S 满足条件R 的概率√” 一_ 为S 与月的联合分布密度函数。 当考虑单边抗力界限，且S 与_ R 相互独立．并 符合正态分布时，上式可简化为 m P ，一尸 s R 一| | ／s s ／ 一‘ d s d ，。 6 盘R 万方数据 爆破 2 0 0 】年9 月 式中 s 与 r 的分别为S 与R 的密度函数。 当已知S 与尺的统计参数时，也可以应用可靠 度指标法对爆破效果可靠度进行评价。即 ‘1 。。。。。。。。。。。。。。。一 声 段／以 ，咯一脚 ／、／d ％十舔 7 式中p 为可靠度指标，z 为状态函数，Z 尺一S ，触 与m 分别为R 与s 的均值，d n 与d s 分别为R 与S 的标准差。则爆破效果可靠度可用概率表示为 P s 一1 一P f 一 争 1r 1 一圭le x p 一f 2 ／2 出一垂 卢 8 √臼 。 { 1 式中中 r 一je x p 一f 2 ／2 出，称为I 且p l a c e 函 √Z “ ” 数。 5 ．2 爆破效果的可靠度分析 影响爆破工程的因素很多，涉及到的爆破工程 设计参数主要有重力引起的倾覆力矩、支撑体强度、 爆口上缘的爆炸力、爆破切口、风荷载、爆破参数及 装药量等。园此在进行爆破工程的研究与设计施工 中，应选取主要的影响因素进行分析。主要提出基于 可靠度理论的爆破效果评价方法，因此仅就爆破安 全校核模型进行分析，本文以爆破安全校核作为可 靠度指标，取文献[ 3 ] 中计算结果，考虑各参数的随 机性，在正态分布的条件下给出爆破安全校核可靠 度的评价方法。考虑各随机变量具有o ．2 的变异性， 则各参数的统计结果见表1 。 表l 爆破安全校核统计结果 据此计算的可靠度指标卢；1 ．8 4 ，相应的可靠 度概率为O ．9 6 7l 。当考虑随机变量的变异性为0 ．1 时，计算得卢 3 ．8 6 ，而可靠度概率为o ．9 9 99 。计算 结果表明，本文的爆破效果具有较高的可靠度．且明 显依赖于爆破设计参数的变异性。 实际爆破中，起爆瞬闯烟囱切口部位砖块被炸 碎抛出，切口立即形成，烟囱在起爆后无明显站立， 整体向倒塌方向缓缓倾斜，倒塌．正好倒塌在预计的 方向上。倒塌过程中，上部偏移部位没有发生折断． 爆后观察发现．烟囱顶部最远前倾4 5m ．整体完全 破碎，设有产生明显后坐，邻近的教学楼及周边的建 筑物安然无恙。 6 结论 本文讨论了基于环境要求的某高危烟囱爆破拆 除问题．提出了切实可行的爆破方案．其中包括切口 布孔、风荷载、爆破药量等参数分析。建立了基于概 率统计理论的爆破工程效果分析的可靠度方法。该 方法的关键是对烟囱倾斜情况进行全面的调查测 量，以及与之相关的随机性分析，从而确定出可靠的 拆除方案。据此对爆破结果进行可靠度分析．给出相 应的可靠度评价指标。如有条件，还应该考虑各随机 因素之闻的相关性，及其对爆破结果的影响。 参考文献 l 许连渡．3 8m 钢筋砼烟囱倾斜过程的力学分析[ j ．爆炸 与冲击．1 9 9 5 ，4 2 5 9 6 8 2 姚尧．拆除高耸建筑控制爆破中的几个力学问题[ A ] 第 三届工程爆破学台交流会议论文忙编[ c ] 南京，l9 8 6 l5 2 1 ． 3 程康．肖林，张开广．倾斜烟囱控制爆破设计中应注意的 几个问题[ J ] ．爆破，2 0 0 l 2 16 一1 8 4 房泽法．叶悔旺，陈宝心．倾斜高耸建筑物的控爆设计 [ 】] ．爆破，2 0 0 1 ．3 1 5 6 5 8 ． 5 中国力学学会工程爆破专业委员会．爆破工程M ] 北 京冶金工业出版社，l9 8 6 ． 6 高耸结构设计规范[ M ] ．北京中国建筑工业出版杜． ] 9 9 0 ． 万方数据