烟台电厂两座70m高冷却塔定向爆破拆除

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摘要：采用定向倒塌控制爆破技术成功拆除了复杂环境下2座高度为70.0 m，底部直径为55.5 m的冷却塔。详细介绍了爆破参数的计算和选取、爆破网络设计、爆破安全分析和安全防护措施。本次爆破效果良好，为同类工程拆除提供一定的经验借鉴。

关键词：冷却塔；定向拆除爆破；爆破参数；安全防护

中图分类号： O643.2+23 文献标识码： A

Directional Blasting Demolition of Two 70M High Cooling Towers

in Yantai Power Plant

Wei Bingfang ，Sun Yueguang,Liu Peihua

Abstract: Two cooling towers with 70.0 meters in height and 55.5meters in diameter in thecomplicated circumstances were demolished by directional blasting. The main blasting parameters, the design of blasting network , analysis of blasting safety and security measure were introduced in the paper. Blasting achieving better results, can provide reference for the similar project.

Key words:Cooling tower；Directional demolition blasting；Blasting parameter；Safety Protection

1 工程概况

1.1 周边环境

烟台发电厂待拆除1、2#冷却塔位于发电厂厂区内，四周都有电厂的办公和生产设施，环境非常复杂。两座冷却塔东西距离20.0m；1#冷却塔东侧100.0m为烟台电厂办公楼；北侧70m为电厂宿舍楼，南侧5m处为一输水管道，距离10m为四个水处理罐。2#冷却塔北侧60m处为电厂厂房，西北侧80m为一座储煤场，西侧60m、南侧20m处均为电厂厂房。两座冷却塔中间位置地下埋有高压电缆，北侧20m地下埋有生产用电缆。爆破施工不能对电厂设施造成影响，环境条件对爆破安全提出了很高的要求。环境示意图见图1。

图1 周边环境示意图

1.2 结构特点

1、2#冷却塔顶标高+70.00m，地面标高+0.200m，人字支柱标高+5.600m，筒体高度64.4m，其中支柱环梁梁高度2.2m。冷却塔底部直径55.492m，筒体底部直径51.618m，喉部直径31.204m，顶部出口直径32.402m，筒体底部壁厚316mm，顶部壁厚121mm。冷却塔人字支柱38对，其断面为内接圆直径400mm的正八边形，单个通风筒钢筋砼体积1037.2m3，总重量25411.4KN。

图2 冷却塔外观示意图

2 方案选择

2.1 方案选取原则

因爆破环境复杂，必须采取合理的爆破方案并采取必要的技术措施，保证爆破网络可靠起爆，冷却塔按预定方向倒塌，并避免爆破振动、冲击波、爆破飞石等有害效应对周围设施的影响。

2.2 总体方案

采用“预开定向窗，预处理部分塔壁板块，预留部分塔体支撑板块”的定向爆破方案。对两个塔体内部塔芯、支柱等结构提前用机械拆除。

倒塌方向：冷却塔结构对称，主要根据周围环境确定倒塌方向。1#冷却塔倒塌方向为西偏南30°，2#冷却塔南边、东边、西边都有需要保护的建筑物，倒塌方向为东偏南30°。

3 爆破参数设计

3.1 爆破切口设计

3.1.1 冷却塔爆破失稳倾倒机理

采用控制爆破方法，在塔体底部某一部位爆破形成一定尺寸的切口，上部筒体在重力与支座反力形成的倾覆力矩作用下失稳、扭曲变形、偏转而最终倒塌落地破碎[1]。

3.1.2爆破切口的形状和尺寸

（1）切口形式：在冷却塔爆破拆除中，常用的爆破切口有正梯形、倒梯形、矩形、三角形等形式[2]。经过对比论证，本工程采用倒梯形复合切口，如图3所示。既能保证冷却塔顺利扭曲倒塌，人字柱也能保持底部足够的支撑，并且有较小的倒塌距离。

（2）爆破切口高度h：切口高度包括人字支柱高度h1、支柱环高度h2、塔身切口高度h3三部分。为保证冷却塔在爆破切口形成后整体失稳和倒塌后能充分解体破碎，取h1=5.6m，h2=2m，h3=2.5~4.0m，最高切口高度h=11.6m。

