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1、烟囱控制爆破设计一、工程概况沙河市健新玻璃厂有座烟囱急需爆破拆除，河北云山集团工程爆破有限企业承揽此项目。该烟囱周围环境复杂，实行爆破拆除有一定难度。烟囱高50米，系石灰沙浆砌红砖构造，距自然地坪0.5米处的外周长012米，底部外壁厚0.5米，内壁0.12米。被爆烟囱周围环境复杂，距烟囱北侧5米处为煤气炉，西侧2米处为厂房，南侧10米处为配电室，正东方向场地开阔，便于烟囱倾倒。待爆烟囱周围环境示意图见附图。健新玻璃厂待爆烟囱周围环境示意图二、烟囱的爆破拆除方案优化选择爆破拆除烟囱最常用的方案有三种：一是定向爆破拆除；二是折叠式爆破拆除；三是原地坍塌爆破拆除。1 .定向爆破拆除方案运用炸药的爆炸
2、能量在烟囱底部，将烟囱筒壁炸开一定高度的爆破缺口，破坏其构造的稳定性，使其整个构造失稳和重心偏移，在烟囱自重作用下，形成倾覆力矩，导致烟囱按预定方向倾倒。实现定向爆破的先决条件是：在烟囱倾倒方向必须具有一定宽度的狭长场地，其长度不得不不小于烟囱高度的l.o1.2倍，垂直于倾倒中心线方向的横向宽度不得不不小于烟囱底部外径23倍，钢筋碎烟囱1.52倍。长处：（1）设计与施工简朴；（2）施工操作安全、迅速、经济；（3）药孔和药量较少；（4）爆破缺口防护简便；（5）有助于缩短工期。缺陷：（1）需要狭窄的爆破场地；（2）烟囱倾倒触地时振动大。2 .折叠式定向爆破拆除方案对于定向倒塌水平距离局限性的烟囱，
3、一般采用折叠控制爆破拆除措施。折叠爆破首先要处理好折口的形式及碎块飞散的防护。折口的形式及其口长、口高与整体定向倒塌爆破切口相似，但为减少折口爆破部位的碎块飞散，有助于安全防护，其单孔装药量要比整体定向倒塌爆破少15-20%o折口处起爆前，一般采用有弹性材料捆绑围护。折叠爆破的爆破原理与整体定向倒塌爆破原理相似。所不一样的是每一节的折口方向相反，起爆的时间次序也不一样。起爆次序应自上而下实行，下节要比上节起爆时间延期1L5秒，最理想的现象是待上节倒塌至20。时即起爆下节，这样就可以使每节塌落时沿重心方向运动。每节倒塌至20起爆下节，使上节下塌时形成后座力、重心力和前倾力。以重心力为中心，使其能
4、沿中心线运动，互相形成折叠式。折叠爆破每一节的长度，应依周围环境而定，但应满足塌落物堆积的幅度（即散布面）和每节烟囱折叠下落触地后的滚动距离等条件。这些原因必须加以考虑，否则将会顾此失彼，导致不可弥补的失误。优缺陷：不需要定向爆破中的狭窄场地，触地振动小，技术难度大,高空作业，危险大，成本高，工期长。3 .原地坍塌爆破拆除方案原地坍塌可以与折叠爆破原理相似、措施相似，所不一样的是每一节的长度相称短，几乎是一旦起爆，就会出现自下而上往下堆的现象，这与高大楼房等建筑物的原地坍塌爆破的原理是相似的，措施也是相似叽优缺陷：适合于较小的场地规定，高空作业，其施工难度大，技术难度高，风险大。根据场地的实际
5、状况，通过以上分析比较，此烟囱采用定向爆破方案为最优爆破方案。烟囱倒向的选择：根据烟囱周围环境状况，烟囱定向倒塌方向为正东方向。三、烟囱拆除爆破失稳倾倒机理烟囱类高耸筒式构筑物控制爆破倒塌机理为：采用控制爆破在高耸筒式构筑物底部某一高度处爆破形成一定尺寸大小日勺缺口，上部筒体在重力与支座反力形成的倾覆力矩作用下失稳，沿设计方向偏转倒塌。在烟囱定向拆除爆破过程中，当爆破缺口形成后，在缺口对面保留部分日勺圆环筒体称为预留支撑体。假如上部筒体的重力对预留支撑体的压应力超过了材料的极限挤压强度，则预留支撑体就会瞬时被压坏而使烟囱下坐，则上部筒体在重力和支座反力形成的倾覆力矩作用下，使预留支撑体截面瞬时
