兩座100 m高薄壁結(jié)構(gòu)冷卻塔控制爆破拆除

范曉曉， 董保立， 張紀(jì)云， 王 曉， 張英才， 徐鵬飛

(1. 河南迅達(dá)爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南焦作 454000;3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083)

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兩座100m高薄壁結(jié)構(gòu)冷卻塔控制爆破拆除

范曉曉1， 董保立1， 張紀(jì)云1， 王 曉1， 張英才2， 徐鵬飛3

(1. 河南迅達(dá)爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南焦作 454000;3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083)

根據(jù)冷卻塔高、質(zhì)量大、壁厚薄以及周?chē)h(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，制定了安全可靠的爆破方案。通過(guò)采用高卸荷槽復(fù)式切口爆破拆除技術(shù)，選擇合適的爆破參數(shù)，采取合理的預(yù)處理措施和相應(yīng)的安全防護(hù)措施，對(duì)兩座100m高薄壁結(jié)構(gòu)冷卻塔成功實(shí)施了控制爆破拆除。降低了冷卻塔爆破振動(dòng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了冷卻塔爆破拆除精準(zhǔn)定向。振動(dòng)測(cè)試結(jié)果顯示，冷卻塔爆破拆除產(chǎn)生的振動(dòng)速度均在安全允許范圍內(nèi)，證實(shí)了振動(dòng)控制措施的有效性和實(shí)用性，可為同類爆破拆除工程提供參考。

薄壁結(jié)構(gòu)； 冷卻塔； 控制爆破； 高卸荷槽； 預(yù)處理； 安全措施

1　工程概況

1.1塔體結(jié)構(gòu)

擬拆除兩座冷卻塔均為薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其形式及淋水面積均相同，高100m，底部半徑為40m(+0.00m)，圈梁處半徑為37.07m(+7.82m)，塔體上口半徑為22.38m；圈梁處壁厚為700mm，塔體壁厚最薄處僅為160mm，筒體由40對(duì)人字柱支撐，人字柱為φ 600mm的鋼筋混凝土圓柱。

1.2周?chē)h(huán)境

冷卻塔周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，1#冷卻塔東側(cè)11m處為廠區(qū)圍墻，圍墻外為空地；南側(cè)8m處為廠區(qū)圍墻，圍墻外為空地。2#冷卻塔西側(cè)10.5m處為廠區(qū)主道路，16.5m處為廠區(qū)停車(chē)場(chǎng)，63.4m處為食堂及值班樓；北側(cè)10m處為廠區(qū)圍墻，24m處為七一西路，路北側(cè)為高壓線，40m處為民房；南側(cè)3m處為廠區(qū)小車(chē)班辦公室，18m處為電纜溝(帶電)，2m處為車(chē)庫(kù)。周?chē)h(huán)境見(jiàn)圖1。

圖1　周?chē)h(huán)境示意圖Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

2　爆破難點(diǎn)

(1)距冷卻塔北側(cè)的民房、高壓線路和南側(cè)的電纜溝較近，需要重點(diǎn)保護(hù)。

(2)塔壁壁厚最大700mm，最薄160mm，人字柱為φ600mm的圓柱，炮孔深度較淺，填塞長(zhǎng)度短，爆破飛石較難控制，必須采取防護(hù)措施，減少飛石。

(3)冷卻塔高且質(zhì)量大，在塔體倒塌觸地的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，為了保護(hù)周?chē)ㄖ斑\(yùn)行設(shè)施不受振動(dòng)的影響，需要采取減振措施。

3　爆破拆除方案及參數(shù)

3.1倒塌方向的確定

為保護(hù)冷卻塔北側(cè)民房和高壓線路不受影響，根據(jù)冷卻塔周?chē)h(huán)境，考慮到其東南側(cè)有滿足倒塌的場(chǎng)地，因此，確定采用定向控制爆破拆除技術(shù)進(jìn)行爆破拆除，兩座冷卻塔均向東偏南30°方向倒塌。

3.2爆破切口設(shè)計(jì)

根據(jù)多年冷卻塔工程爆破經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)冷卻塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，采用冷卻塔高卸荷槽復(fù)式切口爆破技術(shù)，在爆破切口范圍內(nèi)開(kāi)設(shè)多個(gè)以倒塌中心線為基準(zhǔn)，向兩側(cè)呈階梯狀分布的高卸荷槽，使之與定向窗組成復(fù)式爆破切口〔1〕。因此，爆破切口僅在人字柱進(jìn)行布置〔2〕。