（3）爆破切口长度L：爆破切口的角度是影响冷却塔倒塌的关键因素。切口角度过小，影响倒塌方向的准确性，切口角度过大则会在爆破切口形成瞬间保留部分塔壁支撑力不足而产生后坐现象。倒梯形爆破切口，一般取筒壁L1≤2/3S1，人字支柱切口范围L2≥1/2S2，式中S1为高度12m处冷却塔周长，S2为地面处冷却塔周长。根据计算，选取爆破切口上宽度为100m ，人字支柱共40对，拆除22对。

3.1.3爆破切口预处理

为减少钻孔数量和降低一次起爆药量，同时为了保证冷却塔能够按照设计方向准确倾倒，在进行冷却塔爆破前，需采取部分预处理措施如图3，具体做法为：

（1）用机械拆除冷却塔内部凉水平台次梁、导水槽及其它结构，将废碴破碎后清运出冷却塔，以免影响倒塌效果；

（2）在确保冷却塔不失稳的前提下，爆破前用机械方法在筒体上对称于倾倒中心线两侧环梁以上，用液压油锤开凿11个窗口，中间一个高度4.2m，向两侧分别为4.0m，3.5m，3.0m，2.5m，2.0m，其中最外侧两个为定向窗口，角度30°。

（3）为方便机械进入筒体内部进行预处理，在需要的部位拆除一对人字柱。爆破前，在支柱环梁两侧定向窗和中间预开窗口下方开三个长1m高1m的断口。

图3 爆破切口展开图

3.2 爆破参数

3.2.1人字支柱爆破参数

需要拆除的人字支柱为19对。每根立柱单排布孔，下部六个，上部六个。它们的爆破参数是： 孔距30cm，孔深26cm，孔径40mm，19对支柱炮眼19×2×12=456个，每孔装药50g，总装药量22800g。

3.2.2支柱环梁爆破参数

筒壁窗口开好后，在每个窗口下方中间位置钻孔8排，每排4孔，孔距25~30cm，排距30cm，单孔装药量50~70g，用于爆破时把环梁炸断。单个冷却塔总孔数288个，装药量18000g。

表1 爆破参数汇总表

钻孔部位 厚度cm 孔深cm 孔距cm 排距cm 单孔装药量g 炮孔数个 总装药量kg

支柱环梁 30～40 20～26 25～30 30 50～70 576 36.0

人字支柱 40 26 30 50 912 45.6

合计 1488 81.6

3.3 爆破网路

3.3.1起爆网路基本要求

起爆网路是爆破成败的关键，网路设计必须保证每个药包能够按设计的起爆顺序和预定的延时全部准爆，因此起爆网路应遵循:

（1)起爆网路设计必须能保证每个药包均能起爆。

（2)网路在传爆过程中，必须保证分段药包起爆时间不发生重叠甚至跳段现象。

（3)在起爆网路设计和施工中，力求标准化，以便实际联网时操作简单，避免发生差错。

3.3.2起爆网路设计

由于冷却塔爆破施工中爆破面积大、钻孔多，保证每个药包均能起爆是爆破成败的关键[3]。本次爆破采用非电毫秒导爆管雷管起爆网络。延时时间安排为：如图5所示，将爆破切口分为一、二、三区。1#冷却塔分别用ms-3、ms-5、ms-7段，2#冷却塔分别用ms-11、ms-12、ms-13段导爆管雷管，采用“大把抓”和四通连接联合使用的爆破网络。先将塔壁、人字柱、支柱环内炮孔导爆管雷管每15到20发捆扎成一束，再绑上2发ms-5导爆管雷管，导爆管雷管用四通和导爆管联成闭合回路。闭合网络之间多次搭接，形成闭合复式交叉网络，用电雷管起爆闭合网络导爆管。网络连接示意图如图4所示。

图4网络连接示意图

4 安全防护措施

4.1 振动安全校核

4.1.1爆破振动

大量的工程实践证明，对于高耸建筑(构筑)物的爆破而言，炸药爆炸产生的爆破振动，由于单段起爆的最大药量不大，总炸药量相对较小，药包分散布置在地面以上的介质中，因此形成的爆破振动对周围环境的影响很小[4]。装药爆炸引起的垂直振动速度计算公式为：，其中V为垂直振动速度， cm/s；K、α与地形、地质有关的系数，取k=33.6，α=1.6；K’为拆除爆破衰减系数，取0.25；Q为单响最大药量，19.6kg；R为测点到爆源的距离，15m。将以上数据代入公式计算得振动速度：V=0.54cm/s。

