新會雙水發(fā)電廠100 m高鋼筋混凝土煙囪爆破拆除

王友新,楊云天,鄭桂初,謝裕柱,羅顯戰(zhàn)

(廣東中人集團(tuán)建設(shè)有限公司,廣東廣州510515)

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

待拆煙囪位于新會雙水發(fā)電廠有限公司廠區(qū)內(nèi),煙囪周圍被保護(hù)目標(biāo)較多,且距離較近,現(xiàn)場爆破施工環(huán)境極為復(fù)雜、難度大。 煙囪周邊環(huán)境如圖1 所示,其與周圍保護(hù)目標(biāo)的距離如表1 所示。

圖1 煙囪周圍環(huán)境圖

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

擬拆除煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),煙囪高100 m,筒身混凝土 0 ～70 m 為 C25、71 ～100 m 為 C20,+0.00 m 處外徑 9.2 m、壁厚 350 mm。 +35.00 m處外徑7.5 m、壁厚240 mm。 煙囪筒身外側(cè)主筋為φ20、內(nèi)側(cè)φ18,拉筋φ20,環(huán)向鋼筋為φ16 ～φ20,其余部分為φ12 和φ16。 煙道口對稱分布在煙囪南北兩側(cè),煙道口下沿標(biāo)高+5.03 m、煙道凈高6.00 m、口寬3.84 m,煙道口左右寬度1.0 m 處加強(qiáng)配筋。煙囪總質(zhì)量約1 600 t,+35.00 m 以上部分總質(zhì)量約800 t。

2 爆破拆除方案

針對本煙囪特點(diǎn)及實際情況,綜合考慮采用高位切口定向爆破傾倒的方案。 為最大限度地減少對周圍環(huán)境的影響,以安全可靠、縮短工期、經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)保清潔為設(shè)計原則。

2.1 煙囪的倒塌方向

根據(jù)現(xiàn)場的場地條件,確定煙囪向南偏西40°正對配電網(wǎng)方向倒塌,具體方向由全站儀定向確定,確保定向準(zhǔn)確無誤。

2.2 預(yù)處理

1)定位窗和定向窗的開設(shè)

煙囪切口爆破前,將由全站儀定向確定傾倒中心線,在中軸線的兩側(cè)分別開設(shè)定向窗和定位窗,其中定位窗與傾倒中心線的夾角為108°,如圖2 所示,定位窗與輔助窗的邊界采取風(fēng)鎬破碎。

圖2 煙囪余留截面及爆破切口范圍示意圖

2)積灰的處理

為避免爆破時出現(xiàn)的灰塵影響煙囪周圍的電力設(shè)備,爆破前用高壓水對擋灰板、平臺及筒壁進(jìn)行清理。

3)其它金屬構(gòu)件的處理

爆破前將避雷針和鐵爬梯從5 m 標(biāo)高向下用氣割割斷。 煙囪倒塌反向北側(cè)剝離出3 根主筋,氧割燒斷。

2.3 爆破切口

1)切口的形狀和位置[1-4]

本次爆破采用梯形與三角形相結(jié)合的復(fù)合型爆破切口。 爆破切口位置應(yīng)以倒塌方向易控制和安全、方便施工為原則。 針對本煙囪特點(diǎn)及實際情況,采用高位切口定向爆破傾倒的方案,切口開在+35 m 高檢修平臺上部35 ～38 m 范圍內(nèi)。

2)切口角度和長度

切口長度的大小對煙囪倒塌的方向有很大的影響。 爆破切口常用的經(jīng)驗公式為:

式中:Lp 為爆破切口長度,m;D為爆破部位筒壁外直徑,m。

根據(jù)工程實踐,選擇切口對應(yīng)的圓心角α 為216°。 則上切口長度為:Lp上=(α/360°)πD=3.75×2×3.14×216/360=14.13 m。

3)切口高度

切口高度也是影響煙囪倒塌方向的重要因素,切口形成時必須要使豎向裸露的鋼筋失穩(wěn)且切口閉合時,煙囪的重心位置要偏移到筒壁以外。

式中:Hp 為切口高度,m;D為煙囪切口處的直徑,m。

最終計算得:Hp=1.3 ～1.9 m。

通過多次專家論證,確定煙囪爆破切口高度為2.1 m。 按照該切口高度,煙囪切口閉合時,其重心完全能夠偏移至筒壁以外。

3 爆破參數(shù)

3.1 孔網(wǎng)的參數(shù)[5]