(1)切口高度：取冷卻塔人字柱高度，7.8m。

(2)切口長(zhǎng)度：冷卻塔由40對(duì)人字柱支撐，根據(jù)相關(guān)理論〔3〕和工程經(jīng)驗(yàn)，確定冷卻塔切口寬度取筒身下口周長(zhǎng)的0.6倍，即139.7m，實(shí)際施工時(shí)，僅取24對(duì)人字柱布置炮孔。

3.3爆破參數(shù)

(1)炮孔參數(shù)

人字柱為φ600mm的圓柱，采用單排布孔，炮孔深度42cm，抵抗線30cm，炮孔間距40cm。

(2)單孔裝藥量

單孔裝藥量Q按照體積公式計(jì)算：

Q=q·S·h

式中：q為炸藥單耗，取1.3 kg/m3；S為圓柱截面積，m2；h為爆破體高度，m。經(jīng)計(jì)算Q=147 g，通過(guò)試爆最終確定單孔裝藥量為130g，實(shí)際炸藥單耗為1.15kg/m3。

單個(gè)冷卻塔爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　爆破參數(shù)

3.4預(yù)處理

(1)采用液壓炮錘對(duì)冷卻塔內(nèi)的淋水框架及系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)先拆除，將上塔爬梯與冷卻塔塔身進(jìn)行切割分離，避免淋水框架、系統(tǒng)構(gòu)件和上塔爬梯對(duì)冷卻塔的傾倒造成影響，保證塔體倒塌解體充分。

(2)為減少爆破總裝藥量和鉆孔施工時(shí)間，弱化塔體剛度，保證冷卻塔順利定向倒塌，在冷卻塔倒塌中心線兩側(cè)對(duì)稱開(kāi)設(shè)11條卸荷槽，高6 ～16m，均為1.2m寬。卸荷槽為隔跨開(kāi)設(shè)，除凈槽內(nèi)混凝土，保留鋼筋。隔槽破碎圈梁部分，保留鋼筋。

(3)在爆破切口兩側(cè)采用機(jī)械開(kāi)挖兩個(gè)三角形定向窗。定向窗尺寸為底寬6m、高3m，見(jiàn)圖2。

3.5起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

采用非電雙向延時(shí)多點(diǎn)觸發(fā)爆破網(wǎng)路分段起爆，1#冷卻塔首先起爆，2#冷卻塔延遲310ms起爆。單塔以倒塌中心線為對(duì)稱軸將炮孔對(duì)稱劃分為4個(gè)段別起爆，延時(shí)時(shí)間為310ms，可有效控制爆破振動(dòng)對(duì)周?chē)?構(gòu))筑物和設(shè)施的影響。

4　安全防護(hù)措施

(1)為了減小爆破危害的影響，在人字支柱外側(cè)覆蓋三層草苫和兩層鋼絲網(wǎng)，北側(cè)距離民房較近的支柱采用三層草苫和三層鋼絲網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。

圖2　爆破切口示意圖Fig.2　Schematic diagram of blasting cuts

(2)在冷卻塔北側(cè)開(kāi)挖寬約3m、深度約3.5m減振溝，阻斷地震波向外傳播〔4〕，有效控制振動(dòng)對(duì)北側(cè)民房的影響。

(3)在冷卻塔北側(cè)圍墻處搭設(shè)防護(hù)屏障，可阻擋飛石對(duì)周?chē)穹康拈T(mén)窗玻璃的破壞；對(duì)南側(cè)距離較近的循環(huán)水泵房，在窗戶上掛設(shè)三層草簾，防止飛石砸壞玻璃。

(4)因南側(cè)電纜溝中電纜帶電，故將電纜架落至溝地，并在電纜溝中回填3 ～4m厚黃土，以免損壞電纜。

5　爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)共布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖1)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，典型振動(dòng)波形見(jiàn)圖3。

表2　監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3　振動(dòng)速度波形Fig.3　Vibration velocity waveform

