【正文】 拆除爆破 3 爆破設(shè)計(jì)與施工 主講：張世平 ? 煙囪水塔拆除爆破 ? 聯(lián)體筒倉(cāng)拆除爆破 ? 冷卻塔拆除爆破 煙囪水塔拆除爆破 ? 煙囪水塔種類 水塔 煙囪 ? 煙囪結(jié)構(gòu) ：磚結(jié)構(gòu)、鋼筋砼結(jié)構(gòu)。 ? 筒體形狀 ：圓形、方形、六角形、八角形 ? 磚煙囪高 :30m~80m ? 壁厚 :37cm~75cm，坡度 2~3%，有煙道口、出灰口、內(nèi)襯等 ? 鋼砼煙囪高 :60m ~ 250m，底部直徑在 7 ~ 16m，壁厚 160~60mm ? 我國(guó)控爆拆除煙囪的高度記錄為 180 — 210m。 高聳建筑物控爆拆除方案 ? 單向傾倒 ? 單向折疊傾倒 ? 雙向折疊傾倒 ? 原地坍塌傾倒 ? 方案選擇依據(jù)：構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)尺寸 ? 構(gòu)筑物周邊環(huán)境 拆除方案 煙囪 的拆除方法 ? (1)定向傾倒。在煙囪傾倒一側(cè)的底部，將筒體炸開(kāi)一個(gè)大于1/小于 2/3周長(zhǎng)的爆破缺口，從而破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和重心位移，于是在上部筒體自重作用下形成傾覆力矩，迫使煙囪按預(yù)定方向倒塌，并使倒塌限制在一定范圍內(nèi)。 ? 煙囪的定向傾倒要求有一定寬度和長(zhǎng)度的場(chǎng)地 ( ) ，以供其坍塌著地。對(duì)于鋼筋混凝土煙囪或剛度大的磚砌煙囪，要求的場(chǎng)地長(zhǎng)度更大一些。場(chǎng)地的橫向?qū)挾炔恍∮诒撇课恢睆降? 。 ? (2)折疊式倒塌?？煞譃閱蜗蛘郫B倒塌和雙向交替折疊倒塌兩種方式，其基本原理是根據(jù)周圍場(chǎng)地的大小，除在底部炸開(kāi)一個(gè)缺口外，還需要在煙囪中部的適當(dāng)部位炸開(kāi)一個(gè)或一個(gè)以上的缺口，使其朝兩個(gè)或兩個(gè)以上的同向或反向分段折疊倒塌。起爆順序是先爆破上缺口，后爆破下缺口，通常是上缺口起爆后，當(dāng)傾斜到 20176。 25o時(shí)，再起爆下缺口。 ? (3)原地坍塌。將煙囪底部的支撐筒壁炸開(kāi)一個(gè)足夠高的缺口，然后在其本身自重作用和重心下移過(guò)程中借助重力加速度以及在下落觸地時(shí)的沖擊力自行解 節(jié)，致使煙囪在原地破壞。該方法僅適用于磚結(jié)構(gòu)煙囪的拆除爆破，且周圍場(chǎng)地應(yīng)有大于其高度的 1/6開(kāi)闊的場(chǎng)地。原地坍塌方法技術(shù)難度大，在選用時(shí)一定要慎重。 ? 實(shí)踐證明，爆破拆除煙囪是效果最好的方法，盡管它牽涉到許多復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，但從拆除安全、拆除速度和經(jīng)濟(jì)效益等方面來(lái)分析，它比人工和機(jī)械拆除法具有明顯的優(yōu)越性。 ? 爆破拆除法的關(guān)鍵是必須保證準(zhǔn)確的定向性，傾倒過(guò)程中要確保煙囪上部的穩(wěn)定性和解體堆渣范圍的準(zhǔn)確性。 ? 近幾年來(lái)，我國(guó)煙囪拆除爆破技術(shù)有了較快的發(fā)展，除了拆除爆破方法已經(jīng)取得了成功的經(jīng)驗(yàn)外，在施爆方法上也有了新的進(jìn)步。 ? B 煙囪拆除爆破失穩(wěn)傾倒機(jī)理 ? 煙囪類高聳筒式構(gòu)筑物爆破倒塌機(jī)理為 :采用控制爆破在高聳筒式構(gòu)筑物底部某一高度處爆破形成一定尺寸大小的缺口，上部筒體在重力與支座反力形成的傾覆力矩作用下失穩(wěn)，沿設(shè)計(jì)方向偏轉(zhuǎn)并最終倒塌。 ? 當(dāng)爆破缺口形成后，在缺口對(duì)面保留部分的圓環(huán)筒體稱為預(yù)留支撐體。如果上部筒體的重力對(duì)預(yù)留支撐體的壓應(yīng)力超過(guò)了材料的極限抗壓強(qiáng)度，則支撐體就會(huì)瞬時(shí)被壓壞而使煙囪下坐，這會(huì)造成煙囪爆而不倒或傾倒方向失去控制。如果支撐體有一定的承載能力，則上部筒體在重力和支座反力形成的傾覆力矩作用下，使預(yù)留支撐體截面瞬時(shí)由全部受壓變?yōu)槠氖軌籂顟B(tài) ? 傾倒初期，預(yù)留支撐體截面一部分受壓、一部分受拉。在承壓區(qū)承受傾覆力矩引起的壓應(yīng)力和重力引起的壓應(yīng)力疊加，壓應(yīng)力呈邊緣區(qū)最大、中性軸處為零的三角形分布。當(dāng)最大壓應(yīng)力大于材料的極限抗壓強(qiáng)度時(shí)，該處材料被壓碎，且承壓區(qū)擴(kuò)大。在受拉區(qū)承受傾覆力矩引起的拉應(yīng)力與重力引起的應(yīng)力疊加，拉應(yīng)力呈邊緣區(qū)最大，中性軸處為零的三角形分布。當(dāng)最大拉應(yīng)力大于材料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，預(yù)留支撐體上出現(xiàn)裂縫。當(dāng)煙囪為磚結(jié)構(gòu)時(shí)，隨裂縫的出現(xiàn)，上部筒體將進(jìn)一步傾倒，傾覆力矩增大，裂縫將貫通整個(gè)截面。對(duì)鋼筋混凝土煙囪，當(dāng)預(yù)留支撐體截面上的混凝土開(kāi)裂后，鋼筋將承擔(dān)全部拉應(yīng)力，此后鋼筋在煙囪傾覆力矩的作用下受拉屈服，繼而頸縮斷裂。當(dāng)爆破缺口閉合后，煙囪繞新的支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)并最終傾倒。 ? 由煙囪控制爆破倒塌的機(jī)理可知，爆破缺口是影響煙囪失穩(wěn)傾倒的關(guān)鍵因素。煙囪傾倒須滿足三個(gè)條件，一是煙囪爆破后傾倒初期預(yù)留支撐體截面要有一定的強(qiáng)度，使其不致立即受壓破壞而使筒體提前下坐 。二是缺口形成瞬間，重力引起的傾覆力矩必須足夠大，能克服截面本身的塑性抵抗力，促使煙囪定向傾倒 。三是缺口閉合后，重力對(duì)新支點(diǎn)必須有足夠大的傾覆力矩，使其能克服煙囪剩余的塑性抵抗力。對(duì)磚結(jié)構(gòu)煙囪，只要其重心出新支點(diǎn)，就能順利傾倒 。而對(duì)于鋼筋混凝土煙囪，其重心不但要偏出新支點(diǎn)，而且重心相對(duì)新支點(diǎn)的力矩必須大于破壞截面內(nèi)的拉力鋼筋所產(chǎn)生的力矩。 ? C爆破部位的確定 ? 煙囪水塔采用定向倒塌設(shè)計(jì)方案一般是對(duì)其底部筒壁實(shí)施爆破。不考慮煙道口和出口的位臵時(shí)，爆破范圍是筒壁的周長(zhǎng)的 1/2 2/3。即 : ? (1/2)πD≤L≤ (2/3 )πD ? 式中 L一一爆破部位長(zhǎng)度； D一一爆破部位筒壁的外直徑。其相對(duì)應(yīng)圓心角 α為 180o 240o。 ? 大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，爆破部位采用一次爆破產(chǎn)生的缺口邊沿尺寸的精確度差，煙囪倒塌的方向容易出現(xiàn)偏離。在實(shí)施煙囪拆除爆破工程中，為了控制煙囪的倒塌方位，爆破部位 (爆破缺口 )不是全部采用爆破完成，而是在設(shè)計(jì)的爆破缺口兩端預(yù)先開(kāi)定向口，只對(duì)余下的一段弧長(zhǎng)的筒壁實(shí)施爆破。 ? 