鄒宗山，楊　軍，佐建君，何成龍

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，北京 100081；2.北京理工北陽爆破工程技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100081)

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復(fù)雜環(huán)境下同時爆破拆除熱電廠廠房和150 m煙囪

鄒宗山1，2，楊軍1，2，佐建君2，何成龍1

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，北京 100081；2.北京理工北陽爆破工程技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100081)

摘要:響應(yīng)國家的節(jié)能減排的號召，某熱電廠需要同時爆破拆除50 000 m2的大型多跨廠房和150 m煙囪。爆破作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，建構(gòu)筑物倒塌空間有限，通過廠房雙向折疊、并與煙囪相向傾倒的倒塌方案，控制爆破倒塌范圍不超過20 m。采用孔內(nèi)半秒延時與孔外毫秒延時相結(jié)合的雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路，既滿足廠房雙向折疊定向傾倒方案多段別延時起爆需要，又確保起爆網(wǎng)路的安全性和可靠性。利用廠房爆后廢墟、緩沖溝及減振溝相結(jié)合的綜合降振技術(shù)，實現(xiàn)降低爆破振動的影響。安全高效地完成了此項拆除爆破工程，大大的縮短了工程工期，節(jié)約了工程成本。

關(guān)鍵詞:廠房；煙囪；爆破拆除；起爆網(wǎng)路；振動控制

1工程概況

1.1工程環(huán)境

響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，甘肅省蘭州市永登縣和橋鎮(zhèn)大唐連城發(fā)電廠因技術(shù)改造需要爆破拆除一棟建筑面積50 000 m2框架結(jié)構(gòu)的廠房和一座高150 m鋼筋砼結(jié)構(gòu)的煙囪。工程環(huán)境復(fù)雜，廠房正西側(cè)50 m處是擬拆除的煙囪，西側(cè)靠南角12 m處是需保護的灰渣泵房設(shè)備廠房(長17.25 m×寬9.4 m×高6.5 m)；東側(cè)23 m處有埋深2.7 m混凝土循環(huán)水道(寬1.5 m×高2.0 m)，32 m是正在運行的變壓站；南側(cè)24 m處為正在運行的新建300 MW發(fā)電機組廠房；北側(cè)22 m處是化學(xué)水處理車間。見圖1。

1.2工程結(jié)構(gòu)

廠房長98.76 m，寬80 m，占地面積7900 m2，建筑面積50 000 m2，廠房由西向東依次由空氣預(yù)熱器(高8.2 m)、鍋爐膛(高50 m)、電梯井(高50 m)、制粉車間(高34 m)、除氧間(高27.5 m)和汽機房(高26.8 m)組成。經(jīng)人工、機械局部預(yù)拆除后，廠房還需要爆破9種不同截面尺寸的110根立柱，東西方向共11軸，南北方向共11跨，廠房平面結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

煙囪高150 m，筒體用250#混凝土整體滑模澆筑而成，+0.0～+12.6 m之間敷設(shè)φ 18 mm的豎筋及φ 14 mm的環(huán)筋，煙囪爬梯設(shè)在西側(cè)方向，煙囪底部外半徑7.06 m，頂部外半徑1.0 m，+3.0 m外是煙囪的積灰平臺，且南北方向各有一個3.2 m×5 m的矩形煙道，此處煙囪的外半徑為6.94 m，壁厚0.5 m，煙囪結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

1.3技術(shù)問題

熱電廠內(nèi)工程環(huán)境復(fù)雜，為了縮短工程工期和節(jié)約工程成本，要求同時爆破拆除廠房和煙囪，對爆破安全控制提出了更高的要求，施工難點有以下幾點：

(1)建(構(gòu))筑物的倒塌空間有限，需要精確控制建(構(gòu))筑物的倒塌順序、倒塌方向以及倒塌范圍，廠房四周倒塌范圍均要求不超過20 m。

(2)正在運行著的300 MV發(fā)電機組和變壓站緊鄰爆破拆除對象，需要嚴格控制拆除爆破飛散物及拆除爆破振動的對安全生產(chǎn)的影響，避免出現(xiàn)電力事故而造成較大的社會影響及經(jīng)濟損失。

