复杂环境下水塔的爆破拆除.pdf
第6 0 卷第2 期 2008 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e m l s V 0 1 .6 0 。N O .2 M a y200 8 复杂环境下水塔的爆破拆除 张金泉,高文乐 山东科技大学,山东青岛2 6 6 5 1 0 摘要介绍复杂环境下的水塔定向拆除爆破实倪及其保证定向倒塌、控制爆破飞石和水塔顶部箱体的水压爆破破碎设计。 水塔准确地沿南偏东6 0 ‘方向倒塌,水罐按设计龟裂,未产生爆破飞石。爆堆全部塌散在砂土缓冲层上。水塔落地时的碎石飞溅得 到有效控制,个别飞散物未对周围造成任何损坏。地下管道完好无损,罐体水比较顺利排离广场,爆破达到了预期效果。 关键词爆破工程;拆除爆破;水塔;水压爆破 中图分类号T D 2 3 5 .4文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 2 0 1 1 8 0 3 1工程概况 水塔位于山东某单位院内,高2 5 m ,底部外径 6 .6 m ,壁厚 塔体 3 7 c m ,砖结构。有4 根4 0 0 m m 4 0 0 m m 的钢筋混凝土立柱支撑罐体,罐体内半径 2 4 0 0 m m ,壁厚1 0 0 ~3 0 0 m m ,高4 5 0 0 m m ,钢筋混凝 土结构,高1 .5 m 内为两层钢筋,上部为一层钢筋。 钢筋排列为竖筋怊m m 2 0 0 m m ,环筋牵2 0 m mX 2 0 0 m m ,钢筋混凝土罐体外砌一层1 2 0 m m 厚的砖 体,并有保温层。水塔北侧1 .6 m 为办公楼,西南 4 .2 m 处为餐厅,其二楼外墙敷有四根暖气管道。东 南l O m 处为食堂,餐厅与食堂间距为1 2 m 。水塔东 西敷有东西向地下自来水管道,正南地下敷有地下 管道。水塔的周围环境如图1 所示,爆破环境条件 十分复杂。 道 图1 水塔周围环境示意 F i g .1 S u r r o u n d i n g so ft h ew a t e rt o w e r 收稿日期2 0 0 6 0 7 1 1 作者简介张金泉 1 9 5 0 一 ,男,山东济南市人,副教授,主要从事 爆炸理论和控制爆破等方面的研究。 ’2 爆破方案选择 水塔的爆破拆除的方案通常有两种。方案一, 在塔身布置爆破缺口,依靠水塔的自重定向倒塌拆 除,待倒地后,充水利用水压爆破破碎钢筋混凝土罐 体。此法优点是避免在高处爆破水罐时产生的飞石 砸坏周围设施,安全性高,不足之处是施工工序多。 方案二,塔体与水罐同时爆破拆除。特点是速度快, 工序少,缺点是水罐在高处爆破产生的飞石抛掷较 远,警戒范围大,但如果精心设计、合理装药,使罐体 只产生龟裂,可避免飞石损坏周围设施,保证安全。 甲方要求水塔爆破拆除必须保证周围建筑物和 地下、上管道的安全无损,另外由于水塔位于院内,尽 可能减少工序,钻孔、装药、爆破以及警戒一次完成, 避免出现不必要的隐患。决定采用方案二,根据周围 环境图,水塔倒塌方向只有正南偏东6 0 。方向。 3 爆破设计【2 J 3 .1 爆破缺口设计 1 缺口形状。为严格控制烟囱的倒塌方向并 防止后坐,缺口采用正梯形缺口,沿烟囱倾倒中心线 对称布置。 2 缺口尺寸。爆破切口的有效长度和高度应 满足结构强度和失稳条件的要求,这就需要有效切 口长度内的结构必须达到失稳条件。缺口形成后的 支承体,既要满足偏心受压形成倾覆力矩的条件,又 要满足一定的抗压强度和抗滑移强度。一般情况 下,根据水塔结构并结合工程经验,有效缺口长度L 应满足周长的0 .5 ~0 .6 7 倍,即L 0 .5 - - 0 .6 7 X 3 .1 4 X6 .6 1 0 .3 6 ~1 3 .8 8 m ,取1 2 m 。缺口高度 万方数据 第2 期 张金泉等复杂环境下水塔的爆破拆除 1 1 9 一般达到水塔壁厚的3 .0 倍,即1 .1 m 的爆破缺口 高度可使烟囱在自身的重力作用下失稳,取缺口高 度为1 .2 m 。 3 .2 孔网参数 1 塔体爆破参数炮孔深度L l 0 .6 6 7 3 7 2 5 c m ;炮孔直径D 4 0 c m ;炮孔间距a 0 .8 ~ 1 .2 艿 3 0 ~4 4c m ,取4 0 c m ;炮孔排距b a 4 0 c m ;单孔装药量Q 1 q a b 8 1 .1X0 .4 0X0 .4 0X 0 .3 7 0 .0 6 5 k g ,取Q 1 6 0 9 ;炮孔布置采用梅花 形布孔。 2 立柱爆破参数。