兩座100 m高薄壁結構冷卻塔控制爆破拆除

范曉曉， 董保立， 張紀云， 王 曉， 張英才， 徐鵬飛

(1. 河南迅達爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大學 土木工程學院， 河南焦作 454000;3. 中國礦業大學(北京) 力學與建筑工程學院， 北京 100083)

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兩座100m高薄壁結構冷卻塔控制爆破拆除

范曉曉1， 董保立1， 張紀云1， 王 曉1， 張英才2， 徐鵬飛3

(1. 河南迅達爆破有限公司， 河南焦作 454000； 2. 河南理工大學 土木工程學院， 河南焦作 454000;3. 中國礦業大學(北京) 力學與建筑工程學院， 北京 100083)

根據冷卻塔高、質量大、壁厚薄以及周圍環境復雜等特點，制定了安全可靠的爆破方案。通過采用高卸荷槽復式切口爆破拆除技術，選擇合適的爆破參數，采取合理的預處理措施和相應的安全防護措施，對兩座100m高薄壁結構冷卻塔成功實施了控制爆破拆除。降低了冷卻塔爆破振動效應，實現了冷卻塔爆破拆除精準定向。振動測試結果顯示，冷卻塔爆破拆除產生的振動速度均在安全允許范圍內，證實了振動控制措施的有效性和實用性，可為同類爆破拆除工程提供參考。

薄壁結構； 冷卻塔； 控制爆破； 高卸荷槽； 預處理； 安全措施

1　工程概況

1.1塔體結構

擬拆除兩座冷卻塔均為薄壁鋼筋混凝土結構，其形式及淋水面積均相同，高100m，底部半徑為40m(+0.00m)，圈梁處半徑為37.07m(+7.82m)，塔體上口半徑為22.38m；圈梁處壁厚為700mm，塔體壁厚最薄處僅為160mm，筒體由40對人字柱支撐，人字柱為φ 600mm的鋼筋混凝土圓柱。

1.2周圍環境

冷卻塔周圍環境較為復雜，1#冷卻塔東側11m處為廠區圍墻，圍墻外為空地；南側8m處為廠區圍墻，圍墻外為空地。2#冷卻塔西側10.5m處為廠區主道路，16.5m處為廠區停車場，63.4m處為食堂及值班樓；北側10m處為廠區圍墻，24m處為七一西路，路北側為高壓線，40m處為民房；南側3m處為廠區小車班辦公室，18m處為電纜溝(帶電)，2m處為車庫。周圍環境見圖1。

圖1　周圍環境示意圖Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

2　爆破難點

(1)距冷卻塔北側的民房、高壓線路和南側的電纜溝較近，需要重點保護。

(2)塔壁壁厚最大700mm，最薄160mm，人字柱為φ600mm的圓柱，炮孔深度較淺，填塞長度短，爆破飛石較難控制，必須采取防護措施，減少飛石。

(3)冷卻塔高且質量大，在塔體倒塌觸地的過程中可能會產生較大振動，為了保護周圍建筑及運行設施不受振動的影響，需要采取減振措施。

3　爆破拆除方案及參數

3.1倒塌方向的確定

為保護冷卻塔北側民房和高壓線路不受影響，根據冷卻塔周圍環境，考慮到其東南側有滿足倒塌的場地，因此，確定采用定向控制爆破拆除技術進行爆破拆除，兩座冷卻塔均向東偏南30°方向倒塌。

3.2爆破切口設計

根據多年冷卻塔工程爆破經驗，在對冷卻塔進行結構分析和驗算的基礎上，采用冷卻塔高卸荷槽復式切口爆破技術，在爆破切口范圍內開設多個以倒塌中心線為基準，向兩側呈階梯狀分布的高卸荷槽，使之與定向窗組成復式爆破切口〔1〕。因此，爆破切口僅在人字柱進行布置〔2〕。

