45 m鋼筋混凝土煙囪同向折疊爆破拆除

鄒宗山， 楊 軍， 李福強(qiáng)， 佐建君， 楊忠豪

(1. 北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081； 2.北京理工北陽(yáng)爆破工程技術(shù)有限責(zé)任公司， 北京 100081)

45 m鋼筋混凝土煙囪同向折疊爆破拆除

鄒宗山1，2， 楊 軍1，2， 李福強(qiáng)1， 佐建君2， 楊忠豪1

(1. 北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081； 2.北京理工北陽(yáng)爆破工程技術(shù)有限責(zé)任公司， 北京 100081)

為了安全實(shí)施45 m鋼筋混凝土煙囪在距33 m處高壓線和倒塌空間受限環(huán)境中的爆破拆除，采取雙切口同向折疊爆破拆除技術(shù)，最終確定上、下切口延時(shí)時(shí)間5 s，超長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間保證了煙囪上段筒體傾倒加速后下段筒體才開(kāi)始傾倒，避免煙囪上段筒體倒塌發(fā)生前傾現(xiàn)象，縮短了煙囪的倒塌長(zhǎng)度，使其在32 m以內(nèi)，確保了高壓線的安全。該工程對(duì)于煙囪雙切口同向折疊及延時(shí)時(shí)間的選擇具有一定的借鑒意義。

鋼筋混凝土；煙囪；折疊爆破；爆破參數(shù)；延時(shí)時(shí)間

1 工程概況

本工程位于神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司生活區(qū)內(nèi)，煙囪高45 m，系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)為C30，煙囪底部外直徑4.62 m，壁厚36 cm；頂部外直徑2.22 m，壁厚0.16 cm。煙囪筒身內(nèi)由耐火磚砌筑，水泥珍珠巖板隔熱層構(gòu)成的內(nèi)襯，坐落在每一道環(huán)行牛腿上。在煙囪筒身上設(shè)有測(cè)溫孔、監(jiān)測(cè)孔、爬梯及信號(hào)平臺(tái)等裝置，煙囪底部東側(cè)有高3.2 m、寬2.3 m的煙道口，+13.5 m處有信號(hào)平臺(tái)。

待拆除的煙囪周邊壞境復(fù)雜，東側(cè)5.4 m處是鍋爐房，70 m處是變壓站；西側(cè)12.7 m處是洗衣廠房；南側(cè)15 m處是辦公樓，35 m處是圍墻及彩鋼房車庫(kù)，150 m處是高層居民樓；北側(cè)33 m處是供某港全港生產(chǎn)用電的高壓線，高壓線離地距離約14 m，38 m處是加壓泵站水池，周圍環(huán)境如圖1所示。

2 爆破方案選擇

根據(jù)煙囪周圍環(huán)境情況，為了避開(kāi)洗衣房、停車場(chǎng)、居民樓及地下管道等保護(hù)對(duì)象，煙囪只能朝向西側(cè)高壓線方向倒塌，采取雙切口同向折疊爆破方案，縮短煙囪的倒塌長(zhǎng)度；為了減少高空作業(yè)的難度和施工成本，上切口設(shè)在煙囪的+13.8 m處，朝北偏西6°方向倒塌，利用煙囪的信號(hào)平臺(tái)作為施工平臺(tái)；下切口設(shè)在煙囪的+0.3 m處，朝正北方向倒塌，利用煙囪底部東側(cè)的煙道口作為定向窗。上、下切口延時(shí)時(shí)間5 s。

圖1 周圍環(huán)境示意圖Fig.1 Schematic diagram of surroundings

3 工程難點(diǎn)

(1)國(guó)內(nèi)實(shí)施雙切口同向折疊爆破拆除煙囪的案例不多〔1〕，可提供參考的文獻(xiàn)很少。

(2)嚴(yán)格控制煙囪倒塌距離，確保高壓線的安全，煙囪上部筒體的長(zhǎng)度31.2 m，必須確保煙囪上段筒體倒塌過(guò)程中不得發(fā)生前傾現(xiàn)象。

(3)確定合理的延時(shí)時(shí)間，避免煙囪上、下段筒體倒塌時(shí)發(fā)生前傾、偏轉(zhuǎn)或反向倒塌等現(xiàn)象〔2〕。

4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 預(yù)處理

人工切割煙囪頂部的避雷針等；開(kāi)鑿定向窗，剔除定向窗內(nèi)的鋼筋；割斷下切口保留筒體的外側(cè)鋼筋；爆破前預(yù)拆除切口范圍內(nèi)的爬梯及煙囪的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。

