首页 爆破拆除正文

​预埋集中药室爆破倾倒方案

futao 爆破拆除 2019-06-04 621 0
川渝拆除17713551981

预埋集中药室爆破倾倒方案

爆破倾倒方案的核心是如何合理确定,在水下30~40m条件下,各集中药室的装药量。只有如此,才能保证爆炸缺口形成,达到倾倒失稳条件。

在水下30~40m处的混凝土中爆炸形成漏斗,必须完成爆破漏斗内混凝土介质破碎和破碎混凝土移出(或抛出)漏斗外。因此,在进行本项工程爆破设计时,不能盲目套用陆上岩土(混凝土)爆破的常规设计参数,而应依据爆破理论,对水下固体介质爆破设计参数进行合理确定。

1炸药在半无限固体介质中爆破破坏物理过程描述一般认为,半无限固体介质中的爆破破坏过程分为三个阶段。

第一阶段为炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段。炸药爆炸后,爆炸产生的压力高达1000MPa量级,而混凝土等固体介质的抗压强度在100MPa量级以内,所以在高温高压的爆炸力作用下,邻近装药的固体介质受到强烈压缩,完全破坏,甚至进入液态,形成所谓的爆炸空腔。在此区域以内,爆炸冲击波以3000~5000m/s的速度在固体介质中传播,在介质中引起切向拉应力,由此产生径向裂隙并向外发展。

第二阶段为冲击波(或应力波)在固体介质表面反射形成拉伸波,造成固体介质中产生环向裂隙、片落等现象。

第三阶段为爆炸气体的膨胀作用阶段。在此阶段,固体介质受爆炸气体超高压力的影响,在冲击波(或应力波)反射形成的拉伸应力和第二阶段产生的裂隙气楔的双重作用下,使得初始裂隙迅速扩大,造成固体介质破碎,且破碎块附着动能形成抛掷等各种爆破现象。

上述第一阶段、第二阶段的爆破作用主要是由爆炸冲击波(应力波)产生的,而第三阶段原生裂隙的扩大和破碎块的抛出则主要是爆炸气体作用的结果。

2水下预埋药室设计装药量的计算方法

固体介质爆破设计的最重要一项内容是如何合理的进行药量计算。陆上岩土爆破设计装药量的计算已有较成熟的方法,而对于水下岩土类爆破设计而言,目前还没有普遍认同的方法。本节通过对水下岩土类爆破破坏物理过程的分析,探讨水介质(或水深)对其爆破作用的影响,旨在进行本项爆破设计时,既能借鉴较为成熟的陆上爆破设计体系和爆破参数选定方法,又能充分考虑水体对固体介质爆破3个阶段的影响程度,合理地选定本项工程的爆破设计参数。

1水下、陆上固体介质工程爆破的主要差异水下、陆上固体介质工程爆破的主要差异,表象为固体介质的表面介质不同,分别为水和空气。

水作为一种近似不可压缩的介质,其可压缩系数为5×10-5,是空气的(3~5)×10°倍,比重是空气的780倍;粘滞系数是空气的100倍,声速约为空气的5倍。

固体介质表面的水或空气对其爆破作用的内在本质差异主要反映在以下三个方面:

(1)水体的声阻抗值远大于空气的声阻抗值。

(2)当水深值较大时,要考虑不同水深重力对固体介质的屈服强度影响,特别是提高其抵抗受拉破坏能力的影响;而空气介质在此方面的影响可以忽略不计。

(3)由于两者的粘滞系数相差较大,爆破破碎块体抛掷运动阻力也相差极大,由此导致的结果是同等装药条件下,两者的抛掷距离可相差到几倍至几十倍。

2水对预埋药室附近围堰体爆炸空腔形成的影响三峡三期RCC围堰拆除预埋药室的最大入水深度为34m,爆破区域堰体承受的侧向水压力仅为0.34MPa,而爆炸空腔区的爆生气体压力高达10000MPa。因此,可以认为此

时水体对爆炸空腔的作用可以忽略不计。亦即可认为此时的水下爆破与陆上爆破对固体介质爆炸空腔的形成没有影响。

2.3水体对爆破破碎效果的影响

固体介质爆破产生的应力波在两种介质的界面处将出现反射和透射现象,反射拉应力是造成固体介质爆破破坏的重要原因。

根据界面连续条件和牛顿第三定律,分界面两边的质点运动速度相等和应力相等两个条件,假设传播的入射波为正入射纵波时,则可推导得出0,=0i(0eCe-ICn)/(aCe+piCn)=Fo.(2.1)

式中1、pe——两种不同介质的重度,kg/m3;Cpn、Cpe——两种不同介质的纵波传播速度,m/s;

