水塔拆除安全措施：介紹水塔拆除施工方案

介紹邢臺礦業集團36 m高大型生活水塔,在倒塌空間不足時,采用折疊控制爆破拆除
的過程。通過選擇合理的切口參數和微差爆破時間,水塔安全傾倒在預定的空間,對以后類似的工程提供了寶貴的經驗。
1 工程概況
邢臺礦業集團大型供水塔因擴建需要拆除。該水塔地處邢礦集團家屬區,環境十分復雜(圖1),水塔東側25 m處為邢礦集團家屬區支煤氣管道;南側8 m為3#樓供水管,15m處為3#住宅樓;西側20 m為深水井及新供水系統;北側7 m為邢臺市主煤氣管道。水塔為磚混結構,見圖2。自下而上每5m一個鋼筋混凝土圈梁,全高36 m,其中水箱高11.8 m,容積300 m3,質量285.8 t;筒體外徑7 m,壁厚18 m以下為50 cm,18 m~24.2 m為37 cm,質量461.4 t。水塔建于1982年,結構完整,沒有任何破壞風化痕跡,其內部有通往頂部的懸梯。

2 爆破方案
考慮到最大空地距離只有25 m,因此只
圖1 環境示意圖
能采用折疊爆破方案。由于空地寬度只有22m,水塔直徑較大,采用單向折疊爆破,水塔容易滾動,直接對煤氣管道造成破壞,故本次拆除爆破采用雙向折疊方案。
2.1 切口位置
水塔拆除的周圍三面是管道,一面是深水井,四周都對沖擊地震的控制要求比較高,為了最大限度地降震,并且考慮到施工方便,確定在東面+0.5 m處和西面+22.0 m處開設兩個爆破切口,即上段向西傾倒,下段向東傾倒。
2.2 切口形狀
資料[1]表明,采用“一”字形切口不僅施工方便,且不容易產生后座,而后座對折疊爆
圖2 塔體結構示意圖
破危害較大,故本次工程上下切口均采用“一”字形。
2.3 切口長度
按照我們折疊爆破河北煤研所水塔的經驗,只要切口處最大拉應力點A處的拉應力σPA(圖3 )大于該點砌縫砂漿的抗拉強度,并保證切口弧長對應的圓心角α小于π,就能使水塔順利傾倒,并最大限度地避免傾倒過程中的后座。其中σPA可用下式求出[2]:σPA=mg{Xe/(R-Xe)/Iz- 2/[α(R2-r2)]} (1)式中 m——偏轉筒體質量;
    Xe——初始偏心距;
    Iz——切口保留筒壁斷面對中心軸
的慣距;
    R,r——分別為筒體的內外半徑,其
它符號意義同前。
計算結果表明,兩個切口只要滿足α<π就可順利傾倒,取α=170°,即兩個切口長度均為11.59 m。
2.4 切口高度h
筒體的切口高度要保證切口閉合時,上段筒體重心在切口水平面上的投影超過該處筒體外緣。即水塔拆除切口高度可由下式求出:
h= (X’e+R)2/a1(2)
式中 X’e——切口閉合瞬間偏心距,不考
慮壓縮區寬度時X’e=
Rcosα/2;

圖3 爆破切口示意圖
    a1——倒塌筒體重心距切口距離。經計算上段切口高度為2.4 m,下段為1.8 m。
2.5 上下段起爆時差T
切口閉合瞬間,上段筒體對下段的沖擊對下段筒體傾倒非常不利,因此,應在沖擊作用之后下段筒體再起爆,即上下段起爆時差應該是切口閉合后某時間Δt(Δt= 100 ms~ 500 ms)。高強度材料閉合時接觸時間短,Δt可取小值。同理,低強度材料Δt取大值。即上下段起爆時差可由下式求出:
T=t+Δt(3)
式中 t——切口切合時筒體傾倒時間,可
由動能定理求出。計算結果表明,起爆時差為1200 ms,取1500 ms。
2.6 定向窗
為保證水塔拆除上下段準確定向,在上下兩個切口緊靠保留筒壁處采用機械法平均開挖兩個寬度為1 m的定向窗。
3 孔網參數及藥量計算
最小抵抗線:37墻w=0.19 m;50墻w= 0.25 m ;
裝藥孔距排距:37墻a= 0.30 m,b=0.26 m;50墻a= 0.50 m,b= 0.34 m ;孔深:37墻l= 0.23 m;50墻l= 0.30m;
單孔藥量:37墻Q= 30g;50墻Q= 50g。
表1列出了兩個切口布孔數、裝藥量、雷管段別和延遲時間。
4 爆破網絡
為避免雷電射頻電和雜散電流對起爆網絡的影響,本工程采用孔內延期的非電起爆系統,延期時間見表1。為保證整個網絡的可靠性,首先把導爆管每9發~16發集成一束(最好同排導爆管集成一束,這樣如有一排拒爆時,水塔仍能定
表1 布孔和段別
向倒塌)。由2發紙殼電雷管起爆之后把上、下兩層電雷管全部串聯,最后用GM-2000高能起爆器起爆。
5 安全與防護措施
由于藥量較小,爆破地震和空氣沖擊波均不是安全主要隱患。但本次爆破裝藥點高,水箱質量大,因此塌落振動和飛石是需要特別注意的問題。

5.1 塌落振動
參照中科院力學所提供的觸地沖擊振動
公式[3]:
υc= 0.08(I1/3/R)1.67(4)
式中 υc——爆破坍塌物沖擊地表的振動速
度,cm?s-1;
    R——距沖擊地點距離,m;
    I——沖擊觸地沖量,I=M?2gH
(M為爆破坍塌的建筑物質量,kg;H為爆破坍塌的建筑物重心落差,m)。對觸地點較近的主煤氣管道(7 m),供水管(8 m),深水井(14 m),通過式(4)計算結果分別為20.0 cm?s-1、16.0 cm?s-1、6.2cm?s-1,顯然振動速度全部超標。因此,須在倒塌位置鋪設防震墊層,并在倒塌范圍四周挖深2 m、寬1 m的防震溝。
5.2 飛石
為避免高空爆破飛石,本工程采用三層防護,第一層用草袋,第二層用塑料網,第三層從塔頂高空懸吊金屬網。該措施對控制飛石起了關鍵作用。
6 水塔拆除爆破效果
水塔爆破后,水箱落在了西側預定位置,筒體落在東側倒塌空間范圍內,沒有對周圍環境造成任何影響。值得注意的是,水箱落地后陷到地平面以下1 m多深,幾乎把南、西、北側1 m寬的防震溝全部擠死,這充分說明對塌落沖擊振動要有足夠的重視。致謝:衷心感謝河北建筑工程學院高蔭桐、田運生兩位老師對本工程的大力支持。