复杂环境下薄壁水塔的爆破拆除(1).pdf

第1 9 卷第1 期 2 0 0 2 年3 月 爆破 B L A S T I N G V o l1 9N o M a r2 0 0 2 文章编号1 0 0 l4 8 7 x 2 0 0 2 】o 卜0 0 4 6 一0 3 复杂环境下薄壁水塔的爆破拆除 王成 北京大学力学与工程科学系，北京1 0 0 8 7 1 摘要介绍了在复杂环境下薄壁水塔的爆破拆除，论述了拆除水塔的爆破方案厦爆破设计，并运用力学 和运动学方法对爆破切口参数进行了检验，同时对爆破效果作了分析。爆破结果表明，本次在复杂环境下拆 除水塔的爆磕设计厦各项安全防护是夸理的，可行的。 关键词水塔；拆除爆袭；定向窗 中固分类号T r 2 3 s ．4 7文献标识码A S t u d yo nD e m o l i t o nB I a s t i n go fW a t e rT o w e rw i t hT h i n W a u n d e rC o m p l i c a t e dC i r c u m s t a n c e s w A N GC h g D e p a n m e n to fM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，P e k i n gU n i v e r S l t y ，B e i j i n g1 0 0 8 7 1 ，C h i n a A b s t r a c t T K 5p a p 盯d 髓c r | b 髓t h ed 锄d h o nb I a s t l “go fw 啦w a l e rt o w 盯w i t h1 h i nw a Uu n d 口倒m p I l c a t e dn r c u m a s r a n c 船T h cd e m o l i t i o nb l a 5 t i n ES c h e r n ea n db l a s t i n gd e 蟠g n0 ft h cw a t e rt o w e ra r ei n t r 。d u c e dB l a s t l n gc u t - t i n gp a r a t T l e t e r sa 咒e x a m j n e dt h ∞u g hp r i n c i p l eo fm e c h n i c sa n dd y n 珊i c s T 1 1 eb l a s t l n gr c s u l ts h o w 5t h a tt h c b I 曲t i n gd e 8 i g no fw a t c rt o w e rd e m o l i t i o nI nt h ec o m p l i c a t e dc 打c u m 5 t a n c e sa n dv a “o l 】Ss a f e t yp r o t c c t I o nm e a 5 u r ％ a r er e a s o n a b l ea n df e a s i b l c K e yw O r d s w a t e rt o w e r ；r 唧0 l m 。nb l a s t i n g ；D i r e c t i o n a lw j n d o W 1 工程概况2 爆破方案的确定 山西大学院内一废弃水塔，需用爆破方法拆除。 水塔底部外径50m ，高2 4 ．6m 。下部支撑有台阶 状不等截面砖结构，底部厚06 4m ，在距地面7m 处外径4m ，壁厚0 ．3 7m 。水塔西与坞城路仅一墙 之隔，墙外上方6m 处有多路高压线及通讯电缆； 北距校医院仅1 ．5m ；紧贴水塔外壁东侧有临建仓 库，东距茶炉房约1 9m ；南距学生食堂贮水池及冷 库约2 0m ；东南方向距学生食堂餐厅约3 0m ，故这 一方向可作为水塔爆破倾倒方向。爆区周围环境见 图l ， 收稿日期2 0 叭一1 l 一1 2 作者简介王成，男；北京北京大学力学与工程科学 系． 该水塔周围环境牵涉到校医院、后勤供应等单 位，西侧为太原市主要交通于道，高压通信线路位于 其上，必须保证绝对安全。经与校方协商，确定采用 高位切口，定向倾倒的爆破拆除方案。为尽量减少 对水塔下部临时仓库的损伤，爆破切口开至距地面 7 ．5m 处，适当减小切口开口范围，防止水塔在倾覆 过程中后坐。水塔倾倒方向为东南方向，并采用后 坐力较小的倒梯形切口．这是由于梯形切口的三角 形部分在建筑物倾倒过程中可起到一定的支撑作 用，使倾倒过程平稳，有效防止后坐。同时，为了保 证定向准确，排除结构不对称性，预先开设了定向 窗。 万方数据 第1 9 卷第1 期王成复杂环境下薄壁水塔的爆破拆除 柏 城 路 图1 爆区周围环境示意图 单位m 3 爆破技术设计 3 ．1 切口设计 作为布孔范围的爆破切口采用了倒梯形切口。 考虑到东南方向空间小，故爆破切口从距地面75 m 处开始。取切口高度出等于壁厚的2 倍，实取 m 12 m 。爆破切口的水平长度L 取爆破部位 周长的1 ／2 ～2 ／3 ，实取上， 1 0Om 。 3 ．