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大型连体筒仓拆除爆破技术

2006-12-28   来源:安全文化网    |   浏览:    评论: 0    收藏
安全文化网 www.anquan.com.cn   1.工程概况与特点
  
  北京永定门粮库位于崇文区永定门外沙子口,根据北京市建设规划,库区内建、构筑物将全部拆除,拟新建现代商业及居民区。粮库中心有32个钢筋混凝土筒仓,筒体之间均为钢混凝土连接,整体性强,稳定性好。每个简体直径6m,壁厚0.18m,地面以上筒高45m,地下室标高为-4.5m。实际上32个筒仓以沉降缝为界分为南北两组,每组16个,底部由面积26m×26m、厚1.4m的钢筋混凝土底板作基础,中间设沉降缝,两组筒仓的顶板和地面盖板连接在一起。每组筒仓顶部设有两道圈梁,仓顶盖板上部为钢结构屋架,将两组筒仓连成一体。筒仓平面结构见图1。
  
        图1连体筒仓的结构平面图
  
  
  
  筒壁全部为双层钢筋网,立筋为F16mm螺纹钢,间距250mm,环向筋由下而上分别为F14mm、F12mm、F10mm螺纹钢,间距200mm,内外环筋之间采用F6@500~700的联系钢筋焊接,柱部处联接钢筋加密,混凝土标号为259号,每个简体重约350t。
  
  该筒仓拆除爆破的要求为:地面以上筒体翻转倾倒,解体充分,塌落振动不超过安全规程规定。
  
  该连体筒仓拆除爆破的特点为:一次爆破拆除的简体高度大、数量多,而且连体筒仓的高度比较小,结构稳定,翻转倾倒困难。根据查新结果,在迄今为止的国内筒仓群爆破拆除中,这次爆破拆除的筒仓数量最多、面积最大、高度最高。
  
  
  
  2.整体爆破拆除方案
  
  建(构)筑物拆除爆破倒塌方式可分为原地塌落、定向倾倒等多种方式。待拆除连体筒仓外形高47m,宽25m,高宽比为1.8,重心高度23m。最为经济的方案是在结构体下部通过爆破形成一个三角形切口,使连体筒仓在自重作用下整体定向倾倒。然而对多种形式的切口所进行的计算表明,由于整个连体筒仓的高宽比太小,难以整体倾覆,即使整体结构能够倾倒,因倾覆力矩较小筒体结构也难以解体,不能产生良好的摔碎效果。经反复研究认为:通过预处理,将整个连体筒仓分割成4个独立的结构体,高宽比就会增大,能满足倾覆翻转的要求。具体的处理方法是:首先沿沉降缝位置将连体筒仓的顶板、屋架和地面盖板切开,割断南北两组筒仓结构上的联系;然后在连体筒仓南北向中心线偏西的筒壁上切割出一条宽5~10cm的上下贯通缝,这样就将整个连体筒仓分成了4组,分别定为北西组、北东组、南西组、南东组。每组2排,每排4个筒体,如图1所示。
  
  由于爆区东侧为拆除后的大片空地,西侧是暂时保留的房屋,北侧为工作塔楼拆除后的空地,南侧为滞后拆除的圆筒仓库,所以各组筒仓全部向东方向倾倒。另外,将32个连体筒仓分成4组后,通过设计合理的起爆时差,使各组按要求顺序倾倒,可减小同时触地的冲击力,降低触地振动。
  
  通过反复研究认为,采用此方案,不但能使连体筒仓可靠倾倒,而且可确保安全。
  
  
  