(3)合理的延期時間、安全可靠的起爆網(wǎng)路對爆破安全至關(guān)重要，必須確保起爆網(wǎng)路的安全性和可靠性[1,2]。

2總體爆破方案

采用延時爆破技術(shù)，一次性起爆，同時定向爆破拆除廠房和煙囪。采取廠房雙向折疊、并與煙囪相向傾倒的倒塌方案，即廠房+31.5 m以上部分向東側(cè)定向傾倒，+31.5 m以下部分向西側(cè)定向傾倒，煙囪向廠房的爆后廢墟上定向傾倒，如圖4所示。

廠房設(shè)計階段型三角切口，對西側(cè)的立柱設(shè)置較大炸高，靠近變壓站的東側(cè)只損傷性爆破，以有利于東側(cè)變壓站的安全控制和防護。采用孔內(nèi)半秒延期與孔外毫秒延時相結(jié)合雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路，滿足廠房雙向折疊倒塌方案多段別延期起爆的需求，同時確保起爆網(wǎng)路的安全性和可靠性。

煙囪向東定向傾倒，傾倒方向允許偏差±5°，爆破切口的位置及形狀應(yīng)充分考慮煙囪本身的結(jié)構(gòu)特點，保證煙囪倒塌時的整體穩(wěn)定性。采用孔內(nèi)毫秒延時起爆網(wǎng)路，并早于廠房2 s起爆，以達到在煙囪塌落觸地時，廠房的最后一排立柱剛剛起爆，從而利用廠房的最后一排立柱起到防護欄的作用，阻擋爆破飛散物，以保護變壓站。

3爆破方案設(shè)計

3.1煙囪爆破方案

3.1.1爆破切口

(1)爆破切口位置及形狀

為了在煙囪倒塌時，保證煙囪整體的穩(wěn)定性，將煙囪出灰平臺位置定在爆破切口范圍之外，故爆破切口開設(shè)在標高+3.0 m處?？紤]到煙囪標高+3.0 m處南北方向各有一個寬3.2 m、高5 m的矩形煙道，為了保證爆破切口的對稱性以及施工的便利，選擇矩形切口。

(2)爆破切口圓心角及長度

爆破切口圓心角的大小，直接決定了爆破切口長度，而爆破切口長度決定著傾覆力矩的大小，爆破切口圓心角越大，爆破切口長度越長，傾覆力矩越大[3,4〗。傾覆力矩過大，會加速預(yù)留部分的潰屈而發(fā)生下坐，過早的下坐將導(dǎo)致煙囪傾倒定向不準甚至爆而不倒的意外事故，通常情況下，爆破切口圓心角在210°～220°之間為宜。通過傾覆力矩的驗算，借鑒成功的工程實踐經(jīng)驗以及煙囪本身的結(jié)構(gòu)特點，本工程爆破切口圓心角θ=215°。

爆破切口開設(shè)在標高+3.0 m處，R外=6.94 m，θ=215°。

爆破切口長度L=(215°/360°)×2×π×R外=26 m。

(3)爆破切口高度

爆破切口高度是爆破切口重要參數(shù)之一，切口高度應(yīng)滿足切口閉合時煙囪重心偏移距離大于切口處煙囪外半徑，可按下列公式確定[5]

(1)

式中:R為爆破切口部位半徑；HC為煙囪重心高度；φ為預(yù)留支撐半圓心角。R=6.94 m，HC=50 m，φ=(360°-215°)÷2=72.5°，計算得hmin=1.25 m。

(2)