.、o;——固体介质中的反射和入射波应力的应力,正值为压应力,负值为拉应力,MPa;F——反射系数。

陆上固体介质爆破时,.由于空气的声阻抗(paCpe)可近似认为是零,在此情况下入射波全部反射形成拉伸波,即

水下固体介质爆破时,由于paCpe<aCn,F<0,反射波和入射波异号,只要界面能保持接触,不产生滑移,此时既会出现透射到水中的压缩波,也会出现反射至固体介质中的拉伸波。其中,固体介质中某一点的反射波应力为0a=Foe(2.3)在一定水深h条件下,水下固体介质类似于受到了预压应力的作用,此时,其抵抗拉应力的能力应提高,可等同于抗拉强度提高。一般情况下,可粗略估算其动抗拉强度提高系数K为

K=([o]+0.01h)/[o](2.4)式中[o]—固体介质的动抗拉强度,MPa;h——固体介质某处的水深,m。

因此,欲使陆上和水下相同固体介质的同一点达到相同的爆破破坏效果,则有0n=Ko2(2.5)aa =-Foe/K又由于固体介质中的冲击波(或应力波)在传播过程中其压力呈衰减趋势,数学表达式为

a1=P。/(2.7)式中——固体介质中冲击波(应力波)的峰值压力,MPa;P。—一炸药在固体介质中爆炸产生的初始冲击波压力,其值大小与炸药特性和固体介质声阻抗等有关,MPa;re——比例距离,产=r/re;r—与冲击波(应力波)压力a;对应点处至爆源的距离,m;r.——药包半径,m;

a——固体介质中的压力衰减指数,a~1~3;在塑性变形区内取为3,应力波的衰减指数低于冲击波的衰减指数。

联立式(2.6)、式(2.7)可得

r2=一Fr1/K(2.8)而=(r2/ra)=ra/(8Qys)。

ri=(ri/ra)=rA/(BQ/3)a同时令ri=re则式(2.8)可写成

Q2/Qi=-(K/F)3Va=-(1+0.01h/[o])3/°F-3/e(2.9)式中Qi、Qe—一陆上、水下固体介质对应点达到相同爆破破碎效果的设计装药量,kg;

β——体积换算常数;下标1、2—一陆上、水下爆破条件情形;其他符号意义同前。

将F=-0.5~-1.0,a=-0.5~-1.0,g=1.5~3.0MPa分别代入式(2.9)进行图解,得出Qe/Q1与水深h的关系如图2.1~图2.3所示。

图2.1Q2/Q;-h关系(o=2MPa,F=-0.7)

图2.1Q2/Q;-h关系(o=2MPa,F=-0.7)


图2.2Q2/Q;-h关系(a=2,F=-0.7)

图2.2Q2/Q;-h关系(a=2,F=-0.7)

从图2.1~图2.3图解结果,可以得到如下几点认识:

(1)无论何种组合情况,欲取得相同的爆破破碎效果,水下固体介质爆破的设计装药量将大于陆上(无水)同类固体介质的爆破设计装药量;且随着水深增大,水下爆破的设

图2.3Q:/Q;-h关系(o=2MPa,a=2)

图2.3Q:/Q;-h关系(o=2MPa,a=2)

计装药量增大越明显。

(2)深水条件下,反射系数F对固体介质爆破的设计装药量影响非常显著。反射系数的绝对值(IF|≤1)越小,其设计装药量的增加也越大。因此,水下爆破固体介质时,可以采用提高反射系数F绝对值的相应措施来改善爆破破碎效果。例如,在固体介质与水体的交界面处设置气泡帷幕,当水中掺气量达到1%左右时,水的声波下降至900m/s,混凝土中的爆炸压缩波在临水面的反射系数绝对值将由无掺气的1一0.6671增大至|-0.7861,同等爆破条件下,设计装药量可减少20%~50%。

针对三峡工程三期上游RCC围堰预埋药室的爆破条件,取h=34m,[o]=2MPa,aCpe=1000kg/m2×1500m/s,aCn=2500kg/m3×3000m/s,代入式(2.9)可得Q₂/Q1=5.4051ve当a在1.2~2.0区间取值时,由上式计算可得Q。/Q约为4.08~2.33;也就是说,在满足同等爆破破碎的条件下,三峡工程三期上游RCC围堰预埋药室的水下爆破设计装药量应是无水状态的2.33~4.08倍。

2.1.2.4水体对爆破抛掷效果的影响

由于水的粘滞系数约为空气的100倍,因此,爆破块体在水中与空气中所受到的运动阻力相差很大,从而造成其抛掷距离也相差很大。真空平地状态下,初速度为20m/s的运动块体,其最大水平抛掷距离(L=2V8/g)可达到80m。而在水下爆破条件下,其抛距将大为减小。下面对水下块体的运动进行简要分析计算。

基本假定如下:

(1)忽略水的阻力对块体运动的转动影响。

(2)块体具有真实质量,形状假定为半圆柱体或半球体,特征长度L=d。

(3)水的运动阻力系数CD为常数。

(4)忽略水中物体运动分析时的附加质量。

(5)假定块体下落开始时已全部没人水中。

块体水中运动方程的建立:

由基本假定可知,块体的水中运动动力学微分方程为

M把=Mg+F+Fe(2.10)

M=0L3/4式中—块体的运动速度,m/s;L——块体的特征长度,m;M——块体的质量,kg;g——重力加速度,m/s2;F,——水的浮力,kgf;Fc——水的运动阻力,kgf。

由于块体下落开始时已全部没入水中,所以浮力计算式为F=-V00g=一&Mg(2.11)po式中V。——块体的体积,m3;p、o——水的重度和块体的重度,kg/m3。

块体下落过程中受到水的运动阻力为

Fe=-号Cnd3p,vi(2.12)块体在水中的水平运动方向只受水的阻力,而竖直方向承受重力、阻力和浮力,分解为各方向的运动方程如下:

水平运动:

dt poL竖直向上运动:

V-1-)2C002(2.14)dt T(10J5poL竖直向上运动:

d2=(1-2)2C003(2.15)dt\poJ5 poL假定不同的参数,利用数值积分方法对上述3个运动方程进行求解抛掷速度,计算得出了混凝土块体在水下和真空(Co=0)状态下最大抛掷距离(见表2.1)。

表2.1混凝土块体最大爆破抛掷距离估算

表2.1混凝土块体最大爆破抛掷距离估算

从表2.1计算结果可以看出:决定爆破块体抛掷距离大小的主要因子是水体的粘滞系数(或水阻力)、块体的特征尺寸及块体运动的初速度值。而块体的特征尺寸及块体的运动初速度又主要与爆破作用的能量(或装药量)大小有直接关系。一般,当装药量增大时,爆破块体的特征尺寸会减小,块体运动的初速度值会增大。从表2.1中序号1、序号5两栏的计算结果可知:当块度特征尺寸从0.3m减小到0.1m,其运动初始速度值从20m/s增大到60m/s时,其抛距会减小。也就是说,增大爆破装药量对水下爆破固体介质的增大抛掷距离的作用不明显。

3混凝土试块爆破试验成果

为验证前述水下爆破设计装药量计算方法及合理确定三峡工程三期上游RCC围堰拆除爆破设计参数,共浇筑了1m正方体混凝土试件10块进行爆破试验,其中4块在无水状态下施爆,另6块在水下约25m处施爆,试验参数及试验结果见表2.2。

表2.2混凝土试件爆破试验参数及试验结果

表2.2混凝土试件爆破试验参数及试验结果从表2.2试验结果可以看出:

(1)当平均单耗同为0.05kg/m3时,水下25m左右处的混凝土试验爆破后,仅产生十字形裂纹;而陆上的混凝土试件爆破后,试件上出现了十分明显的裂缝和破坏。这说明水体对试件的爆破破坏效果有明显的抑制作用。

(2)逐步增大试件的水下爆破平均单耗(装药量)时,其爆破破坏作用得以提高。其中,平均单耗为0.1kg/m3的水下爆破混凝土试件的破坏特征与平均单耗为0.05kg/m3陆上爆破基本相近;水下爆破时,平均单耗为0.2kg/m3和0.3kg/m3的试件破坏效果比陆上平均单耗为0.05kg/m3的试件爆破破碎效果有较明显的增强。也就是说,混凝土试件要达到基本相同的破碎效果,水下25m左右的爆破平均单耗应为陆上爆破的2~4倍。

综上所述,通过预埋集中药室爆破倾倒方案设计论证,获得如下五点认识:

(1)深水下固体介质爆破,水体对其爆破效果有极大的影响。进行水下爆破设计时,可借鉴较成熟的陆上爆破设计方法和程序进行,但要充分考虑水介质对爆破效果的综合影响。

(2)水深对固体介质爆炸空腔的形成影响不大。

(3)采用增大装药量的方法能达到改善水下固体介质爆破破碎效果的目的。采用本书提出的计算式(2.9)确定水下爆破装药量,可以取得与陆上相同固体介质爆破基本相同的爆破破碎效果。

(4)相对于空气而言,由于水的粘滞力作用过于显著,因此,试图通过增大爆破能量(或增加装药量)的方法,来提高水下固体介质爆破块体的抛掷距离的作法不足可取。

(5)为合理减小水下固体介质的爆破装药量,还可采用提高固体介质反射系数绝对值的其他措施来改善爆破破碎效果。


推荐阅读:

镐头机的拆除作业简介

爆破拆除案例广州市旧体育馆的拆除爆破

拆除施工现场电气防火及灭火知识

拆除工程的基本施工方案

墙体拆除