1)最小抵抗線W:取切口處煙囪壁厚的一半,即W=δ/2(δ為壁厚)。

2)藥孔間距a:a=1.0 ～1.5W。

3)藥孔排距b:b=(0.85 ～1.0)a。

4)藥孔孔深L:L=(0.67 ～0.7)δ。

5)單孔藥量Q1:Q1=qabδ

式中:Q1為單個裝藥量,g;q為單位體積耗藥量,取3 500 ～4 000 g/m3;δ為筒壁壁厚,m;a、b為藥孔的孔距及排距,m。

選用32 mm 乳化炸藥,頂部兩排孔減少裝藥量,下部三排孔加大裝藥量。 爆破前對煙囪進(jìn)行試爆從而確保炸藥單孔藥量的合理性,爆破切口的裝藥參數(shù)如下表1 所示。

表1 藥孔及裝藥參數(shù)表

3.2 起爆網(wǎng)路

為作業(yè)方便,本工程采用非電塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)起爆,每個炮孔裝1 發(fā)MS9 段非電延期導(dǎo)爆管雷管,每20 發(fā)雷管為一簇,然后用2 發(fā)MS3 段非電延期導(dǎo)爆管雷管孔外接力雷管引爆,接力雷管采用四通連接件構(gòu)成復(fù)式導(dǎo)爆管傳爆網(wǎng)絡(luò),最后非電脈沖起爆器起爆整個網(wǎng)路。

4 爆破振動計算

1)爆破地震波速度的計算[6-8]

爆破地震波振動速度可根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)進(jìn)行計算,不同距離R 處允許的爆破地震波速度計算公式為:

式中:Q為最大一段(次)齊爆藥量,取15.00 kg;V為爆破產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動速度,cm/s;R為爆點(diǎn)中心至被保護(hù)目標(biāo)的距離,m;K、α為系數(shù),對于傳播介質(zhì)為軟巖石時,K=250 ～350、α=1.8 ～2.0;K′為拆除爆破裝藥分散系數(shù),KK′拆除爆破一般取32.1,α取1.55。

2)塌落振動速度的計算[9-10]

表2 不同距離上裝藥產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動速度表

根據(jù)中科院力學(xué)所通過錘擊試驗歸納總結(jié)的建筑物拆除爆破塌落振動公式,經(jīng)過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后,煙囪的塌落振動速度公式為:

式中:V為塌落引起的地表振動速度,cm/s;m為下落構(gòu)件質(zhì)量,t;g為重力加速度,9.8 m/s2;H為構(gòu)件下落的高度,m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,MPa,一般取10 MPa;R為塌落質(zhì)點(diǎn)至計算點(diǎn)的距離,m;Kt、β為衰減參數(shù),分別取Kt=3.37,β=1.66。

本項目采用雙切口爆破,塌落振動減半計算。該煙囪總重量約1 600 t,煙囪高度為100 m,因本次爆破只對35 m 以上進(jìn)行爆破拆除,重心高度約65 m,其塌落振動估算值見表3。 通過計算,煙囪塌落所產(chǎn)生的觸地振動峰值符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的安全允許值。

表3 塌落振動估算值

3)爆破飛散物

根據(jù)Lundborg 的統(tǒng)計規(guī)律,爆破飛石的飛散距離計算公式:

式中:KT為一般取KT=1.2 ～1.5(鋼筋混凝土取大值,磚結(jié)構(gòu)取小值);K為炸藥單耗,kg/m3;D為藥孔直徑,mm。

該煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),當(dāng)KT取1.5 時,將K=3.5 kg/m3,炮孔直徑D=40 mm 代入上式,計算得飛石最大飛散距離210 m。 因此在爆破時需要采取被動防護(hù)措施對飛石進(jìn)行直接防護(hù),并在爆破部位采用2 層棉被,20 層密目安全網(wǎng)的方式進(jìn)行防護(hù),將爆破飛石飛散距離控制在50 m 以內(nèi)。

4)爆破空氣沖擊波和爆破噪音

通過選用合理的炸藥單耗及裝藥結(jié)構(gòu)、外部開挖減震溝等一列措施減小爆破產(chǎn)生的沖擊波和噪音的影響距離。 煙囪從起爆到落地共用時8 s,時間很短,也減小了爆破沖擊波和爆破噪音引起危害。

5 爆破效果

為確保該煙囪順利拆除,爆破前期經(jīng)過多次論證和評估,緊緊圍繞爆破中的重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計施工,最終選定高位切口定向爆破的方法。 共施打鉆孔243 個,使用毫秒非電導(dǎo)爆管雷管300 發(fā)、乳化炸藥24 kg。

為了確保周邊建(構(gòu))筑物安全,采用了切實有效的安全防護(hù)措施,在倒塌方向上砌筑減振土堤、鋪設(shè)柔性緩沖層、開挖減振溝,爆后監(jiān)測結(jié)果表明爆破過程未對周邊保護(hù)目標(biāo)造成影響。 爆破效果如圖3 所示,煙囪拆除工程效果滿足預(yù)期要求。

圖3 爆破效果