  3.拆除爆破设计
  
  (1)爆破切口设计
  
  要保证多排连体筒仓顺利定向倾倒,准确设计爆破切口是至关重要的。由于分割后的各组连体筒仓都向东倒塌,爆破切口的设计应考虑前组(北东组和南东组)向东倾倒时不会影响后组(北西组和南西组)继续向东倾倒。为此,前后组的爆破切口设计应有区别,前组的三角形切口向上张口,而后组的三角形切口向下张口,如图2所示。根据计算,要想使每组筒仓的重心O。移至支撑面以外,三角形切口角度应达到25°以上,因此前组的炸高计算如下:H1≥CA×tg25°=6.06m。设计中为确保筒体顺利倾倒,北东组和南东组筒体的最大炸高H,取为8m,北西组和南西组筒体的最大炸高日2取为7m。从图2上可看到,前组的爆破切口一旦形成,筒体能快速翻转倾倒。由于后组爆破切口的支点已抬高,且三角形上切口线向内折转,只要起爆时差控制得当,就能使前、后组在翻转过程中不会发生相互影响,确保各组筒体顺利倾倒。
  
  
  
  
  
  图2爆破切口布置与倾倒方向
  
  
  
  (2)预处理
  
  预处理主要包括三个方面:①预切缝。沿沉降缝位置先将连体筒仓的顶板、屋架和地下室盖板切割开,割断南北筒仓结构上的联系;再在南北对称轴线偏西的筒壁位置自上而下开凿出宽5~10cm的贯通缝,缝间钢筋全部切断,顶部圈梁和钢屋架也必须断开。这样,就将整体的32个连体筒仓分割成4组,定向爆破体的高宽比就增大到3.4,容易实现定向倾倒。②北东、南东组筒仓的预处理。这两组处在倒向的前侧,对其中的2号、3号、18号、19号筒体,用液压镐破碎筒壁,拆除高度为8m;再用液压镐拆除6号、7号、22号、23号简体的前半部分筒壁,拆除高度4m。此外,外侧简体非连接处的部分筒壁也用液压镐拆除,其余的l号、4号、17号、20号以及5号、8号、21号、24号筒体的非连接处的筒壁,按照设计的三角形切口范围,由人工用风镐拆除,保留的筒体连接柱,需钻眼爆破,见图3。北东、南东组每组需保留6个待爆破的连接柱。③北西、南西组筒仓的预处理。由于液压镐无法伸人这两组筒仓内部,预处理工作基本上由人工风镐进行。三角形切口区域内的筒壁用风镐切出上、中、下三条空洞,作为定向窗。只要在连接柱上钻孔,爆矿后切口就能形成。这两组筒仓的预拆除区和钻孔爆破区如图4所示。
  
  
  
  
  
  图3北东和南东组筒壁的预处理
  
  
  
  
  
  图4北西和南西组筒壁的预处理
  
  
  
  (3)连接柱爆破参数设计
  
  由于切口范围内筒仓非连接处的薄壁部分已被预处理,需要爆破的只有简仓连接处形成的厚实连接柱体,但连接柱的断面形状为中间薄两头厚,如图5所示,如何合理布置炮孔和装药量是爆破成功与否的关键。通过反复比较确定,炮孔垂直纵轴,两侧以中心轴为准对称布置,每排7个炮孔,排距为0.3m。炮孔的深度、间距、药量不等,以达到均衡爆破、简化施工的目的。根据试炮结果,内部连接柱爆破的炸药单耗取2kg/rn3较合适,炮孔的深度和装药量为:中心孔L0=23cm,q0=75g,其余孔依次为Ll=25cm,ql=100g;L2=30cm,q2=100g;L3=45cm,q3=200g。
  
  
  
  
  
  图5连接柱的炮孔布置断面图
  
  (4)起爆顺序
  
  由于受场地条件限制,32个钢筋混凝土连体筒仓必须全部向东倾倒,并且只能进行一次爆破。为此,4组简体必须顺序延时爆破,起爆时差设计的原则为:北侧先起爆,而且北东组开始向东倾倒后再起爆北西组;南侧比北侧稍后起爆,这样就可使各组筒体的触地时间完全错开。
  