(1)切口高度：取冷卻塔人字柱高度，7.8m。

(2)切口長度：冷卻塔由40對人字柱支撐，根據相關理論〔3〕和工程經驗，確定冷卻塔切口寬度取筒身下口周長的0.6倍，即139.7m，實際施工時，僅取24對人字柱布置炮孔。

3.3爆破參數

(1)炮孔參數

人字柱為φ600mm的圓柱，采用單排布孔，炮孔深度42cm，抵抗線30cm，炮孔間距40cm。

(2)單孔裝藥量

單孔裝藥量Q按照體積公式計算：

Q=q·S·h

式中：q為炸藥單耗，取1.3 kg/m3；S為圓柱截面積，m2；h為爆破體高度，m。經計算Q=147 g，通過試爆最終確定單孔裝藥量為130g，實際炸藥單耗為1.15kg/m3。

單個冷卻塔爆破參數見表1。

表1　爆破參數

3.4預處理

(1)采用液壓炮錘對冷卻塔內的淋水框架及系統構件進行預先拆除，將上塔爬梯與冷卻塔塔身進行切割分離，避免淋水框架、系統構件和上塔爬梯對冷卻塔的傾倒造成影響，保證塔體倒塌解體充分。

(2)為減少爆破總裝藥量和鉆孔施工時間，弱化塔體剛度，保證冷卻塔順利定向倒塌，在冷卻塔倒塌中心線兩側對稱開設11條卸荷槽，高6 ～16m，均為1.2m寬。卸荷槽為隔跨開設，除凈槽內混凝土，保留鋼筋。隔槽破碎圈梁部分，保留鋼筋。

(3)在爆破切口兩側采用機械開挖兩個三角形定向窗。定向窗尺寸為底寬6m、高3m，見圖2。

3.5起爆網路設計

采用非電雙向延時多點觸發爆破網路分段起爆，1#冷卻塔首先起爆，2#冷卻塔延遲310ms起爆。單塔以倒塌中心線為對稱軸將炮孔對稱劃分為4個段別起爆，延時時間為310ms，可有效控制爆破振動對周圍建(構)筑物和設施的影響。

4　安全防護措施

(1)為了減小爆破危害的影響，在人字支柱外側覆蓋三層草苫和兩層鋼絲網，北側距離民房較近的支柱采用三層草苫和三層鋼絲網進行防護。

圖2　爆破切口示意圖Fig.2　Schematic diagram of blasting cuts

(2)在冷卻塔北側開挖寬約3m、深度約3.5m減振溝，阻斷地震波向外傳播〔4〕，有效控制振動對北側民房的影響。

(3)在冷卻塔北側圍墻處搭設防護屏障，可阻擋飛石對周圍民房的門窗玻璃的破壞；對南側距離較近的循環水泵房，在窗戶上掛設三層草簾，防止飛石砸壞玻璃。

(4)因南側電纜溝中電纜帶電，故將電纜架落至溝地，并在電纜溝中回填3 ～4m厚黃土，以免損壞電纜。

5　爆破振動監測與結果分析

現場共布設5個測點(圖1)，監測結果見表2，典型振動波形見圖3。

表2　監測結果

圖3　振動速度波形Fig.3　Vibration velocity waveform

監測結果表明，本次冷卻塔爆破拆除過程中，電廠廠房最大振動速度為1.67cm/s，未超過《爆破安全規程》(GB6722-2014)〔5〕規定的2.5cm/s；民房的最大振動速度為1.41cm/s，未超過《爆破安全規程》(GB6722-2014)規定的1.5cm/s，振動在安全允許范圍內。

此次爆破振動相對較大，主要原因：單座冷卻塔的單段起爆藥量較大；兩座塔之間的延時時間較短，導致2#冷卻塔的MS1段和1#冷卻塔的MS9段同時起爆，爆破振動相對較大。

6　爆破效果與體會

兩座100m高冷卻塔起爆后按設計方向倒塌，塔體解體充分。周圍建(構)物和設施等均沒有受到影響，達到了預期的爆破效果。爆破效果見圖4。

圖4　爆破效果Fig. 4　Blasting effect

此次工程爆破振動相對較大，故在以后工程實踐中，要注意選擇合適的單段最大起爆藥量，同時合理選擇兩座建(構)物起爆的間隔時間。

〔1〕 褚懷保，侯愛軍，徐鵬飛，等. 冷卻塔高卸荷槽復式切口爆破控制振動機理研究[J]. 振動與沖擊，2014，33(9)：195-199.