2 切口形成后支撑板块的受力分析 当水塔爆炸切口形成后，保留部分的圆环筒体 称为支撑板块。对支撑板块部分进行强度校棱，以 达到形成铰支定向倾倒的目的【3 j 。 水塔受力分析图见图2 。爆破切口形成后，支 撑板块上受重力 压应力 和重力矩对支承面中性轴 的弯曲作用。支承侧承受的应力为 。2 一p ，s ～M z ，5 。 其中，p 是切口上部水塔的重力；s 是支承截面积； M 是切口上部水塔的重力偏心矩z 是应力点距轴 的距离；J 。是支承面对y 轴的惯性矩。 此水塔为砖结构，由稳定条件得 d m ； “ 以此为条件计算最小保留角 2 口⋯ 鱼 丝 巫薹王遁夏j 歪窭 G A 2 d 虑‘ 取砖的抗压强度％ 2 ．9 4 M P a 、G 3 1 0 5k g 、水 塔的壁厚f 0 ．3 7m 、R 2m 计算得2 日⋯ 1 4 6 ’。 3 ．3 失稳分析 计算爆破切口高度的原则是，要使水塔失稳倒 塌，其重心移动的距离应大于切口下底外径，即需要 超出切口下底支承面，如图3 所示。 水塔转动的角度 凸止 。2 ”““雨丁F 忑而 如果将水塔看成刚体，则重心移动的角位移与 A 点的角位移相同．那么重心P 移动的距离为 s H t a n a 丽铿赢 根据上述关于重心P 移动的距离应大丁切口 下底外径设定，则有 s 焉≥R 由此得 △ ≥学- 0 8 本文所选取的龇 1 ．2 满足上式，所以水塔失 稳不成问题。 蔟N 呻’ ≮乡1 F 图2 水塔受力分析示意图圈3 爆破切口高度示意图 3 ．4 爆破参数及炮孔布置 取炮孔深度f 等于壁厚￡的O ．6 7 倍，实取， 02 5m ；取炮i L 间距Ⅱ 15 8 f 03 9 5 ，实取a 04m ．炮f L 间距6 也取为04m 。共布设r9 8 个 孔，其中装药孔9 2 个，贯通空孔6 个。这6 个定向 空孔主要是为了准确定向。切口形状及布7 L 方式见 图4 。 3 ．5 药量计算及起爆网路 单7 L 装药量，按公式‘2 K n 船计算。通过药 量计算及局部试爆后的药量调整，K 值调整为 10 0 0g ／m 3 ，单孔装药量实际取为Q 6 0g ，总装药 量5 ．5k g 。 采用串并联网路，分3 段 1 ，3 ，5 段电雷管 一 次点火起爆。起爆顺序见图4 。图中l 、n 、Ⅲ为起 爆顺序，分别为1 、3 、5 段毫秒雷管。 裹囊鱼 图4 切口及爆孔布置示意图 单位m 一为装药孔；o 一贯通空孔 3 ．6 定向窗口开设 为了保证水塔按预定方向倒塌以及避免后坐及 偏转现象，在爆破切口之前，先沿圆周周向对称地爆 万方数据 爆破 破出3 个定向窗。同时，定向窗也为施工人员进行 防护提供了方便。 4 安全措施 为确保爆破准确定位，事先切掉了砖简内部的 爬梯及钢管，以及砌好了以前的几个开口。由于水 塔爆破切口较高 距地面约75m 、必须采用重型 防护，使爆破飞石控制在1 5m 范围内。为了防止 水塔触地造成强震和形成撞击飞石．在水塔触地点 铺垫2 0c m 以E 的黄土层．坪彻底清理水塔倾倒方 向的地面杂物和碎石，在正对倾倒方向的学生食堂 前设防护板，以防止水塔前冲造成破坏。 5 爆破效果 起爆后响声沉闷，水塔震颤后稍向下后坐，缓慢 倾斜，徐徐加速，准确按预定方向倒下。触地点略有 前冲，对现场未产生任何有害影响。校医院内的病 人安然无恙，高压线及通信电缆均未受到损坏，爆破 达到预期效果。 6 结论及分析 在采用爆破方法拆除薄壁筒形构筑物的没计 中，关键是爆破切口的设计。爆破切口的设计主要 是切口的形状、最小保留角和切口的高度。选取本 工程采用的倒梯形切口一般能取得很好效果，这是 因为倒梯形切口本身有一个确定的弱面．这就是图 5 中的A B E 面．在重力力距的作用下，必定在B E 处形成初始裂纹。这就是说初始裂纹的形成位置是 由切口的形状预先确定的，避免丁韧始裂纹形成的 随机性，保证了倒塌方向的准确性。初始裂纹形成 图5 倒梯形切口厦其倒塌效果，下惑吲 以后，构筑物开始按预定方向倒塌。此时．由于切L f 上沿舢已低于留下的基础，重力力壁开始延长．』J 矩增大．加速度增大，前冲力也增大，后坐力迅速上 升。基础部分起阻挡作用的断面也从F j { 延伸到 E B D 。也就是说阻挡力随倒塌过程的进行呈上升 趋势。因此，在倒塌过程中不会发生后坐，但要发生 前冲。为了保证有足够的阻挡力，图中的B E 不能 太小，略小于A B 即可，即炸掉的切口跃度在1 ／2 ～ 2 ／3 倍周长之间。应力集中角a 不能太大，应在3 0 。 ～4 5 。之间选取。 参考文献 汤冶 论砖砌结构永塔的定向爆破[ J ] 爆破，1 9 9 6 2 2 93 1 ． 冯掇瑜城市控制爆破拆除[ M ] ．北京中国铁道出版 社．1 9 8 7 ，7 9 8 2 ． 刘文轩．复杂环境中双层烟囱定向倒塌爆破[ J 1 ．工程 爆破，1 9 9 8 2 5 3 5 6 ． 成新法．爆蔽拆除烟囱新工艺[ A ] 第五届中围力‘。} 学会爆破专业委员会青年学术会议论文集[ c ] ．北京 1 q 9 8 ． 李起山，邵晓宁．爆破切口形状对细高建筑物倒塌触 果的影响[ J ] 爆破，1 9 9 8 ，增刊1 6 l 1 6 3 l 2 3 4 5 万方数据