1、引入建筑物固有振动频率在烟囱拆除爆破中的实践摘要：引入建筑物固有频率进行烟囱拆除爆破，采用分段延迟控制拆除爆破振动和采用分段延时解决中间定位窗两侧不对称问题，通过综合采用以上新技术并成功进行了复杂条件下的A级烟囱拆除爆破的实践。 Abstract： This paper describes these new technologies including the introduction of natural frequency of buildings into chimney blasting demolition， and using piecewise delay to control
2、 demolition blasting vibration and to solve intermediate location of asymmetry on the two sides of the window. Through the comprehensive use of above these new technologies， the practice of Grade A blasting demolition of a chimney has been successfully achieved.关键词：建筑物；固有振动频率；烟囱；拆除爆破Key words： build
3、ing；natural vibration frequency；chimney；demolition blasting中图分类号：TU723.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）15-0158-030 引言在拆除爆破中，其技术主要是使建筑物失稳，而达到定向坍塌破坏的目的。而由于建筑物有其固有的振动频率，如果外部的振动频率与建筑物的振动频率相同，则建筑物会产生共振，从而破坏。假如我们爆破时产生的振动频率与建筑物的固有振动频率相同，那么就会有：计划拆除的建筑物可能提前坍塌或不能按预定方向倒塌，从而产生爆破事故。被保护的建筑物因共振产生破坏。目前爆破界没有考虑对如何将建筑物的
4、固有振动频率引入爆破设计，更加没有进行实践的案例。本研究就是公布了一种方法，使得爆破振动频率远离建筑物的频率，从而达到提高爆破效果和保护被保护建筑物的目的。另外采用分段延迟控制拆除爆破振动和采用分段延时解决中间定位窗两侧不对称问题也是个新颖的方法。1 工程概况宜昌安能热电厂位于伍家岗区沈家店路与沿江大道的转角处，该电厂钢筋混凝土烟囱需要爆破拆除。由于位于城市闹市区，环境特别复杂，定向空间小，有8家工厂在大成工业园内，其生产的厂房和宿舍为70年、80年代初建造，大多为46层砖混结构，最近距离为2.5m，定向爆破控制风险大。钢筋混凝土烟囱为1986年建造，高127.2m，底部周长29.8m，直径9
5、.5m。壁厚2040cm，其中烟道以下40cm，烟道以上36cm。烟道高5m，烟道以上隔热层230mm，为陶砖隔热层。烟囱顶外径2.8m，周长8.8m，内径2m，壁厚20cm。共计695m3，烟囱自重约1807t。重心位于距地面48m处。2 爆破拆除中主要存在问题及解决措施2.1 主要存在的问题离被保护建筑物近，定向空间小，定向控制风险大。烟囱和被保护建筑物老旧、强度低、质量差，烟囱容易提前坍塌。被保护建筑物抗震能力弱，所以需要控制爆破和触地振动。由于烟囱的检修门偏在定向方向的一边，造成中间定位窗两侧不对称，增加了定位倾倒的难度。中间定位窗实际宽度为3.7m，一侧爆破体宽度为8.8m，另一侧爆
6、破体宽度为5.3m。2.2 措施确保设计精确，进行爆破试验后调整爆破参数，施工准确。引入建筑物固有频率用于控制爆破振动。采用分段延迟爆破方法，解决中间定位窗两侧不对称问题和爆破产生的振动问题。采用铺沙和土堤的方法减小烟囱塌落的触地振动问题。3 爆破方案的确定烟囱定向爆破法拆除该烟囱可供选择的爆破方案有两种：方案：在烟囱+0.5m标高处开切口，烟囱定向东南方向倾倒。方案：在烟囱+5.5m标高处开爆破切口，使烟囱定向东南方向倾倒。两种方案的比较如表1。通过比较，选择方案I。4 爆破切口设计4.1 爆破切口部位及形状根据烟囱的布筋、烟道及出灰口的位置等情况，设计的切口形状为梯形。梯形底部用取芯机开两
7、个小角度定向窗，鉴于实际施工可行性，定向角度设计为27。如图1。4.2 切口弧长确定设爆破切口弧长L对应圆心角为，余留截面对应圆心角为，爆破形成切口后，切口内纵筋失稳而退出工作，余留截面上作用着由重力压缩产生的压应力。据经验烟囱开口角取220，则对应爆破开口弧度为L=18.0m。4.3 切口高度h的确定切口高度的理论计算计算得：h1.06m，依据理论计算和实际经验，一方面考虑到缺口尺寸大，初始倾倒的速度快，为使烟囱倒地时动能较大，尽量使烟囱解体，另一方面考虑到较大的缺口有利于爆破后切口内混凝脱离钢筋，不至于阻碍倾倒铰支的顺利形成，因此在实际工程中，一般切口高度取理论计算高度的1.5倍以上，即切