爆破部位 (爆破缺口 )高度的確定與煙囪的材質(zhì)和筒壁的厚度有關(guān)。煙囪拆除爆破要求爆破部位的筒壁瞬間要離開(kāi)原來(lái)的位臵，使煙囪失穩(wěn)。因此設(shè)計(jì)要求爆破部位的高度 : ? 因此設(shè)計(jì)要求爆破部位的高度 : ? h ≥ ( )δ ? 式中， δ為爆破缺口部位煙囪的壁厚，磚煙囪的筒壁較厚時(shí)，取小值；鋼筋混凝土煙囪壁較薄時(shí)，取大值。同樣壁厚條件下，煙囪高的取小值；煙囪高度小的取大值。對(duì)于鋼筋混凝土煙囪，如果鋼筋配比高，要取大值。如果炸高小了，暴露的鋼筋不會(huì)立刻屈曲，煙囪不會(huì)立即失穩(wěn)倒塌，殘留的混凝土也可能支撐煙囪不馬上倒塌。 ? D定向窗與缺口的形狀和作用 ? 下面以正梯形的爆破缺口說(shuō)明設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。圖1117是梯形缺口展寬圖，以倒塌中心線對(duì)稱的梯形底邊是設(shè)計(jì)的爆破部位長(zhǎng)度，即設(shè)計(jì)爆破部位圓心角 ω對(duì)應(yīng)的煙囪筒體外壁的弧長(zhǎng) ， h為爆破缺口的高度，中間的長(zhǎng)方形是鉆孔爆破部位，兩邊的三角形是定向窗。定向窗底角一般選取 α=25o 35o。三角形的底邊長(zhǎng)為 2 3倍壁厚，其高度可以和爆破高度相同，也可小于爆破高度 h (如圖中虛線 )。 ? 爆破前，開(kāi)鑿定向窗為預(yù)拆除施工，拆除爆破工程原則上要盡量減少預(yù)拆除，特別是對(duì)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的承重構(gòu)件的預(yù)拆除。煙囪屬高聳構(gòu)筑物，為了盡可能地減少對(duì)煙囪結(jié)構(gòu)的損傷，要盡量設(shè)計(jì)尺寸小的定向窗。兩側(cè)定向窗破壞狀態(tài)的對(duì)稱是決定煙囪按設(shè)計(jì)倒塌方向的關(guān)鍵，如果兩側(cè)破壞狀態(tài)不對(duì)稱，這種初始斷裂破壞點(diǎn)的不對(duì)稱將嚴(yán)重影響煙囪傾斜倒塌的方向。 ? a爆破缺口中心線位臵的確定和鉆孔布臵 ? 煙囪水塔爆破拆除的定向傾倒中心線是確定爆破缺口的中心線的依據(jù)。在周圍有可倒塌場(chǎng)地的情況下，爆破設(shè)計(jì)的煙囪定向倒塌方向原則上應(yīng)盡量與煙囪結(jié)構(gòu)的對(duì)稱線一致。在施工現(xiàn)場(chǎng)要用測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確地把其方位標(biāo)在煙囪水塔的圓形筒壁上。確定了爆破缺口中心線后，應(yīng)從中心線向兩側(cè)均勻?qū)ΨQ布臵炮孔，炮孔應(yīng)指向截面的圓心。 ? b爆破缺口內(nèi)襯的處理 ? 爆破缺口部位的內(nèi)襯要在爆破前采用人工方法破碎拆除，或是和外筒壁同時(shí)進(jìn)行爆破。煙囪內(nèi)襯的處理范圍應(yīng)與爆破缺口部位一致。 ? c定向窗口的預(yù)處理 ? 爆破前在爆破缺口 (梯形 )的兩邊預(yù)先開(kāi)鑿定向窗口，要準(zhǔn)確地測(cè)定兩側(cè)三角形底角頂點(diǎn)的位臵。定向窗口宜用人工剔鑿，兩邊三角形的剔鑿面要盡量對(duì)稱，其連線的中垂線將是煙囪倒塌的方向。對(duì)于鋼筋混凝土煙囪，爆破前可將定向窗部位的鋼筋進(jìn)行切除。 ? 頂點(diǎn)的位臵。定向窗口宜用人工剔鑿，兩邊三角形的剔鑿面要盡量對(duì)稱，其連線的中垂線將是煙囪倒塌的方向。對(duì)于鋼筋混凝土煙囪，爆破前可將定向窗部位的鋼筋進(jìn)行切除。 