式中,δ為切口處的煙囪壁厚。其中δ=0.5 m，計算得h≥1.5～2.5 m。

依據(jù)以往工程的爆破經(jīng)驗，并綜合式(1)和式(2)計算所得結(jié)果，取爆破切口高度h=3.0 m。

(4)定向窗

為了確保煙囪平衡、準確地按設(shè)計方向傾倒，在爆破切口處應(yīng)開設(shè)定向窗?？紤]煙囪的自身結(jié)構(gòu)特點，本工程定向窗可利用煙道加工而成，同時，在爆破切口中心位置開設(shè)高3 m×寬3.0 m的導(dǎo)向窗，如圖5所示。

3.1.2爆破參數(shù)

(1)孔網(wǎng)參數(shù)

炮孔直徑40 mm，煙囪壁厚δ=0.5 m，深度l=0.75δ=0.38 m，孔距a=δ=0.5 m，排距b=0.9a=0.45 m，共布置7排，每排30孔，共布置210孔。

(2)裝藥參數(shù)設(shè)計

炸藥選用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格φ 32 mm×200 mm×200 g，單位炸藥消耗量q=2 kg/m3，單孔裝藥量Q=qabδ=2×0.5×0.45×0.5=225 g，實際取單孔裝藥量200 g，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，堵塞長度180 mm。

(3)起爆網(wǎng)路

采用毫秒延時起爆網(wǎng)路，MS-1段塑料導(dǎo)爆管雷管對稱布置在靠近導(dǎo)向窗部位的炮孔，MS-2段塑料導(dǎo)爆管雷管對稱布置在靠近定向窗部位的炮孔，如圖5所示。采用簇聯(lián)方式連接起爆網(wǎng)路，俗稱“一把抓”，每簇導(dǎo)爆管不超過20根，每簇用2發(fā)MS-1段導(dǎo)爆管雷管“反向連接”引爆，最后使用四通連接成雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路。

3.2廠房爆破方案

3.2.1預(yù)拆除

預(yù)拆除可以減少拆除爆破時鉆孔工作量和火工品的用量，以降低工程成本，提高爆破作業(yè)效率，并且對建構(gòu)筑物進行預(yù)拆除可以改變建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，改善爆破效果[6]。預(yù)拆除廠房內(nèi)汽機、鍋爐、電機的承臺；廠房的連接梁為牛腿支托，拆除1～2層所有磚墻和部分連接梁，在樓板中間位置開鑿1.5 m寬的預(yù)拆除縫；拆除所有高度低于12 m的框架和群樓。

3.2.2爆破切口

廠房爆破拆除作業(yè)規(guī)模較大，為了便于拆除爆破施工組織，將廠房劃分為4個爆破區(qū)域。爆破切口方向和高度及前后爆高差，是構(gòu)成爆破對象傾倒方向、傾覆力矩及重心偏移角度的決定性參數(shù)[7]。鋼筋混凝土框架主要承重立柱的失穩(wěn)，是整體框架倒塌的關(guān)鍵[8,9]。立柱爆破破壞高度可按下式確定：H=K(B+Hmin)，K為經(jīng)驗系數(shù)，K=1.5～2.0；B為立柱截面最大邊長，m；Hmin為最小破壞高度，Hmin=(30～50)d，d為立柱豎向鋼筋的直徑，cm。

3.2.3爆破參數(shù)

(1)孔網(wǎng)參數(shù)

為減少鉆孔作業(yè)量，采用分組布孔，分段爆破立柱，沿立柱中心線兩側(cè)水平鉆孔。立柱底部加強鉆孔，每組5孔，其他每3孔為一組，每組間隔3 m，組內(nèi)各孔間距0.4 m。

(2)裝藥參數(shù)

炸藥選用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格φ 32 mm×200 mm×200 g，單孔裝藥量按體積法計算：Q=qv，q為單位炸藥消耗量，q=1 kg/m3；v為體積，m3。廠房共需爆破9種不同截面尺寸的110根立柱，裝藥參數(shù)見表1。

表1　不同截面尺寸立柱的裝藥參數(shù)