6、由所有受压变为偏心受压状态。倾倒初期，预留支撑体截面一部分受压、一部分受拉。在承压区承受倾覆力矩引起的压应力和重力引起的压应力叠加，压应力呈边缘区最大、中性轴处为零的三角形分布。当最大压应力不小于材料的极限抗拉强度时，预留支撑体上出现裂缝。当烟囱为砖构造时，随裂缝时出现，上部筒体将深入倾倒，倾覆力矩增大，裂缝将贯穿整个截面。对钢筋混凝土烟囱，当预留支撑本截面上的混凝土开裂后，钢筋将承担所有拉应力，此后钢筋在烟囱倾覆力矩改!作用下受拉屈服，继面颈缩断裂。当爆破缺口闭合后，烟囱绕新的支点旋转并最终倾倒。由烟囱控制爆破倒塌的机理可知，爆破缺口是影响烟囱失稳倾倒的关键原因。烟囱倾倒须满足三个条件，一是
7、烟囱爆破后倾倒初期预留支撑体截面要有一定的强度，使其不致立即受压破坏而使筒体提前下坐；二是缺口形成瞬间，重力引起的倾覆力矩必须足够大，能克服截面自身的塑性抵御力，促使烟囱定向倾倒；三是缺口闭合后，重力对新支点必须有足够大日勺倾覆力矩，使其能克服烟囱剩余的塑性抵御力。对砖构造烟囱，只要其重心偏出新支点，就能顺利倾倒；而对于钢筋混凝土烟囱,其重心不仅要偏出新支点，并且重心相对新支点的力矩必须不小于破坏截面的拉力钢筋所产生的力矩。四、烟囱定向爆破设计：根据甲方的规定及待爆烟囱周围环境的客观规定，既要保证周围建筑物的安全，又要安全顺利完毕爆破拆除任务，决定采用定向倒塌的方式将烟囱爆破拆除，倾倒方向为正
8、东方向，爆破缺口采用“一”字型，倾斜角为90度，布孔形式为梅花型，爆破缺口的下沿距自然地坪0.5米。爆破缺口的长度为该处烟囱周长的0.6倍。为了保证安全顺利地完毕本次爆破拆除工作，我们采用了如下几种方面的措施：精心设计优化爆破方案，可行性达100%；精确确定烟囱倾倒方向：烟囱爆破拆除的定向倾倒中心线是确定爆破缺口的中心线的根据。在周围有可倒塌场地的状况下，爆破设计的烟囱定向倒塌方向原则上应尽量与烟囱构造的对称线一致。在施工现场要用测量仪器精确地把其方位标在烟囱的圆形筒壁上。确定了爆破缺口中心线后，应从中心线向两侧均匀对称布置炮孔，炮孔应指向截面的圆心；严密采用防护措施，提高防护等级；在烟囱爆破
9、缺口处，用草垫进行覆盖保证爆破烟囱时没有碎石飞出。为了保证烟囱支承体不被损坏和定向精确，爆破前人工用风镐在爆破缺口两侧开设两个定向窗。烟囱缺口定向窗尺寸高为L2米，宽为1.1米。烟囱爆破时，为了保证爆破缺口持续性，爆前对爆破缺口内衬进行人工拆除。(6)爆破时，为了保证安全，需对烟囱周围避雷线，予以人工拆除。1、烟囱爆破参数设计(1)爆破缺口长度1.=O.6C=0.612=7.2m(2)最小抵御线h=l2B=0.50.5=0.25m(3)炮孔深度1.=0.7B=0.70.5=0.35m取0.4m(4)炮孔间距a=0.9L=0.9X0.4=0.36m取0.4m(5)炮孔列距b=a=0.4m(6)爆
10、破缺口高度H=(1.5-2)B=O.75-Im取1.2m(7)炮孔列数N=Hbl=4(列)(8)炮孔个数由于在爆破缺口两侧开设了2个定向窗，高为L2m,宽为1.1m,实际钻孔的缺口长度L=7.22XLl=5m将最底部炮孔视为第一列，则第一列炮孔个数NLa-13个，由于布孔形成采用梅花型，则第二列个数N2二12个，第三列个数N3=13个，第四列个数N4=12个，则总装药个数为N=(Nl+N2)义2=50(个)。(9)单孔装药量Q=qabB将q=1800gm3,a=0.4m,b=0.4m,B=0.5m代入上式得：Q=144g取150g实践证明，如爆破目的上部荷载较大，且规定存碎块散离原位时，药量应
