2座105m高冷卻塔爆破拆除振動測試及分析

改造者:殷 凱 顧 欣 楊 婷

2座105m高冷卻塔爆破拆除振動測試及分析

改造者:殷 凱 顧 欣 楊 婷

在黔北發電廠內2座105高雙曲線冷卻塔爆破拆除中，對地震波強度進行了監測，測量了爆破缺口內炸藥爆炸和冷卻塔觸地沖擊振動的振速和主振頻率。經對測試數據分析得出結論:各測點的振動強度都低于安全允許振速；在冷卻塔的爆破倒塌過程中，觸地沖擊振動的頻率普遍小于爆破的振動頻率；冷卻塔倒塌觸地引起的振動強度一般略大于爆破缺口炸藥爆炸產生的振動強度。測試結果可為類似工程提供參考。

工程概況

爆破對象（1#、2#冷卻塔）位于貴州黔北發電廠廠內，兩座冷卻塔并立且間距為43m。冷卻塔屬于薄壁雙曲線雙層鋼筋網混凝土結構，由環形基礎、人字形柱、環形梁和通風筒四部分構成。冷卻塔總高05.25m，基礎最外面直徑為82.06m，基礎地面直徑80.00m，人字形立柱橫截面尺寸是0.6m×0.6m的正方形，人字形柱的上部是高1.2m×0.7m的鋼筋混凝土圈梁，通風筒為雙曲線形，高約98m。筒壁底部直徑82.06m，頂部直徑49.49m，通風筒底部混凝土壁厚0.7m。

1#冷卻塔的底部西側25m處有水泵房、生活水池；底部南側30m處電廠圍墻外面有一排民房。2#冷卻塔的底部東南側20m處山坡上有一架高壓線，底部南側30m處電廠圍墻外面有民房。距兩座冷卻塔東南側200m處有3組冷卻塔在正常運行，冷卻塔的四面均有管線，北側、東側、西側道路地面下有污水和熱力管線，而南側有水處理管線和澄水池，北側、東側的生產車間及水處理房內有精密儀器，因此周圍環境十分復雜。

冷卻塔拆除采用定向爆破拆除方案，倒塌方向為對向倒塌，采用正梯形爆破切口，爆破切口圓心角為2200，切口高度為13.5m，爆破總裝藥量為300kg，最大單響藥量15kg。兩塔起爆時差:880ms。在冷卻塔西南側（即靠近居民區一側） 圍墻內開挖了減震溝，減震溝寬2m、深1.5m、長100m；在兩塔之間敷設了3條減震緩沖堤，用以減緩筒體觸地速度，降低塌落沖擊振動。1#、2#冷卻塔周圍環境及測點的布置具體情況見圖1所示。

測試儀器及測試方法

測試儀器的特征

隨著爆破理論及技術的發展，國內外的研究者發現除了震動強度對設施物破壞有影響外，振動頻率對設施物破壞也有影響，采用單一強度參數作為爆破振動破壞的評定標準具有很大的局限性，我國于2003年起將質點振速峰值和主振頻率作為爆破振動安全的評判指標。 本次測試采用成都中科測控有限公司制造的TC-4850爆破測振儀，TC-4850爆破測振儀不僅可用于現場爆破振動、主振頻率等測試，而且可以對信號進行記錄和分析。該儀器可以檢測x、y、z三個方向的質點振動速度。本次1#、2#冷卻塔爆破振動檢測共用檢測儀器9臺，所用的TC-4850爆破測振儀均經過權威檢測機構檢定為合格。

測點的布置

測點位置一般布置在重點被保護目標的附近，其中在冷卻塔東北面廠區內重要建筑物前布設了3個測試點，在西南側廠區圍墻外最近民房及結構較差具有代表性的建筑物基礎上共設6個測試點；每臺儀器同時檢測采集水平徑向、水平切向、垂直向的爆破振動速度和主振頻率。布點位置詳見表1

表1 布點平面示意圖

圖1 周圍環境及測點的布置

測試結果

1#、2#冷卻塔于2014年9月14日11點30分起爆，按設計方向倒塌，爆破達到預期效果。9個測點都測量到了數據，所測的數據見表2、3。

表2 爆破振動觀測結果（觸地振動引起）

表3 爆破振動觀測結果（炸藥爆炸引起）

冷卻塔部分測點波形圖見圖2。

測試結果分析及結論

（1）各測點處所測得的最大振動速度為Vmax=0.506cm/s，遠低于一般房屋的安全允許振速值2.0～3.0cm/s，說明爆破產生的振動對周圍民房沒有影響。這說明了所采取了減振措施效果很好，振動強度得到了較好的控制，爆破振動對周圍民房是安全的。

（2） 從波形圖可以看出，爆破振動由三個部分組成:炸藥爆炸引起的振動、爆破缺口前沿觸地引起的振動及冷卻塔主體觸地引起的振動。爆破缺口觸地的時間大約是炸藥爆炸后2-3s，冷卻塔主體著地時間大約是炸藥爆炸后7-8s，如波形圖a，b所示。

（3）以表2、3中測試數據進行比較，在冷卻塔東北方向一側的3個測點（測點2～4號）所測得最大振動速度為0.506cm/s，而在冷卻塔西南方向一側的另外6個測點（測點5～10號）處，所測得最大振動速度為0.096cm/s，西南側振動強度明顯減少；從兩側相對的測點位置的數據也可看出，西南側的振動強度至少比東北側的少50%，說明減振溝減振的效果明顯。

（4）從振動強度看，爆破缺口前沿觸地引起的振動強度少于冷卻塔主體著地引起的振動強度，觸地振動的強度一般大于炸藥爆炸引起的振動強度，但振動強度相差不多，個別測點炸藥爆炸引起的振動強度還大，如波形圖c所示，這與煙囪水塔類高聳構造物有明顯不同。但炸藥爆炸引起的振動頻率大（41～85Hz），而觸地振動的頻率少（9～26Hz）.觸地振動的頻率更接近建筑物自身的頻率，對建筑物更易造成損傷，所以，對于冷卻塔這樣的拆除爆破來說，如何減小沖擊振動要比控制炸藥爆炸所造成的振動更重要。

圖2 實測振動波形圖

殷 凱 顧 欣 楊 婷

貴州省銘豪爆破監理有限公司

殷凱（1970-）男，本科，工程師，主要從事工程爆破的施工及管理工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.22.001