(3)起爆網(wǎng)路

采用孔內(nèi)半秒延時與孔外毫秒延時相結(jié)合的雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)分別裝入2發(fā)HS-2～HS-12段半秒延時塑料導(dǎo)爆管雷管，將廠房共分成11個半秒延時爆破區(qū)域，實現(xiàn)逐區(qū)起爆，每個半秒延時爆破區(qū)域再分別使用MS-2～MS-5段毫秒延時塑料導(dǎo)爆管雷管進行孔外“一把抓”簇聯(lián)連接，實現(xiàn)逐簇起爆，每簇不超過20根導(dǎo)爆管，每簇再用2發(fā)MS-1段塑料導(dǎo)爆管雷管“反向連接”引爆，使用“四通”連接成雙閉合復(fù)式片區(qū)干線回路；整個爆區(qū)劃分成多個分片，最后分片與分片間又用四通多點復(fù)式串接，在閉合環(huán)網(wǎng)路中留下多個末級起爆點。

4爆破效果

廠房和煙囪爆后效果與設(shè)計完全一致，煙囪整體傾倒過程歷時約13 s，建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)解體充分，爆堆高度3～4 m，周邊設(shè)施均沒有受到爆破影響，東側(cè)的變壓站和南側(cè)發(fā)電機組均正常運行，爆破效果如圖6所示。

5技術(shù)分析

通過本次拆除爆破實踐，得出了以下幾點結(jié)論：

(1)采用廠房雙向折疊，并與煙囪相向傾倒方案，結(jié)合延時起爆技術(shù)，解決了熱電廠爆破作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，建筑倒塌空間有限的問題，實現(xiàn)了爆堆最大擴散距離控制在20 m以內(nèi)的要求。

(2)煙囪向廠房的爆后廢墟上定向傾倒，在爆破過程中，沒有出現(xiàn)可能因雙向擠壓而產(chǎn)生的飛濺物對周邊建筑物及設(shè)施發(fā)生影響的情況，甚至，可以利用廠房爆后廢墟減緩煙囪爆后的觸地震動，降低爆破震動對周邊建筑物及設(shè)施的影響；利用雙向擠壓減小廠房和煙囪爆后的破碎塊度，降低爆堆高度，便于后期清渣作業(yè)。

(3)采用塑料導(dǎo)爆管雷管“孔內(nèi)半秒延時與孔外毫秒延時”相結(jié)合的雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路，即滿足廠房雙向折疊定向傾倒方案多段別延時起爆的需求，又能確保起爆網(wǎng)路的安全性和可靠性。

(4)利用廠房爆后廢墟、緩沖溝及減振溝綜合降振技術(shù)成功地減弱了包括煙囪塌落觸地振動在內(nèi)的爆破拆除振動，通過爆破拆除振動監(jiān)測表明，主控室及電廠重要設(shè)備附近爆破振動幅值控制在安全允許范圍之內(nèi)。

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Explosive Demolition of Workshop and 150 m High Chimney under Complicated Conditions

ZOUZong-shan1,2,YANGJun1,2,ZUOJian-jun2,HECheng-long1

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

Abstract:In order to protect the surroundings and to hasten the construction period and save the project cost,the workshop and chimney need explosive demolition simultaneously.The technology of bidirectional folding of the workshop was put forward to collapse faced to the chimney collapse direction.The initiation system was designed combined with "half-second delay inside blastholes" and "millisecond delay outside blastholes".Additionally,vibration reduction scheme was performed by using of the blasting ruins,buffer ditch and damping ditch,which kept the the demolition blasting work safe and efficient enough.

Key words:workshop; chimney; explosive demolition; initiation system; vibration control

doi:10.3963/j.issn.1001-487X.2016.02.019

收稿日期:2016-03-06

作者簡介:鄒宗山(1984-09)，男，北京理工大學(xué)博士，材料與結(jié)構(gòu)沖擊力學(xué)專業(yè)，從事爆炸理論研究和工程爆破實踐工作，(E-mail)zzsbit@qq.com

中圖分類號:TU746.5

文獻標識碼:A

文章編號:1001-487X(2016)02-0097-05