復雜環境下水泥廠立窯爆破拆除

涂 羽 ,張 歡

(三河金能爆破工程有限公司, 河北三河市 065200)

復雜環境下水泥廠立窯爆破拆除

涂 羽 ,張 歡

(三河金能爆破工程有限公司, 河北三河市 065200)

在三河市靈山水泥廠爆破拆除中,采用了單排孔方式對大截面立柱進行爆破。介紹了立窯爆破拆除的參數設計和施工工藝,證明了單排孔爆破方式應用于爆破拆除的可行性。

爆破拆除;框架結構;單排孔

1 工程概況

為了響應國家節能減排的號召,三河市靈山水泥廠內有一立窯需要爆破拆除。該立窯是一幢鋼筋混凝土框架結構的高層建筑。主樓共 8層,附樓共4層。立窯北側 21 m為傳輸帶,西側 20 m為料倉及其它建筑群,南側 57 m為倉庫,東側 54 m為連體料倉。總的來說爆區周圍環境較復雜,具體環境如圖1所示。

圖1 工程環境

需拆除的樓房為鋼筋混凝土框架結構。分為 2個部分,即主樓和附樓。主樓共有立柱 10根,斷面70 cm ×70 cm的有 4根,斷面為 60 cm ×60 cm的有4根,斷面 70 cm ×110 cm的有 2根;附樓共有立柱8根,斷面 40 cm ×60 cm的有 4根,斷面 30 cm ×40 cm的有 2根,斷面 40 cm ×50 cm的有 2根。

2 爆破方案設計

2.1 總體爆破方案

主樓和附樓均為框架結構。樓體質量和梁柱截面尺寸較大,須采用較大的藥量才能保證爆破效果,因此爆破震動、爆破飛石和樓體落地震動都可能較大。要減小爆破震動和落地沖擊震動,保證周圍建筑物和管線的安全,必須采用多段延期起爆,爆破網絡較為復雜。

東面有長約 54 m的空地,適合定向倒塌。擬采用一次起爆,由東向西分段延時起爆,使樓房定向向東倒塌并解體的施工方案。

采用微差爆破技術,減少一次起爆最大藥量,減小爆破震動并能使構件充分解體。

2.2 預處理

(1)用機械將 1～3層的爆破切口范圍內的非承重磚墻全部拆除;對橫梁進行適當處理。

(2)采用人工和機械相結合的方法將立窯內部機械設施拆除。

2.3 爆高的確定

根據樓房結構特征、配筋情況及樓房自重較輕的特點,根據相關資料和以往的工程經驗,在工程經驗公式計算的基礎上對爆高予以適當調整,考慮到樓房自重較輕的這一特點,為了使樓房在最小范圍內安全倒塌,并盡量使其在空中充分解體,實際確定爆破缺口高度第一排為 8 m,第二排為 7.5 m,第三排為 0.6 m,如圖2所示。

2.4 爆破參數的選取

(1)最小抵抗線 (W)。通常取斷面短邊或墻厚度 (B)的一半,即 W=B/2。

(2)藥孔間距 (a)。藥孔間距一般取 a=(1.0～2.0)W。

(3)藥孔深度 (L)。通常取斷面長邊的 2/3。

(4)單孔藥量 (q)。根據體積原理,對單孔藥量按下式確定:

圖2 待爆物結構及裝藥示意

式中:q——單孔藥量;

K——單位體積用藥量系數 (單耗),一般取K=0.8～1.5 kg/m3;

V——單孔負擔的體積;立柱:V=a·B·H(a為孔距,B為寬度,H為長度)。

按上式計算后,還應根據現場具體情況進行修正。

(5)填塞長度 Lt。Lt≥(1.1—1.2)W。

(6)裝藥結構。炮孔均采用孔底密實裝藥,孔內放置一發導爆管雷管,孔口用炮泥堵塞。

各立柱爆破參數見表1。

表1 爆破參數

2.5 爆破網絡設計

采用毫秒導爆管雷管起爆系統,采用孔內毫秒微差延期網路,孔內采用不同段位雷管。附樓第一排立柱使用MS-1段,第二排立柱采用MS-5段,立窯第一排立柱使用 MS-1段,后排立柱均使用MS-9段。延時分布如圖3所示。

圖3 各立柱的爆破延時分布

3 安全技術措施

3.1 爆破振動

爆體距離最近保護物的距離為 20 m,允許振動取 2.5 cm/s。Qmax≤R3(V/kk′)3α,取 α =2,k=200,k′=0.3,計算得出 Qmax≤68 kg。實際一次最大起爆藥量為 10.55 kg。20 m處實際爆破振動 V=1.79 cm/s,小于安全允許振動速度。

3.2 塌落振動

結構物在塌落觸地時,對地面的沖擊較大,產生塌落振動。塌落振動根據周家漢教授總結的公式計算:

式中:Vt——塌落引起的地面振動速度,cm/s;

M——下落構件的質量,500 t;

g——重力加速度,9.8 m/s2;

H——構件中心的高度,22 m;

σ——地面介質的破壞強度,一般取 100 MPa;

R——觀測點至沖擊地面中心的距離,m。

建筑物拆除爆破塌落振動與結構的解體尺寸和下落的高度有關。為了減小對地面的撞擊作用,控制下落建筑物解體的尺寸十分重要,高度是改變不了的。根據數座高煙囪爆破拆除實測數據整理分析給出式中的衰減參數 Kt=3.37,β=-1.66。距塌落中心 20 m的建筑物的塌落震動速度為:

經計算知,距樓房倒塌觸地點最近處的建筑物振動速度 1.13 cm/s,小于國家安全規程中規定的震動速度 5 cm/s。

3.3 爆破飛石距離估算

Rf=20n2W kf=20×1.22×0.35×1.5=15.12 m,其中 Rf為個別飛散物距離,m;n為爆破作用指數;W為最大藥包的最小抵抗線,m;kf為安全系數,一般取 1～1.5。

為防止爆破產生的個別飛石,在立柱外部采用加強型防護,使用 3層草墊用鐵絲捆綁固定;對立窯倒塌方向左右兩側建筑物的門窗采用懸掛草墊進行遮擋防護。

4 爆破效果及體會

4.1 試爆及爆破效果

2010年 11月 10日對三河市靈山水泥廠外側的 70 mm×70 mm立柱進行了試爆。從試爆結果來看,單排孔裝藥能讓立柱失去支撐能力。11月 11日上午 11點起爆后,立窯按照設計方向傾倒,周邊的設施沒有損壞。

4.2 體會

(1)此次立窯爆破總體拆除方案、切口的高度、微差的選取是比較合理的。

(2)爆破前對立窯內部的設施機械拆除是相當有必要的。

(3)單排孔方式爆破減少了鉆孔個數,簡化了爆破網路。在施工進度、節約成本上起到了顯著的作用,且能保證爆破效果,在高層建筑物拆除爆破中具有可行性。

[1] 汪旭光,于亞倫.拆除爆破理論與工程實例[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 于亞倫.工程爆破理論與技術 [M].北京:冶金工業出版社,2008.

[3] 楊振聲,吳子駿.工程爆破文集[M].深圳:海天出版社,1997.

[4] 馮叔瑜.城市控制爆破[M].北京:中國鐵道出版社,1985.

2011-06-26)