  实际各组起爆顺序如下:北东组(1号~8号筒仓)为第一组,1段毫秒雷管(0s)引爆;南东组(17号~24号筒仓)为第二组,2段半秒雷管(0.5s)引爆;北西组(9号~16号筒仓)为第三组,5段半秒雷管(2s)引爆;南西组(25号~32号筒仓)为第四组,6段半秒雷管(2.5s)引爆。由此实现了北侧比南侧组先0.5s起爆,东侧组比西侧组提前2s起爆。
  
  
  
  4.安全防护措施
  
  (1)飞石防护
  
  爆破飞石防护主要针对外侧炮孔爆破产生的飞石,内部连接点的爆破可不采取防护措施。对外侧炮孔除了控制炸药单耗外,还应设飞石防护帘。飞石防护帘用筋笆、草袋和废旧胶皮带制作,挂在炮孔部位距筒壁0.5m处,主要是东、北两个方向的炮孔需做加强防护,严格控制飞石距离,其它方向作一般防护。
  
  (2)振动控制
  
  如何降低塌落振动是这次拆除爆破需要解决的主要问题之一。由于此前连体筒仓旁边的工作塔楼采用了机械破碎法放倒,倒塌触地时引起了较强的地面振动,150m以外的居民小区振感强烈,个别住户房屋发生开裂,居民纷纷投诉。此次地震问题反应到崇文区政府、北京市政府,北京电视台还作报道,造成了严重影响。此前放倒的工作塔楼长22m、宽8m、高度为50m,总质量约3000t;而32个连体筒仓的高度47m,总质量12000t。若不采取有效减振措施,必将产生更为严重的振动灾害。
  
  本次爆破拆除采取的主要减振措施有以下几方面:
  
  (1)分组延时爆破。32个连体筒仓被分成4组,每组筒体总质量只有3000t;分4段引爆,段间时差大于0.5s,使各组简体倒地时激发的振动波不会叠加,有效地消减了振源强度。这是主动减振的重要措施。
  
  (2)倒塌场地设减振垫层。为了达到既有效减振、又节省成本的目的,没有铺设其它材料,而只是将倒塌场地表层的砂性亚黏土挖松,松土厚度达2.5m。
  
  (3)开挖减振沟。在预期爆堆位置的前方及两侧开挖深3m、宽1.2m的减振沟,挖出的土堆放在减振垫层上。
  
  (4)爆破时用测振仪器对重要防护物进行监测,且由甲方邀请有测振资质的第三方进行监测。
  
  
  
  5.爆破效果
  
  本次拆除爆破完全达到了预期的两大目的,即爆堆扁平,振动轻微。
  
  图6为32个连体筒仓分成4组顺序倒塌时的景象。筒体落地后全部解体,爆堆扁平层叠,为二次破碎和清运碴土提供了极大方便。
  
  根据北阳爆破公司的测振报告,本次拆除爆破对附近居民楼产生的振动影响相当轻微,140m以外居民楼的最大振动速度仅0.09cm/s,触地振动频率为6~25Hz,住户根本没有振感。
  
  爆破时飞石的最大距离约20m,说明飞石防护措施非常有效。
  
  
  
  
  
  图6连体筒仓顺序倒塌的情景
  
  
  
  6.体会
  
  对本次爆破有两点体会:(1)采用电起爆时,网路的检测必须细致。本次爆破对电起爆网路的复检不够,造成第一次引爆不成功,后来再次接线后才最终引爆所有炮孔。这次过失给了我们一个重要教训,即爆破网路检查中任一环节都不能疏忽,特别是对每个导线节头,都必须认真仔细检查,主线节头过多更是不容忽视的过错。另外,这一过失还提醒我们,今后用电爆网路引爆非电网路系统时,引爆点不宜过多,最好不超过2?3个电爆节点。(2)在城市中进行拆除爆破,爆破尘烟过大的问题必须尽快解决。本次爆破受经费条件限制,基本没采取任何降尘措施,虽然爆破尘烟在5min内基本消散,但对附近居民仍造成了一些影响。对大型连体筒仓拆除爆破的降尘问题还有待进一步研究。 安全文化网 www.anquan.com.cn