立柱为钢筋混凝土结构,为 保证水塔完全失稳,必须使所有立柱失去其刚度,因 此在缺口范围内立柱的爆破高度比相应位置布孔高 度大,一般高一个孔距。不在缺V I 范围内的立柱布 置2 ~3 个孔。立柱采用单排布孔,孔距0 .4 m ,深 0 .2 5 m 。 . 3 单孔用药量Q 2 厂 q l A q 2V 0 .0 4 4 8 k g ,取Q 2 5 0 9 ,式中A 为剪切面积,m 2 ;V 为单孔负担体积,m 3 ;f 为临空面系数,对立柱取, 1 .0 ;q 1 为单位剪切面积用药量,g /m 2 ,取q 1 2 0 0 g /m 2 ;q 2 为体积单位用药量,取q 2 2 0 0 g / m 3 。 4 塔体内连接梁爆破。连接梁在塔体内,截面 尺寸为4 0 0 m m X4 0 0 r a m ,为减水塔的横向刚度,增 加其失稳的可靠度,对连接梁采取解体破碎,爆破参 数与立柱相同。 3 .3 水罐水压爆破设计 1 药量计算。圆柱形结构体的装药量可采用 公式Q K 1 K 2 a 1 - 6 R 1 。计算,式中K l 为装药系 数,对钢筋混凝土形成龟裂取K 1 5 ;艿为结构物的 壁厚,艿 0 .1 1 5 m ;R 为圆筒形结构内半径,R 2 .4 m ;K 2 为结构坚固系数,与8 /R 有关,8 /R 0 .0 4 8 时,K 2 可取1 .0 。Q 3 K 1 K 2 占 1 6 尺1 ‘ 5 X 1 .0 x0 .1 1 5 1 .6 2 .4 1 .4 0 .5 3 5 k g ,取Q 3 5 5 0 9 0 2 药包布置。根据以往的经验,在罐体中心线 距底1 .2 m 处设一集中单药包,能较好地满足对罐 体地板与顶板的爆破破裂。 3 水压爆破起爆时间。为防护食堂玻璃和保 证水压爆破的水罐形成龟裂,就必须保证药包在水 体中的位置不会随塔体倾倒而产生移位,同时要求 水罐在食堂楼顶上部爆炸,对空间位置分析计算后, 水中药包最好在塔体倾倒约3 0 。角时起爆。 3 .4 装药方式与起爆网路 炸药选用奶2 m m 岩石乳化炸药,炮孔采用孔底 集中装药结构,用0 .5 s 延期非电雷管的1 ~5 段,每 1 2 根导爆管为一束用2 发瞬发电雷管引爆,最后将 电雷管串联起爆。 3 .5 预处理 餐厅和食堂的门口设置防水墙,在食堂和餐厅 间挖掘排水沟,与广场内的地下排水系统连接。水 罐充水结束后,将进、出水管道切割长度不小于 2 .0 m 。除对塔体倒塌范围铺设不小于2 0 c m 的砂土 缓冲层外,重点对罐体落地范围铺设不小于4 0 c m 的缓冲层。 4 安全防护措施 4 .1 个别飞散物的防护 高耸建筑物拆除爆破的产生个别飞散物主要指 由于爆破和建筑物倒地后的碎石飞溅。 1 爆破产生的个别飞散物。根据经验公式R 2 0 K i n 2 W 6 .0 m 估算,式中R 为个别飞石距 离,m ;K ,为与材质有关的系数,取K s ;,z 为爆破作 用指数,,z 1 .0 ;W 为最小抵抗线,W 0 .2 m 。 爆破产生的个别飞散物对餐厅的玻璃幕墙和食 堂的铝合金窗户影响,采用直接和间接防护的办法。 直接防护是对水塔的爆破缺口部位采用两层矿用运 输胶皮带悬挂防护,间接防护是在餐厅和食堂外墙 用竹排遮挡,高度不小于2 .0 m 。 2 水塔倒地后的碎石飞溅。对其顶部的前冲 采取设置防冲墙,落地的飞溅采取在其倒塌范围内 铺设不小于2 0 c m 的砂土作为缓冲层。, 4 .2 爆破震动安全验算【3 】 对爆破地震安全的评价大多是采用萨道夫斯基 的经验公式计算的地面质点震动速度作为依据。然 而,在拆除爆破中,一次起爆药量少,药包数目多且 分散,而且装在位于地面以上的墙、梁、柱中,爆破点 高于地平面,爆破引起的震动主要是通过承重墙、构 造柱向下传播的。因此,在相同的药量下,引起的地 震效应要比地下爆破、地表爆破弱的多,因此在引用 振速计算公式时,引入修正系数k7 。即v k k Q ∽/R 。,式中v 是介质质点的振动速度;七是 与爆破地点地形有关的系数,这里取五 1 0 0 ;是7 是 修正系数,取忌7 0 .2 5 ;Q 是最大一段齐爆药量,Q 0 .9 k g ;R 是被保护建筑物距爆心的最近距离,R 4 .2 r n ;口是衰减系数,取1 .5 。 计算出爆破对锅炉房的振动速度为2 .7 6 c m /s , 万方数据 1 2 0有色金属第6 0 卷 小于一般砖房或非抗震建筑物的允许振速。 5 爆破效果及体会 1 爆破效果。烟囱准确地沿南偏东6 0 。方向 倒塌,水罐按设计龟裂,未产生爆破飞石。爆堆全部 塌散在砂土缓冲层上,水塔落地时的碎石飞溅得到 有效控制,个别飞散物未对周围造成任何损坏。