8、口高度为1.8m。4.4 定向窗的布置及尺寸为了确保烟囱能准确按设计方向倒塌，除正确选取爆破缺口的形状和参数以外，还应该保证支撑区的对称，开凿定向窗是保证支撑区对称的主要技术措施，根据确定的切口形状，定向窗为三角形，三角形底边长为1.5m，高为0.77m。 5 施工设备选择（表2）6 爆破材料6.1 爆破器材炸药为？准32乳化炸药，共需41kg。雷管为非电毫秒导爆管起爆网络，每孔均采用双发同段雷管。MS1段非电雷管50发，MS3段非电雷管40发，炮孔装MS9发非电雷管700发。6.2 防护材料土工布、防护网。7 爆破参数炮孔孔径？准=42mm，炮孔深度L=0.28m，孔距a=0.35m，排距b
9、=0.30m，炮孔堵塞长度l=15cm、炸药单耗q=3.03.5kg/m3（下部两排孔取大值3.5kg/m3。中部两排孔取中值3.3kg/m3。顶部三排孔取小值3.0kg/m3）。单孔装药量Q下=150g，Q中=140g，Q上=120g。采用集中装药。如图2。8 起爆网路网路需要保证和解决三个问题：安全准爆。中间定位窗左右不对称造成烟囱倒塌时受力不均，可能使得烟囱倾倒偏向问题。防止烟囱在爆破中提前坍塌，防止爆破地震效应对被保护建筑物破坏。对于安全准爆问题，是一个常规问题，本文不与论述。8.1 分区延迟爆破为了解决中间定位窗左右不对称问题，网路设计采用分成3个区，即中间部分先爆，使得在烟囱倾倒前
10、，其沿倾倒中心线方向受力均匀。所以网路采用非电导爆管微差起爆系统，每个炮孔装双发MS9非电雷管，每1020发非电雷管组成一簇用2发瞬发非电雷管连接，成交叉复式网络。爆破切口中间采用MS1段非电雷管连接，两侧分别采用MS5段非电雷管连接。这样只要在两侧的爆破区域面积相等时，就可以达到沿倾倒中心线方向受力均匀的目的；同时本网络对中间部分与两侧的延迟时间采用的是75ms。8.2 防止烟囱在爆破中提前坍塌8.2.1 理论原理对于烟囱，爆破产生的振动频率应当不与其固有振动频率相同或接近，以防止产生共振效应，产生烟囱未按预定倒塌前提前坍塌或改变方向。8.2.2 引入烟囱的固有频率计算爆破振动源延迟时间规范
11、规定2不超过150m高度的钢筋混凝土烟囱其自振周期：T=0.4+0.110-2（H2/d）=3.129s振动源振动频率f0=fg+20=（1/T）+20=20.34Hz振动源延迟间隔时间t=1/f0=0.0492s=49.2ms，也就是说只要爆破振动源延迟时间不接近或等于49.2ms，就可以保证爆破振动的地震波频率与烟囱的固有振动频率不产生共振效应。该延迟时间就是爆破网路分段（分区）延迟时间，由8.1节我们知道，网路设计的分段（分区）延迟时间为75ms，满足要求。9 爆破拆除烟囱产生的振动效应9.1 切口爆破产生的振动效应在这次爆破拆除工程中，装炸药为41kg，单段一次最大起爆药量为28kg，
12、根据下列公式可预测爆破振动速度：V=K1K（Q1/3/R）。实测爆破震速均比理论预测值小得多，为0.060.1cm/s）。满足爆破安全要求。9.2 引入被保护建筑物的固有频率对爆破振动效益控制对于被保护建筑物，爆破产生的振动频率应当远离其固有振动频率，防止产生共振，破坏被保护建筑物。规范规定2一般高耸建筑物其自振周期：T=（0.0070.013）HT=（0.0070.013）H=0.140.26s振动源振动频率f0=fg+20=（1/T）+20=23.8527.14Hz振动源延迟间隔时间t=1/f0=0.03680.0419s=36.841.9ms，所以我们可以得到这样的结论，网路采用75ms
13、的延迟时间，没有接近或等于36.841.9ms，不会产生共振效应。9.3 烟囱塌落触地产生振动效应烟囱主体塌落时，必须预防二次振动的危害。建筑物倒塌冲击地面引起振动的大小与被爆体的质量、刚度、中心高度和触地点土质条件等有关。烟囱在塌落过程中冲击地面产生的振动，强度要比爆破振动大、频率低，对四周建（构）筑物危害更大，必须引起足够重视。地面采用烟囱爆破前，倒塌方向20度范围内铺厚50cm以上砂性土；倒塌方向80130m处垂直于倾倒轴线成条状堆放宽约2.5m长约2540m，厚度1.52m缓冲土堤，再将用编织袋装好的缓冲材料整齐堆放在条状堆上。堤间距为10m左右。在距倒塌中线20m处布置一个测点，实测
14、爆破振动质点速度为0.5cm/s，远小于计算值11.33cm/s，主要原因是同时落地质量小于计算重量，另外采取的减振措施，也使得实际爆破振动质点速度较小。如图3。9.4 飞石防护措施爆破区采用6层土工布+2层防护网覆盖防护，有效地防止飞石。10 结束语引入建筑物固有频率用于拆除爆破有利于安全控制。为了保证烟囱不提前倒塌，为了保护被保护建筑物（大成工业园）安全，首次采用笔者研究的新成果引入建筑物固有频率用于拆除爆破控制，并获得成功。采用分段起爆方式解决定位窗两侧爆破体的不对称问题。由于中间定位窗两侧爆破体的不对称，可能会因为受力不均匀而使得烟囱倾倒方向偏离设计方向。本工程创新地采用了分段起爆拆除烟囱，除了解决定位窗两侧爆破体的不对称问题外，还有效地减小了爆破振动及减少了飞石问题。环境极其复杂，距建筑物近。该项目位于城市闹市区，是极其复杂环境下的高耸建筑物定向倒塌拆除A级爆破，烟囱和被保护建筑物老旧、强度低、质量差，烟囱容易提前坍塌，被保护建筑物抗震能力弱，其成功爆破从理论和实践上对其他工程具有借鉴意义。参考文献：1GB6722-2014，爆破安全规程S.2GB5009-2012，建筑结构荷载规范S.3吝曼卿，郭学彬，蒲传金，张志呈，肖定军.偏斜烟囱拆除爆破振动测试与分析J.现代矿业，2010（01）.
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