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内萦古某机械厂桁架结构厂房房顶聚能切割拆除爆破

川渝拆除17713551981

(辽宁工程技术大学)

1)工程概况

内蒙古某机械厂内铸工车间厂房,经鉴定为C级危房,需拆除后在原址重建一新厂房。为节约资金,经过论证认为原厂房的牛腿柱和行车轨道可以继续使用,因此只要求将厂房房顶拆除,同时要避免原厂房牛腿柱和行车轨道的破坏。房顶为钢筋混凝主桁架结构,南北长102m,东西宽18m,共19跨,单跨结构如图10-6所示。图10-6a)中:1为要保留的牛腿柱和行车轨道;2为天窗;3、4、5分别为上弦、腹杆、下弦上的爆破切割点;6为裸露药包爆破点。图10-6b)为钢筋混凝土桁架上切割点处的断面结构,其尺寸为15cm×15cm,其中1为中5cm螺纹钢筋及切割器安放点;2为钢筋外包混凝土。桁架结构跨之间采用20cm×20cm的钢筋水泥结构梁连接。

2)爆破方案

在分析桁架结构的特点后认为,桁架构件为螺纹钢筋外包混凝土,断面尺寸较小,不能实施钻孔爆破,采用聚能切割爆破为最佳选择。支撑整个屋顶以及天窗的关键结构是桁架结构的支撑架。如果支撑架被切断,屋顶失去支撑后整体稳定性将被破坏,在其自重的作用下失稳而坍塌。据上述思路,在支撑架两侧的下弦、腹杆、上弦上对称地设置了3处爆破切割点,如图106a)所示。为避免屋面向一侧倾倒而损坏行车轨道及牛腿柱,又在每个支撑架下弦的中点处设置一爆破点,用2kg的Σ号岩石炸药包实施裸露爆破。该点的起爆时间比其两侧的爆破切割点提前100ms,同时该点与其他切割点构成倒三角形布置,这样可确保屋面及支撑梁尽可能向中间倒塌,避免屋面下落时对行车轨道造成破坏。为了确保完全切断桁架梁,在安放聚能切割器的位置先用人工将包在螺纹钢筋外的混凝土剥离掉,使切割器直接与钢筋接触

3)线形聚能切割器参数设计

目前,线形聚能切割器的制作既要有足够的切割能力,满足切断构件的要求,又不能有太多的爆炸能量剩余,同时还要便于安放。本工程中使用的线形聚能切割器,具有铸装固体炸药带“V”形槽的长圆柱体装药结构,如图107所示。此种装药结构的特点是:外壳材料多样,不易产生危害性飞片(设计中选取纸壳作为聚能炸药外壳);装药量小,装药密度相对大;能量相对均匀、集中;制作和使用简便易行。

图10-6房顶的桁架结构及切割点的剖面图

图10-6房顶的桁架结构及切割点的剖面图

图10-7聚能切割器的结构

图10-7聚能切割器的结构

根据爆炸切割理论,炸药必须选择髙能量、髙密度、高稳定爆轰的“三髙”炸药,炸药选定后还要尽量提高装药密度。选择炸药时还应考虑其成本、加工工艺等。综合上述因素,经过试验对比,最终选定60TNT/40PENT熔铸混合炸药作为线形切割器的主装药,其性能及热力学参数为:熔铸密度1.69g/cm3;爆热4204.17kJ/mol;爆温322℃;比容841.645L/kg;爆压9.6MPa;爆速7505m/s。线形聚能切割器的几何尺寸为直径0mm、长100mm。切割器性能及爆炸参数为:金属罩质量13.5g;装药有效质量54g;金属射流密度9.91g/cm3;射流长度12.0cm;射流平均半径0.98mm;药型罩速度2927m/s;射流最大速度7282m/s;射流遇障碍物压力10.88GPa;最大切割深度46mm切割器药型罩张开角的最佳理论值80°~101°,为制作方便,设计中取为90°。对于线形长圆柱体锥形聚能罩的试验研究结果表明,选用紫铜聚能罩的最佳炸高取为药型罩底宽的1~3圆柱体锥形聚能罩的试验硏究结果表明,选用紫铜聚能罩的最佳炸高取为药型罩底宽的1~3倍是合理的。设计时充分考虑了施工中安放切割器的方便性,以及表面预处理过程中因微小变形而产生的“安放架高”问题。为此,通过适当调整药量,实现了零炸高。试验表明,零炸高的选取方便了切割器的制作和安装,使其能更好地适应工程现场各种情况的变化,最终切割效果也比较好。通过对切割断口的观察与分析得知,设计的线形聚能切割器达到了完全爆轰,最大切割深度能够满足工程需要。

4)切割器的安放及起爆网路

聚能切割器的安放按照设计要求实施。每个爆破切割点经预处理剔除混凝土后,每根桁架构件中的4根螺纹钢筋已局部裸露,分别在每根钢筋上安放一个切割器,将安放在支撑架下弦、腹杆、上弦上三处共计12个聚能切割器用导爆索联结在一起,作为一个起爆点,两侧起爆点共计24个切割器作为一组构成一段进行起爆为保证网路安全起爆,釆用复式非电起爆网路,如图10-8所示。图中用虚线表示1段非电雷管,实线表示5段非电雷管,图中数字表示起爆顺序。利用1段和5段非电

导爆管雷管,使下弦上裸露药包起爆时间比同一跨支撑架切割点起爆提前100ms,确保屋面及支撑梁向中间倒塌。

图10-8复式非电起爆网路示意图

图10-8复式非电起爆网路示意图

5)空气冲击波校核及防护

由于该桁架结构物的聚能切割爆破采用的是外部装药,爆破产生的冲击波、噪声和金属碎片的飞散等爆破危害相对比较突岀,同时爆破点在厂区内,周围最近的办公楼距爆破点仅30m,因此空气冲击波的校核尤为重要。设计中利用超压公式△b=(14Q/R3+43Q23/R2+1.lQ3/R)×105进行计算校核。为确保有效控制爆破危害,在各切割点外采用了四层棉布包裏和双层浸湿草袋覆盖,在靠近办公楼一侧的爆破点外,增加了一层篱笆进行防护。在裸露爆破点,裸露药包上压双层沙袋进行防护,同时也提高了裸露药包的爆破威力。

6)爆破拆除效果

爆破对厂区内其他建筑物(主要是门窗玻璃)没有任何影响,距爆区60m处有微小振感需保留的牛腿柱及行车轨道没有受到任何破坏,达到了预期的目的,爆破是成功的本次爆破使用了长100mm、中0mm的线形聚能切割器共计456个,实际工期为3d(包括进行预处理工作时间)。

7)技术点评

(1对于大型桁架结构构筑物的拆除采用聚能爆炸切割技术是有效的。其优点是安全性好、操作方法简单、有良好的经济效益。

(2)聚能切割爆炸技术的作用原理是利用切割器(聚能装药)切断构件关键承重部位,形成缺口,使之失去承载能力和结构的整体稳定性,在其自重的作用下原位坍塌或定向倒塌。因此,聚能切割器形式、参数的选择就显得极为重要。

(3)与钢筋混凝土结构爆破拆除的不同点是结构失稳后下降速度快,构件变形较大,因此对主要构件必须进行有效的预切割,否则难以解体。

(4)在应用爆炸切割技术时必须采取可靠的防护措施,文中提到的降低空气冲击波的强度和防护措施是有效的,也是必不可少的。


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