CHUHuai-bao，HOUAi-jun，XUPeng-fei，etal.Vibrationcontrolmechanismofcompositecutblastingtechnologyofhighloadrelievinggrooveofacoolingtower[J].JournalofVibrationandShock，2014，33(9)：195-199.

〔2〕 王曉，徐鵬飛，張英才.兩座90m高冷卻塔控制爆破拆除[J]. 工程爆破，2015，21(2)：40-42.

WANGXiao，XUPeng-fei，ZHANGYing-cai.Controlledblastingdemolitionoftwo90mhighcoolingtower[J].EngineeringBlasting，2015，21(2)：40-42.

〔3〕 李勝林，劉殿書，劉凱，等. 雙曲線冷卻塔爆破拆除數值模擬研究[J]. 北京理工大學學報，2014，34(2)：123-126.

LISheng-lin，LIUDian-shu，LIUKai，etal.Numericalsimulationstudyonblastingdemolitionforhyperboliccoolingtower[J].JournalofBeijingInstituteofTechnology，2014，34(2)：123-126.

〔4〕 潘濤，康明，趙明生. 減震溝相關參數對減震效果影響的數值模擬[J]. 金屬礦山,2013(5):45-48.

PANTao，KANGMing，ZHAOMing-sheng.Numericalsimulationofdampingeffectsofdampingditchparametersonvibrationreduction[J].MetalMine,2013(5):45-48.

〔5〕 爆破安全規程GB6722-2014 [S]. 北京：中國標準出版社，2014.

SafetyregulationsforblastingGB6722-2014[S].Beijing:ChinaStandardsPress，2014.

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Controlledblastingdemolitionoftwo100mhighthin-walledstructurecoolingtower

FANXiao-xiao1，DONGBao-li1，ZHANGJi-yun1，WANGXiao1，ZHANGYing-cai2，XUPeng-fei3

(1.HenanSchindlerBlastingCo.,Ltd.,Jiaozuo454000,Henan,China;2.SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,Henan,China;3.SchoolofMechanicsandArchitecturalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),Beijing100083,China)

Thecoolingtowersarehigh,withlargemassandthinwallthickness,andthesurroundingenvironmentiscomplex,accordingtothecharacteristics,asafeandreliableblastingschemewasdesigned.Two100mhighthin-walledstructurecoolingtowerweresuccessfullydemolishedbyusingtheblastingdemolitiontechnologyofhighunloadinggroovecompoundnotch,theappropriateblastingparameterswereselected,appropriatepretreatmentmeasuresandthecorrespondingsafetymeasuresweretaken.Theblastingvibrationeffectwasreducedandpreciseorientationofcoolingtowerblastingdemolitionwasachieved.Thevibrationtestresultsshowedthatthevibrationvelocityofblastingdemolitionofcoolingtowerwasinthesaferangeandthevalidityandpracticabilityofthevibrationcontrolmeasureswasproved.Itcouldprovideareferenceforsimilarblastingdemolitionprojects.

Thin-walledstructures；Coolingtower；Controlledblasting；Highunloadinggroove；Pretreatment；Securitymeasures

1006-7051(2016)04-0052-03

2016-03-08

國家自然科學基金(51474218)

范曉曉(1987-)，男，助理工程師，從事拆除和巖土爆破工作。E-mail： 634942170@qq.com

TD235.3

Adoi： 10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.011