4.2 爆破切口設(shè)計(jì)

4.2.1 煙囪上爆破切口

4.2.2 煙囪下爆破切口

煙囪下切口設(shè)在煙囪的+0.3 m處，傾倒方向?yàn)檎薄４颂幍臒焽柚睆紻=4.6 m，壁厚36 cm。取爆破切口圓心角α=240°，爆破切口長(zhǎng)度s=9.6 m，爆破切口高度h=3 m。

東側(cè)的定向窗利用煙囪原有煙道加工而成，由于煙道門(mén)柱的鋼筋是加密布置的，需割斷南側(cè)的煙道門(mén)柱底部50 cm范圍內(nèi)的鋼筋，西側(cè)的三角形定向窗高3 m、寬2.3 m。

4.3 爆破參數(shù)的確定

爆破參數(shù)主要有：孔徑、孔深、孔距、排距、單孔裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)等。

(1)孔徑與孔深〔4〕。孔徑主要與鉆孔設(shè)備選取有關(guān)，通常拆除爆破使用手持鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑D=40 mm；炮孔布置在爆破切口范圍內(nèi)，采用三角形布孔，鉆孔的方向指向煙囪水平斷面圓周的圓心。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，炮孔深度通常取l=(0.67～0.7)δ，其中δ為煙囪壁厚。

(2)孔距與排距。孔距a主要與最小抵抗線有關(guān)，通常取a=(1.2～2)W。排距b=0.87a，依據(jù)爆破切口的尺寸和孔網(wǎng)參數(shù)，確定炮孔數(shù)量。

(3)單孔裝藥量。可按體積公式計(jì)算單孔裝藥量Q單=qabδ，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)

5 煙囪上、下切口延時(shí)時(shí)間的確定

煙囪上、下切口延時(shí)時(shí)間選擇的原則是，避免煙囪上、下段筒體倒塌時(shí)發(fā)生前傾、偏轉(zhuǎn)或反向倒塌等現(xiàn)象；由于煙囪倒塌場(chǎng)地受限，上、下切口延時(shí)時(shí)間的選擇還必須使得煙囪的倒塌長(zhǎng)度控制在要求的范圍內(nèi)。

通過(guò)煙囪倒塌過(guò)程的力學(xué)分析、數(shù)值模擬和以往類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明〔5-6〕：

雙切口同向爆破拆除，選擇較大的延時(shí)時(shí)間時(shí)，能有效地縮短煙囪的倒塌長(zhǎng)度，但由于支座反力的作用，煙囪上、下筒體會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)甚至反向倒塌現(xiàn)象，不利于控制煙囪的倒塌方向。

選擇較小的延時(shí)時(shí)間，煙囪上段筒體隨著下段筒體一起倒塌，煙囪倒塌趨勢(shì)不易發(fā)生偏轉(zhuǎn)或反向倒塌的現(xiàn)象，但不能較大的縮短煙囪的倒塌長(zhǎng)度。

通過(guò)理論計(jì)算及工程經(jīng)驗(yàn)類比，本次拆除爆破最終確定上、下切口延時(shí)時(shí)間5 s，確保煙囪筒體不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)或反向倒塌的現(xiàn)象的同時(shí)，縮短煙囪倒塌長(zhǎng)度，滿足倒塌場(chǎng)地的要求。

6 安全防護(hù)措施

6.1 爆破振動(dòng)安全防護(hù)措施

在煙囪倒塌方向上鋪設(shè)緩沖土堤，從煙囪根部10 m開(kāi)始，每隔3 m鋪設(shè)一道高2 m、寬2 m、長(zhǎng)5～8 m的土堤，在煙囪上段塌落的地方鋪設(shè)高3.5 m、寬4 m、長(zhǎng)8 m的土堤，加強(qiáng)防護(hù)，緩沖煙囪上段前沖及塌落振動(dòng)。為防止煙囪倒地，濺起土堤里的泥塊和小石塊，在土堤的兩側(cè)堆砌沙包。

6.2 飛散物安全防護(hù)措施

采取覆蓋防護(hù)措施，在爆破切口使用棉被和鋼絲網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，第一層棉被，第二層鋼絲網(wǎng)，第三層棉被，第四層鋼絲網(wǎng)。建筑物的窗戶玻璃使用棉被進(jìn)行近體防護(hù)。