地 下管道完好无损,罐体水比较顺利排离广场,爆破达 到了预期效果。 2 几点体会。 a 空中进行水压爆破必须严格 参考文献 按使结构体龟裂设计炸药量,防止爆破个别飞散物 和高压水流造成周围设施的损坏。 b 由于估计不 足水压爆破后的部分水冲入东侧食堂,因此必须采 取有效措施保证水的及时排放。 c 在无法确定水 塔倾倒3 0 。时的准确时间,采用双起爆器人工控制 法是一种行之有效的方法。 d 采取在倒塌范围内 铺设砂土缓冲层对水塔倒塌落地后的冲击力具有较 好的缓冲作用,有效地控制了碎石飞溅而产生的个 别飞散物。 [ I ] 林从谋,赵锦桥.工程爆破实用技术[ M ] .北京煤炭工业出版社,1 9 9 8 3 4 1 3 6 6 . [ 2 ] 朱绍武,贾永胜,罗启军,等.两座砖烟囱定向爆破拆除[ J ] .爆破,2 0 0 3 , 1 5 6 5 8 . [ 3 ] 李如江,刘天生.砖混结构教学楼的控制爆破拆除[ J ] .爆破,2 0 0 4 , 1 3 7 3 8 . D e m o l i t i o nB l a s t i n go faW a t e rT o w e ri nC o m p l i c a t e dE n v i r o n m e n t Z H A N GJ i n q u a n .G A OW 锄一如 S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,Q i n g d a o2 6 6 5 1 0 ,S h a n d o n g ,C h i n a A b s t r a c t T h ed e m o l i t i o nb l a s t i n gp r o c e s so faw a t e rt o w e ri nc o m p l i c a t e de n v i r o n m e n t ,a n dt h em e a s u r e st h a te n s u r e d i r e c t i o n a lc o l l a p s e ,c o n t r o lb l a s t i n gf l yr o c ka n dt h ed e s i g no fb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o na b o u tw a t e rt o w e r ’St o p a r ei n t r o d u c e d .T h ew a t e rt o w e rc o l l a p s e st o w a r d st h es o u t hw i t ha na n g l eo f6 0 。t ot h ee a s ta n dt h et o pb o x c r a c k sf o l l o wt h ed e s i g nw i t h o u ta n yf l y i n gr o c k s .A l lo ft h ef a l l e nr o c k s .a r ea c c u m u l a t e do nt h es a n db u f f e rl a y e r ,t h ef l y i n gd e b r i sa r ew e l lc o n t r o l l e d ,t h e r ei sn oa n yd a m a g et ot h es u r r o u n d i n gb u i l d i n g s .T h eu n d e r g r o u n d c o n d u i t sa r en o ti n f l u e n c e db yt h eb l a s t i n gp r o c e s s ,t h ew a t e ri nt h et o pb o xi ss e n to u tq u i c k l yf r o mt h es q u a r e . T h i sd e m o l i t i o nb l a s t i n gp r o j e c tm a k e saw o n d e r f u le f f e c t . K e y w o r d s b l a s t i n ge n g i n e e r i n g ;d e m o l i t i o nb l a s t i n g ;w a t e rt o w e r ;h y d r a u l i cp r e s s u r eb l a s t i n g 万方数据