某热电厂120米烟囱爆破拆除设计及组织方案

1宜昌安能热电厂120m高钢筋混凝土烟囱及30m高水泥储存塔拆除爆破技术设计及施工组织设计方案2015年6月26日2设计：审核：批准：3目录一、技术设计1.工程概况及环境1.1工程概况1.2工程环境2.技术要求2.1设计凭据2.2烟囱倒塌方案选择2.3技术要求2.4爆破工程等级3.爆破方案选择3.1工程重点、难点分析3.2爆破方案选择3.3预拆除施工4.爆破技术设计4.1烟囱倒塌方向确定4.2爆破切口设计4.3定向窗的布置及尺寸5.爆破参数设计5.1炮孔布置5.2切口爆破参数5.3内衬处理爆破参数6.爆破器材及起爆网络6.1爆破器材6.2起爆网路7.安全技术措施7.1爆破拆除烟囱产生的地震效应及预防措施7.2空气冲击波7.3个别飞石47.爆破粉尘控制7.5杂电、射频电、气象等影响和控制8.施工安全及安全警戒8.1施工安全8.2安全警戒二、施工组织设计1.施工管理体系2.质量保证措施3.施工进度计划4.施工顺序与施工组织4.1施工准备4.2测量放样4.3钻孔工作4.4试爆4.5装药、堵塞4.6网络联接与施工4.7爆破5.安全生产与文明施工措施6.爆破应急预案7爆破器材购买、运输、贮存加工，使用的安全制度5一、技术设计1工程概况及环境1.1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及水泥储存塔需要爆破拆除，钢筋混凝土水泥储存塔与筋混凝土烟囱相距25m。钢筋混凝土烟囱高120m，底部周长29.8m，直径9.5m。壁厚20～40cm，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。钢筋混凝土水泥储存塔塔高30m，底部周长36.11m，直径11.5m（底部与顶部直径相等），立柱厚75cm，墙壁厚50cm。1.2爆破环境烟囱与水泥储存塔距离约25m，位于宜昌市热电厂原内。南距离长江100m，东侧距沈家店社区350m；北侧附近房屋已拆迁部分，北侧距离250m是钢球厂以及400m为沈家店社区（其中6栋砖混结构民房，3栋距爆区为400m）；西侧距宜昌市大成工业园2～6m，其中距离50m范围内厂房5个，大厂房3个，小厂房2个，距白沙路440m。东侧21m厂区热电厂厂房，距热电厂11万伏变压器约80m；其中水泥储存塔西侧距宜昌大成工业园围墙2m，距三层厂房5m；2方案选择2.1设计凭据（1）现场踏勘所了解的现场施工条件。（2）GB6722-2014《爆破安全规程》；（3）国务院《民用爆炸物品管理条例》；（4）GA990-2012《爆破作业单位资质条件和管理要求》；（5）GA991-2012《爆破作业项目管理要求》；（6）《爆破设计与施工》（全国工程爆破技术人员统一教材）（7）《拆除控制爆破实用技术》（8））《新编爆破工程实用手册》6（9）本公司有关工程施工管理的制度、体系文件要求以及成熟可靠的先进技术和施工经验。2.2塌方案选择烟囱及水泥储存塔由于南侧100m是长江；东南侧相邻热电厂厂房未拆迁，距离80m还有变压器和高压线路及线塔。西侧2～6m是宜昌市大成工业园，无倒塌位置。东北侧距350m是钢球厂及沈家店社区，小区都是5～６层多层建筑，大都为80～90年代所建。烟囱倒塌120m后还有230m左右的安全距离，故东北侧是理想的倾倒方向。7宜昌市热电厂120m烟囱平面位置图（航拍图）烟囱及水泥塔8宜昌市热电厂爆破区域平面图2．3技术要求(1)定向爆破位不偏离预定方向；(2)爆破震动和飞石不得损坏周围需保护的建筑物和有关设施；(3)爆破前，需拆除与烟囱及水泥储存塔连接的建筑物、前方的建筑物；(4爆破前，倒塌方向20度范围内铺厚50cm以上砂性土。2．4爆破工程等级宜昌市热电厂钢筋混凝土烟囱及水泥储存塔拆除爆破工程位于伍家岗区沈家店路与沿江大道的转角处。