《爆破安全规程》中对爆破振动安全允许标准：砖砼结构楼房的抗震能力为2.8cm/s。以上计算说明，按此设计对相邻建筑是安全的。

4.1.2 落地冲击振动

由于冷却塔的结构特点，其倒塌过程不像烟囱和水塔等高耸建筑物那样整体落地，而是在倒塌中发生扭曲变形倒塌落地，其落地冲击振动比同等质量的烟囱等建筑小。按照地面没有任何缓冲，整体落地的极端情况进行验算。目前建筑物塌落震动的计算公式[5] ，式中V为振动速度，cm/s；M塔体切口以上质量，1740000kg ；H为建筑物质心高度，这里取28m；R取50m； g取9.8m/s2 ；取1.5。带入有关数据得V=1.44cm/s。在极端情况下，计算结果仍符合规程要求。

采取以下技术措施降低塌落振动：把塔体塌落区域内混凝土地面打碎，并覆盖1m高松软土层减振；在冷却塔周边之间开挖一条1.5m宽2m深的减振沟。

4.2爆破冲击波及噪音

本次爆破采用多点分散装药，单孔药量不大，周边空间比较有利于空气冲击波和噪音的衰减，为了降低冲击波和噪音对周边居民和环境的影响，采取孔口严密堵塞，加强防护，控制单次起爆药量，降低空气冲击波和爆破噪声，达到爆破安全规程对噪声的要求。

4.3爆破飞石

本次爆破在人员、建筑密集地区进行，对爆破飞石的防护是重中之重。本次爆破采取以下安全技术措施：保证炮眼的堵塞长度和填塞质量，控制单孔装药量；用3层湿草帘直接缠绕在各装药板块上，用铁丝绑牢；人字柱及环梁位置覆盖废旧轮胎编成的炮被；对重点防护地点采用近体防护措施，防止个别飞石影响。

4.4爆破扬尘控制

在生产区域进行爆破施工，必须采取一定措施，尽量降低爆破扬尘对周围环境的影响。采取以下技术措施：围蔽施工场地，把粉尘的扩散范围尽量减少；将防护用的草帘子打湿，作为降尘帷幕。爆破前，清理建筑物和建筑倒塌场地上的积尘，往建筑物上洒水，冲洗建筑物上的浮尘，减少扬尘源；爆破当日，安排洒水降尘和冲洗地面，爆破后立即用水枪喷水降尘。

4.5安全警戒

为了保证爆破安全，在爆破现场周围布置了10个警戒点。提前在电厂内进行了宣传，对有关人员进行了撤离。

5爆破效果

烟台电厂两座冷却塔于2009年9月9日上午10点实施爆破，两座冷却塔仅4秒钟就轰然倒塌。爆破后，1、2#冷却塔完全按照设计方向倒塌，顺利实现空中扭曲，大部分残体塌落在蓄水池范围内，最远距离不足20米，倒塌效果非常理想。对距离最近的车间等站等处的爆破振动符合安全要求。煤气管道、水管道等设施，恢复后未发现异常，爆破取得圆满成功。

参考文献

[1]傅建秋,王永庆,高荫桐,等.冷却塔拆除爆破切口参数研究[J].工程爆破, 2007, 13(3):53-55.

[2]刘宏刚,刘殿书,董太明.冷却塔拆除爆破切口形式与关键技术探讨[A].中国爆破新技术Ⅱ(C).北京:冶金工业出版社,2008:493-498.

[3]张立国,李守巨,董振斌.冷却塔爆破拆除起爆网路可靠性的研究[J].工程爆破, 2000,6(2):50-54.

[4]付天光,葛勇.定向爆破冷却塔的安全分析及安全防护措施[J].爆破器材,2007,36(1):31-33.

[5]傅建秋,郑建礼,刘孟龙.略阳电厂84.8 m双曲线冷却塔定向爆破拆除[J].爆破, 2007,24(4): 40-44.