7 起爆網(wǎng)路及爆破效果

采用塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)延時(shí)，每個(gè)炮孔里裝兩發(fā)雷管，使用“簇聯(lián)”方式連接起爆網(wǎng)路，再分別利用四通引入兩獨(dú)立的分片干線回路。

煙囪倒塌過(guò)程如圖2所示。

圖2 煙囪倒塌過(guò)程瞬間Fig.2 The collapse process of the chimney transient

先起爆上切口，間隔時(shí)間5 s后起爆下切口，超長(zhǎng)的延時(shí)起爆時(shí)間使得煙囪上段筒體傾倒加速后下段筒體才開(kāi)始傾斜，下段筒體部分折疊在上段筒體上控制了煙囪倒塌距離在32 m以內(nèi)。整個(gè)倒塌歷程10 s，8 s時(shí)煙囪上段筒體處于水平狀態(tài)，煙囪下段筒體開(kāi)始傾斜。

〔1〕鄭炳旭. 中國(guó)爆破新技術(shù)Ⅲ[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社,2012:659-681.

ZHENG Bing-xu. New blasting technology in China Ⅲ[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press, 2012:659-681.

〔2〕 王晨, 高文樂(lè), 方昌華，等. 100 m高鋼筋混凝土煙囪的雙向折疊爆破拆除[J]. 工程爆破, 2010,16(3): 68-71.

WANG Chen, GAO Wen-le, FANG Chang-hua, et al.Bidirectional folding blasting demolition of a 100 m-high reinforced concrete chimney[J].Engineering Blasting,2010,16(3):68-71.

〔3〕 劉殿書(shū). 中國(guó)爆破新技術(shù)Ⅱ[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社,2008:485-486.

LIU Dian-shu. New blasting technology in China Ⅱ[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press,2008:485-486.

〔4〕 張英才，張海濤，董保立，等.復(fù)雜環(huán)境下150 m砼煙囪兩段單向控制爆破技術(shù)[J].工程爆破，2014，20(6):16-20.

ZHANG Ying-cai，ZHANG Hai-tao，DONG Bao-li，et al.The unidirectional controlled blasting technology under complicated environment in two sections of a 150 m reinforced concrete chimney[J].Engineering Blasting，2014，20(6):16-20.

〔5〕 楊建華, 馬玉巖, 盧文波,等. 高煙囪爆破拆除傾倒折斷力學(xué)分析[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(2): 459-464.

YANG Jian-hua, MA Yu-yan,LU Wen-bo， et al. Analysis of fracture mechanics for falling tall chimneys during demolition blasting[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(2): 459-464.

〔6〕 趙根,張文煊,李永池.鋼筋混凝土煙囪定向爆破參數(shù)與效果的DDA模擬[J].工程爆破,2006,12(3):19-21.

ZHAO Gen, ZHANG Wen-xuan, LI Yong-chi. DDA numerical simulation of directional blasting parameters and effect in demolition of reinforced concrete chimney[J]. Engineering Blasting,2006,12(3): 19-21.

Demolition of 45 m reinforced concrete chimney with co-rotating folded blasting

ZOU Zong-shan1，2， YANG Jun1，2， LI Fu-qiang1， ZUO Jian-jun2， YANG Zhong-hao1

(1.State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, School of Mechatronical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081,China;2. Beijing BIT Blasting Engineering & Technology Co., Ltd.,Beijing 100081,China)

The distance was only 33 m between the 45 m high reinforced concrete chimney and the high voltage line. The collapse space was limited for the chimney collapsing. In order to ensure the safety of the high voltage lines, the co-rotating folded blasting demolition technique was used. Moreover, the delay interval was 5 s between the upper and lower blasting notch initiated. Overlong delay interval ensured the lower chimney start to collapsing after the upper chimney dumping acceleration, avoided the forward rush of the upper chimney section, and shortened the collapse length of the chimney within 32 m. The project had a certain significance to select the delay interval with the co-rotating folded blasting demolition.

Reinforced concrete；Chimney；Folded blasting；Blasting parameters；Delay interval

1006-7051(2016)06-0045-03

2016-06-14

鄒宗山(1984-)，男，博士，從事爆炸理論研究和工程爆破實(shí)踐工作。E-mail：zzsbit@qq.com

TD235.3

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.010