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本次冷卻塔爆破拆除過(guò)程中，電廠廠房最大振動(dòng)速度為1.67cm/s，未超過(guò)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)〔5〕規(guī)定的2.5cm/s；民房的最大振動(dòng)速度為1.41cm/s，未超過(guò)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)規(guī)定的1.5cm/s，振動(dòng)在安全允許范圍內(nèi)。

此次爆破振動(dòng)相對(duì)較大，主要原因：?jiǎn)巫鋮s塔的單段起爆藥量較大；兩座塔之間的延時(shí)時(shí)間較短，導(dǎo)致2#冷卻塔的MS1段和1#冷卻塔的MS9段同時(shí)起爆，爆破振動(dòng)相對(duì)較大。

6　爆破效果與體會(huì)

兩座100m高冷卻塔起爆后按設(shè)計(jì)方向倒塌，塔體解體充分。周?chē)?構(gòu))物和設(shè)施等均沒(méi)有受到影響，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。爆破效果見(jiàn)圖4。

圖4　爆破效果Fig. 4　Blasting effect

此次工程爆破振動(dòng)相對(duì)較大，故在以后工程實(shí)踐中，要注意選擇合適的單段最大起爆藥量，同時(shí)合理選擇兩座建(構(gòu))物起爆的間隔時(shí)間。

〔1〕 褚懷保，侯愛(ài)軍，徐鵬飛，等. 冷卻塔高卸荷槽復(fù)式切口爆破控制振動(dòng)機(jī)理研究[J]. 振動(dòng)與沖擊，2014，33(9)：195-199.

CHUHuai-bao，HOUAi-jun，XUPeng-fei，etal.Vibrationcontrolmechanismofcompositecutblastingtechnologyofhighloadrelievinggrooveofacoolingtower[J].JournalofVibrationandShock，2014，33(9)：195-199.

〔2〕 王曉，徐鵬飛，張英才.兩座90m高冷卻塔控制爆破拆除[J]. 工程爆破，2015，21(2)：40-42.

WANGXiao，XUPeng-fei，ZHANGYing-cai.Controlledblastingdemolitionoftwo90mhighcoolingtower[J].EngineeringBlasting，2015，21(2)：40-42.

〔3〕 李勝林，劉殿書(shū)，劉凱，等. 雙曲線冷卻塔爆破拆除數(shù)值模擬研究[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34(2)：123-126.

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〔4〕 潘濤，康明，趙明生. 減震溝相關(guān)參數(shù)對(duì)減震效果影響的數(shù)值模擬[J]. 金屬礦山,2013(5):45-48.

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〔5〕 爆破安全規(guī)程GB6722-2014 [S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014[S].Beijing:ChinaStandardsPress，2014.

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Controlledblastingdemolitionoftwo100mhighthin-walledstructurecoolingtower

FANXiao-xiao1，DONGBao-li1，ZHANGJi-yun1，WANGXiao1，ZHANGYing-cai2，XUPeng-fei3

(1.HenanSchindlerBlastingCo.,Ltd.,Jiaozuo454000,Henan,China;2.SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,Henan,China;3.SchoolofMechanicsandArchitecturalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),Beijing100083,China)

Thecoolingtowersarehigh,withlargemassandthinwallthickness,andthesurroundingenvironmentiscomplex,accordingtothecharacteristics,asafeandreliableblastingschemewasdesigned.Two100mhighthin-walledstructurecoolingtowerweresuccessfullydemolishedbyusingtheblastingdemolitiontechnologyofhighunloadinggroovecompoundnotch,theappropriateblastingparameterswereselected,appropriatepretreatmentmeasuresandthecorrespondingsafetymeasuresweretaken.Theblastingvibrationeffectwasreducedandpreciseorientationofcoolingtowerblastingdemolitionwasachieved.Thevibrationtestresultsshowedthatthevibrationvelocityofblastingdemolitionofcoolingtowerwasinthesaferangeandthevalidityandpracticabilityofthevibrationcontrolmeasureswasproved.Itcouldprovideareferenceforsimilarblastingdemolitionprojects.

Thin-walledstructures；Coolingtower；Controlledblasting；Highunloadinggroove；Pretreatment；Securitymeasures

1006-7051(2016)04-0052-03

2016-03-08

國(guó)家自然科學(xué)基金(51474218)

范曉曉(1987-)，男，助理工程師，從事拆除和巖土爆破工作。E-mail： 634942170@qq.com

TD235.3

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.011