11、按计算值合适增长，最大不超过30%,故装药量C=l.3150=195g,取200go(10)爆破总装药量Q=qn=200gX50=1Okg(11)爆破缺口设计爆破缺口的重要形式有水平型缺口、梯型缺口、反人字型缺口、斜型缺口等，由于烟囱周围条件复杂，通过测量烟囱重心没有发生偏移，考虑到烟囱施工防护以便，减小后坐现象，根据以往大量的工程实践经验，决定采用水平型爆破缺口，为了定向精确，减小一次起爆量，在烟囱施爆前提前开设两个定向窗。五、爆破网络设计由于烟囱这次爆破需用电雷管个数较少，故采用串联线路进行起爆。健新玻璃厂待爆烟囱爆破网络示意图006。06。o-eg-点火站“O O 。 。 O 。P -。
12、 。 OO 0 00 0 00000Ooo。一。OQ-OCj)导爆管堵塞段装药段lT爆管雷管装药结构图六、安全技术设计1、爆破地震计算根据爆破安全规程，爆破中心到保护物之间的距离按下式计算:V=KKg厂(1)式中：V一被保护物处的质点振动速度，cm/s；K与介质性质、爆破方式等有关的系数，K=100150K一分散与临空面系数，K=0.25-1.00；Q一同段起爆的最大装药量，kg；R一爆破中心到被保护物之间R距离，m；一与传播途径和地形有关的系数，近距离=l.52.3；对于烟囱爆破时，根据以上设计装药量，同段起爆的炸药量及总装药量都比较小，因此爆破震动是微弱的。取K=150,=1.57,K,=
13、0.5,对烟囱周围被保护建筑物根据(1)式进行安全振速校核。由计算成果可知，爆破地震引起的振动速度远不不小于容许的振动速度，即烟囱爆破时日勺地震效应是很弱日勺，因此要保护日勺建筑物是安全电2、烟囱落地日勺振动安全校验高耸日勺烟囱爆破倒塌落地瞬间会触地冲击地面，在地面内产生冲击震动效应，在拆除爆破高耸建、构物时，冲击震动效应比爆破地震效应更明显。因此它对周围建筑物等导致的危害不容忽视，须引起高度重视。采用中国科学院力学研究所提出的计算触地振速的公式：1.x2=248(3R)3.K(2)式中：I为冲量：I=mv；NSoV-建筑物、构筑物触地时速度，m/s；由能量守恒定律得：0.5mv2=mg(Hi
14、-H2)=mgH,由此式可求出V值;乩、同一待爆建筑物原重心高度与触地时的J重心高度，m；H=H1-H2为爆破后重心的下降高度，m；m一待爆建、构筑物的质量，kg；R爆破体重心距保护对象的距离，m；Kl-分散与缓冲系数K=O.3。烟囱物理参数及烟囱爆破塌落触地时引起周围保护对象的冲击振动速度，按上式编出程序计算。计算中按爆破缺口同步切除，烟囱按刚体自由落体同步冲击落地计算，此时引起的冲击振动速度最大。实际上烟囱在倒塌触地时，常常在烟囱的中上部要产生折断并分次冲击塌落，同步要产生后坐现象，因此实际的冲击振动速度要比计算值小得多。由表计算成果可知，烟囱爆破不会对周围产生任何影响。3、爆破空气冲击波
15、的安全距离校验爆破空气冲击波的安全距离可按下式计算：R=KMm(3)式中：R一爆破空气冲击波的安全距离，m；Q一装药量，kg；瞬发爆破为总药量，延期爆破为单段最大药量K与装药途径和爆破程度有关的系数；对于建筑物K=I2,对于人K=I0。由于一次起爆的最大单段药量为10kg,按此药量计算，由(3)式得:对人员的安全距离为32m,对建筑物的安全距离为7m,因此，爆炸冲击波不会对警戒距离以外的人员及周围建筑物导致危害。4、爆破飞石的安全距离校验爆破飞石是控制爆破的一大危害，在都市控制爆破中，爆破飞石导致的损失多、危害重，它产生的原因是炸药爆炸能量消耗在介质的破坏后，多出的能量作用在碎块上，使碎块获得动能，并以一定的初速度向外飞散。个别爆破飞石的最大水平距离可按下式计算：V=20k(-)ms,W(1-4)CV2sina5=,mg式中：V一飞石初速度，m/s；Q一单孔最大药量，kg；w最小抵御线，m；K一系数，0.2-0.5；g一重力加速度，m/s；S一个别飞石水平方向时距离，m；一飞石的抛射角。当二45。时，个别飞石的水平距离最远。将烟囱爆破的