烟囱高120m，底部周长29.8m，直径9.5m，钢筋混凝土烟囱壁厚20～40cm。根据GB6722-2014《爆破安全规程》4爆破工程分级有关规定，爆破工程级别为A级。3爆破方案选择3.1工程特点、难点分析①烟囱及水泥储存塔高而且重，势能大，倾倒触地的冲量大；②由于周围拆迁工作不同步，需保护的对象多，对烟囱及水泥储存塔倾倒方向控制精度要求高；③烟囱及水泥储存塔倒塌方向是沈家店社区，民房较多，需要做好协调工作。3.2爆破方案的确定3.2.1烟囱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Ⅰ：在烟囱＋0.5m标高处开切口，烟囱定向东南方向倾倒。方案Ⅱ：在烟囱＋5.5m标高处开爆破切口，使烟囱定向向东南方向倾倒。两种方案的比较如下：表1两种方案比较表内方容案项目方案Ⅰ方案Ⅱ可倾倒范围±5°±5°方向控制难度较小较难施工工期较短较长安全防护工作量较小较大触地震动较大较小切口与倒塌方向切口与倒塌方向东东方案1方案2综上所述，结合工程实际情况，只要周围环境允许即具有倒塌空问，则方案Ⅰ明显优于方案Ⅱ，不仅工期短、施工难度小，而且烟囱倾倒安全可靠性高。根据以上分析比较,确定本次烟囱拆除选择方案Ⅰ。3.2.2水泥储存塔爆破方案的确定钢筋混凝土水泥储存塔塔高30m，直径11.5m（底部与顶部直径相等），墙壁厚50cm。高度较小,在水泥储存塔＋0.5m标高处开切口，水泥储存塔定向东北方向倾倒.3.3预拆除方案3.3.1烟囱预拆除方案(1)周围建筑物的预拆除内容①拆除与烟囱连接的建筑物；②拆除前方的建筑物。(2)烟囱内部及外部结构的处理①试爆时爆破烟囱倒塌正前方1.4m×1.8m范围窗口，将钢筋割断，并清理干净。②用取芯法开两侧定向门窗，并用风镐修理到设计尺寸。③对后出灰口进行加固。具体做法为：用麻石块或红砖砌筑，顶部用钢楔子楔紧，并将该区域内烟囱内外侧竖向钢筋剥出，用相同型号钢筋焊接，并保证焊接长度。3.3.2水泥储存塔预拆除方案①拆除塔上的管线和钢梯；②拆除塔周围的建筑物和供热管道；对保留部分门洞进行加固。具体做法为：用麻石块砌筑，顶部用钢楔子楔紧，并将该区域内水泥储存塔内外侧竖向钢筋剥出，用相同型号钢筋焊接，并保证焊接长度。4爆破技术设计4.1倾倒方向的确定根据烟囱及内水泥储存塔的周围环境条件,确定烟囱的倾倒方向如下图所示，允许倾倒的范围为:10°。4.2爆破切口设计4.2.1烟囱爆破切口设计4.2.1.1爆破切口设计的原则爆破切口设计是指切口弧长L和切口高度H的确定，根据力学分析，实现钢筋混凝土烟囱顺利倒塌的切口尺寸应同时满足以下条件：⑴在爆破形成切口瞬间，烟囱自重P作用在余留截面（扇形面积）阴影上的压应力必须小于钢筋混凝土的抗压强度[б压]，抗压强度为51Mpa，余留截面受力分析图如下图。爆破区保留区切口切口倾倒方⑵在烟囱倾倒切口闭合过程中烟囱自重产生的倾覆力矩在余留截面上所产生的抗拉应力б拉。必须大于钢筋混凝土的抗拉强度[б拉]。⑶爆破切口范围内混凝土被炸离钢筋骨架后，其钢筋在烟囱荷载作用下必须受压失稳。⑷在烟囱倾倒，切口上下闭合时烟囱的重心偏移距离应大于切口处烟囱外半径。4.2.1.2爆破切口部位及形状一般说烟囱在倾倒过程中，宜使其切口逐渐闭合，常见的切口展开图有矩形、三角形、梯形等。对于高度较小的烟囱切口展开图通常为矩形，但对于高烟囱，如果采用矩形切口线，存有爆前因预留支撑部位不对称坐塌的危险，较理想的切口线是使烟囱在爆破初始阶段倾倒较平稳缓慢，为此切口线宜为梯形。根据烟囱的布筋、烟道及出灰口的位置等情况，我们设计的切口形状为梯形，根据方案Ⅰ，切口部位距地面以上+0.5m标高处。梯形底部用取芯机开两个小角度定向窗，鉴于实际施工可行性，定向角度设计为27°。4.2.1.3切口弧长确定设爆破切口弧长L对应圆心角为β，余留截面对应圆心角为α，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和重力矩对支承面中性轴的弯曲所产生的拉应力。