复杂环境下65m高砖混结构烟囱定向爆破拆除

陈恒东,罗 宁,鲍传齐,马圣章,方志梅

(1.水城海螺盘江水泥有限责任公司,贵州 六盘水553000;2.中国矿业大学 力学与土木工程学院,江苏徐州221116;3.江南化工股份有限公司宁国分公司,安徽宁国230022)

1 工程概述

安徽某造纸厂需拆除一座砖混结构烟囱,因烟囱较高,不易机械拆除。根据周边实际环境情况结合工程进度需求,为保障当地村民的人身安全及施工进度,拟采用定向爆破方式拆除该烟囱。待拆除烟囱为砖混结构,高65 m,壁厚0.7 m,筒体底部内直径1.78 m,外直径3.18 m,烟囱整体外观完好。经现场查勘,周边环境较为复杂,烟囱位于造纸厂厂区内,周边有厂房,西北侧距离高压线仅50 m;西南距离输电线65 m,东处距离厂房50 m,正北方向100 m 为乡村公路,如图1 所示。

图1 烟囱及周边环境示意图

2 爆破方案的选择

2.1 爆破倒塌方向设计

该烟囱为砖混结构,高度较高,考虑周边环境较为复杂,决定采用定向倾倒爆破拆除方案[1-4]。因烟囱的周围只有东北方向有较大的空旷地带可供其倒塌,根据图1 烟囱及周边环境示意图,确定烟囱的倒塌方向为东偏北50°左右。

2.2 爆破切口设计及预处理

烟囱爆破设计切口大小是烟囱能否按设计方向倒塌的关键:若爆破缺口过小,倾倒力矩会小于结构的极限弯矩,将出现爆而不倒;若切口过大,易造成倒塌偏离设计方向及后座等不受控的后果。因此,根据烟囱结构特点及场地条件,为获得较大的触地比冲能及保证倒塌方向的准确,使烟囱触地时充分解体,选择定向较为准确、易于控制的矩形爆破切口,切口高度H 按以下经验公式确定:

其中 δ 为壁厚 0.7 m,因此 H≥(1.5 ～ 3.0)×0.7=1.05 ～2.1 m,该烟囱为砖混结构,爆破切口高度取1.1 m,切口长度 L 为烟囱周长的1/2 ～2/3,爆破切口底边距地面1.0 m,为保证烟囱倒塌方向的准确性,在切口的两端分别预开50 cm×50 cm 的定向窗口,定向窗在爆破前人工成型,爆破缺口圆心角取210°,相关设计爆破切口示意图如图2 所示。

2.3 爆破参数设计

烟囱爆破部位,筒壁厚度δ=0.7 m,底部筒体外径D=3.18 m,最小抵抗线W=35 cm。

图2 爆破切口设计示意图

具体该烟囱爆破参数设计如下:

炮孔深度 L=0.65δ=46 cm

炮孔间距 a=(1.0 ～2.0)W=35 cm

炮孔排距 b=(0.8 ～0.9)W=30 cm

炸药单耗 q=1.0 ～1.1 kg/m3

单孔装药量 Q单=abδq=0.35×0.3×0.7×1.0=73.5 g。

实际单孔装药量Q单取80 g,钻孔量约为90个,共计用药量约为7.2 kg,炮孔堵塞长度应大于最小抵抗线,保证堵塞质量。

2.4 起爆网路设计

为了保证爆破切口所有炮孔同时安全、准爆,采用簇连方式连接,将炮孔引出的导爆管反向捆绑在双发导爆管雷管上,以保证传爆的可靠性和准确性。孔内用MS-3 导爆管雷管,孔外用MS-1 导爆管雷管。用四通连接成复式网路,确保起爆的可靠性。根据定向倒塌方向要求,起爆点选在爆破缺口中心,采用导爆管雷管一次性起爆。爆破网络示意图如图3 所示。

图3 爆破起爆网路示意图

3 爆破安全校核及防护

3.1 爆破振动校核

拆除爆破中,因炸药爆炸产生的振动,与最大一段起爆药量、测试点与爆破点的距离以及爆破点介质的性质有关。根据经验公式:

式中 R—爆源距建筑物的距离,m;

Q—炸药量,齐发爆破为总药量,延时爆破为最大一段药量,kg;

V—保护对象所在地质点振动安全允许速度,cm/s;

K、α—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

最大允许振动速度的确定:按照《爆破安全规程》(GB 6722-2014)安全振动规范设计安全参数[5]:对一般民用建筑物(f≤10 Hz)允许振动速度为 1.5 ～2.0 cm/s 。本次爆破最大单次起爆药量7.2 kg,R=40,K 取 150,K′取 0.5,α 取 1.8,经计算V=0.32 cm/s。根据计算的结果,实际爆破振动速度远小于1.5 cm/s,因此,本次爆破振动对周围的建筑是安全的。

3.2 安全防护

本次爆破采用4 层麻袋、6 层草袋对爆破部位进行了覆盖防护,其外侧又设置一道沙土袋围挡,如图4 所示。为了更有效防护和控制飞石产生的危害,在倒塌方向敷设了三道土埂以减少触地碎渣反弹及塌落地震效应。由于采取了良好的减振措施和防护措施,烟囱爆破振动和爆破飞石均没有对周围建筑物、管线、设备等造成危害[6-7]。

图4 爆破飞石防护结构示意图

4 结论

爆破结果表明,本次在复杂环境下爆破拆除废旧砖烟囱的爆破设计、技术措施及安全防护措施是合理的、可行的。由于采取了减振措施,烟囱触地震动较小,少量的碎块飞落在控制范围内,保证了周围建筑物的安全,爆破取得了满意的效果。