鋼筋混凝土煙囪、質(zhì)量完好的磚煙囪或水塔在倒塌時(shí)對(duì)地面的撞擊力是很大的。為了減小對(duì)地面的沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)強(qiáng)度，防止煙囪筒體觸地砸扁產(chǎn)生的破碎物或地面上的碎石被砸飛濺，可以在設(shè)計(jì)倒塌的地面鋪上沙土、煤渣等緩沖材料。 ? E煙囪的折疊爆破 ? a 煙囪兩折疊傾倒的動(dòng)力學(xué)模型 ? 當(dāng)拆除爆破高聳構(gòu)筑物時(shí)，當(dāng)?shù)瓜蚩盏匾粋?cè)的長(zhǎng)度小于筒形建筑高度的 ，要采用折疊拆除爆破方案。 ? 折疊爆破是在筒形建筑物的底部炸開(kāi) 1個(gè)缺口，使其重力偏心產(chǎn)生彎矩，向缺口方向傾倒。根據(jù)環(huán)境，在筒形建筑物的中部炸開(kāi) 1個(gè)或幾個(gè)缺口，使筒形建筑物塌落在預(yù)定的更小范圍內(nèi)。這就要求上、下截建筑物在倒塌過(guò)程中，相互不產(chǎn)生對(duì)倒塌范圍和方向不利的因素?，F(xiàn)以兩折疊拆除爆破為例來(lái)進(jìn)行研究。 ? 折疊傾倒方案的力學(xué)原理是在煙囪體上炸開(kāi) 2個(gè)或 2個(gè)以上的缺口，使各段筒體在重力所形成的彎矩和各段筒體相互作用下失穩(wěn)，坍塌在較小的范圍內(nèi)。 ? b爆破缺口位臵及其起爆順序的確定 ? 理論分析和數(shù)值模擬表明，采用雙向折疊定向傾倒方案拆除鋼筋混凝土煙囪時(shí)，其上部缺口的位臵和上下缺口起爆時(shí)差的選擇直接關(guān)系到整個(gè)方案的成敗。因此，在煙囪拆除爆破設(shè)計(jì)中，最好要通過(guò)模擬試驗(yàn)，確定上部缺口的位臵和上下缺口間的合理起爆時(shí)差。同時(shí)，爆破缺口的形式等也可能對(duì)爆破方案成功與否產(chǎn)生重要影響，也應(yīng)對(duì)其他影響因素給予必要的重視。 ? 上下缺口之間的起爆時(shí)差主要由兩個(gè)方面決定 :一是避免上段筒體塌落時(shí)后坐，保證初始階段的傾倒方向；二是兩段筒體折疊及落地狀態(tài)滿足要求。由此可知，確定上下缺口合理起爆時(shí)差時(shí) : ? (1) 應(yīng)使上缺口先形成，并保證下缺口起爆時(shí)，上部筒體已有定向傾倒的趨勢(shì)，在上下缺口時(shí)差選擇過(guò)程中可以考慮允許上部筒體已偏轉(zhuǎn) 1176。 ~2176。； ? (2) 在支撐斷面整體發(fā)生屈服破壞以前，下部缺口必須起爆； ? (3) 在上缺口位臵確定的條件下，選擇合理起爆時(shí)差，使煙囪落地狀態(tài)達(dá)到預(yù)定的效果。 ? 另外，下缺口起爆后，由于下段筒體產(chǎn)生加速度，上段筒體的后坐力會(huì)降低，說(shuō)明縮短起爆時(shí)差有利于防止上段筒體的后坐，因此應(yīng)盡量縮短上下缺口之間的起爆時(shí)差。 工程實(shí)例 100m煙囪三折疊拆除爆破 ? 工程概況 ? 廣州造紙廠煙囪高 100m，為鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)，標(biāo)高177。 ，壁厚 40cm；標(biāo)高 +0. 0m~ + 40cm。標(biāo)高 + 6. 0m ~ + 20. 0m處的壁厚 35cm；標(biāo)高 + 20. 0m ~ + 30. 0m處的壁厚 25cm；標(biāo)高 + 30. 0m ~ + 100m處的壁厚 22cm ； 煙囪頂部的外徑 3. 5m。煙囪耐火磚內(nèi)襯厚度 12cm，筒壁與耐火磚之間的空隙 5cm。煙囪混凝土體積 435. 1m3，紅磚內(nèi)襯 208. 85m3 ，整體