余留截面应力为：2/maxrCosYIYPspt(1)SPYRIYPpmax(2)2223332/4rRSinrRY(3)2221rRS(4)SYII2(5)dsyI(6)式中：maxt—混凝土中最大拉应力；maxp—混凝土中最大压应力；P—烟囱重量；S—预留截面面积；Y、R--预留面内、外半径：I—预留面对X轴的惯性矩；I—预留面几何中心对X轴惯性矩；—预留面圆心角根据4.2.1中(1)、(2)原则保证烟囱不发生后座按预定方向顺利倾倒，则余留截面受拉部分бtmax＞[б]拉，受压部分бpmax＜[б]压。混凝土的抗压强度[б]压=51Mpa，抗拉强度[б]拉=2.4Mpa，根据经验烟囱开口角β取220°。则对应爆破开口弧度为：L=R（220/180）π=18.23m余留截面抗压能力校核：余留截面面积为：S′=0.389π（R2-r2）=0.389×3.14×（4.752-4.352）=4.45m2则由于烟囱重量引起的压应力为：б压=（1807×103×9.8）/4.45=3.98Mpa≤[б压]以上说明爆破切口形成时，烟囱不会产生后座。4.2.1.4切口高度h的确定切口高度的理论计算,经力学分析满足4.2.1.1中(3)、(4)的原则，确保烟囱顺利倒塌的合理切口高度公式为：h=K·（3/8）·[1+（7/4）·（бs/P）·S]·（D2/Zc）式中：P—烟囱重量，kg；бs、S一分别为余留区钢筋的抗拉破坏强度和截面总面积；D—烟囱切口标高处的外直径；Zc--烟囱的重心高度；K—保险系数，建议取K=1.1～1.5。将P=1807×108kg，бs=387.8Mpa,S=4.45m2D=9.5m，Zc=48m。K取1.5代入上式后计算得：h≈1.06m经计算理论和实际经验，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后切口内混凝上脱离钢筋，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，即切口高度为1.8m。重心偏移距离校核：烟囱在重力矩作用下偏转，当切口上、下沿闭合时，重心偏移距离计算如下：S=Zc·tg27o=48·tg27o=24.46m计算说明烟囱在倾倒闭合时，其重心离出烟囱底部半径。4.2.1.5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。图中单位为cm4.2.2水泥储存塔爆破切口设计4.2.1爆破切口设计的原则爆破切口设计是指切口弧长L和切口高度H的确定，根据力学分析，实现钢筋混凝土水泥储存塔顺利倒塌的切口尺寸应同时满足以下条件：⑴在爆破形成切口瞬间，水泥储存塔自重P作用在余留截面上的压应力必须小于钢筋混凝土的抗压强度。⑵在水泥储存塔倾倒切口闭合过程中水泥储存塔自重产生的倾覆力矩在余留截面上所产生的抗拉应力б拉。必须大于钢筋混凝土的抗拉强度[б拉]。⑶爆破切口范围内混凝土被炸离钢筋骨架后，其钢筋在水泥储存塔荷载作用下必须受压失稳。⑷在水泥储存塔倾倒，切口上下闭合时水泥储存塔的重心偏移距离应大于切口处水泥储存塔外半径。4.2.2.2爆破切口部位及形状根据水泥储存塔的布筋、烟道及出灰口的位置等情况，我们设计的切口形状为梯形，切口部位距地面以上+0.5m标高处。梯形底部用取芯机开两个小角度定向窗，鉴于实际施工可行性，定向角度设计为27°。4.2.2.3切口弧长确定设爆破切口弧长L对应圆心角为β，余留截面对应圆心角为α，爆破形成切口后，切口内纵筋失稳而退出工作。爆破范围是筒壁周长的1/2～2/3，因此选取爆破部位的圆心角β为210°，切口弧长L为21m。4.2.2.4切口高度h的确定切口高度h≥＝（3～5）δδ为水泥储存塔壁厚，50cm。