特大型高耸构筑物爆破拆除安全技术研究及工程应用

摘要

随着国家"上大压小、节能减排"政策的大力实施,近年来在城市和厂矿企业的改、扩建工程中,大型高耸构筑物的拆除工程越来越多,环境越来越复杂.因此,研究开发与之相适应的特大型高耸构筑物爆破拆除安全技术,就具有特别重要的理论和现实意义. 本文采用理论分析、现场试验、数值模拟与工程应用相结合的综合研究方法,对特大型高耸构筑物爆破拆除安全技术进行了系统研究,研发了特大型高耸构筑物爆破拆除系列关键技术,其主要成果如下: (1)基于分离式模型,开展了特大型高耸构筑物爆破拆除数值模拟研究建立了描述特大型构筑物爆破拆除倒塌复杂动力学及运动学过程的计算模型.创造性地提出了局部分离式模型,解决了整体式模型不能反映混凝土与钢筋间相互作用机理的缺点,计算结果能很好的与实测数据吻合,证明了分离式模型的可靠性.首次采用数值分析手段分析了混凝土烟囱沿程不同高度单元的应力时程曲线,证明了钢筋混凝土高耸烟囱的折断部位为烟囱中部至距离顶部三分之一处的理论观点,计算结果与实际工程折断部位一致. (2)进行了不同尺寸导向窗的烟囱爆破拆除机理研究.提出拱形超大导向窗技术,结合济宁、铜陵等烟囱成功爆破的工程经验,在满足整体结构的安全稳定性前提条件下,超大导向窗切口弧长对应的圆心角在50度左右,导向窗切口弧长是爆破切口上弧长的一半为宜. (3)首次提出了拱形超大开口导向窗技术和数码雷管起爆技术,研发了触地危害效应综合防护技术,开发了多层柔性复合材料交叉近体防护技术,形成了以爆破效果、爆破安全精确控制为核心的系列关键技术.运用此研究成果,对南昌电厂210米高钢筋砼烟囱成功地实施了定向倾倒爆破拆除,该工程为亚洲爆破拆除最高构筑物. 预计到2020年,中国的城市化水平将达到55％;与此同时,随着中国基础设施建设投入的加大和产业结构的进一步调整,大量的废旧建(构)筑物将被拆除.而随着拆除对象日趋大型化和复杂化,国内许多城市已限制采用人工方法拆除超过一定高度的建(构)筑物,因此拆除爆破技术将得到更广泛的应用.此外其相关的失稳及破坏模型,高耸构筑物爆破倒塌的力学条件,研发的拱形超大开口导向窗技术、触地危害效应综合防护体系、多层柔性复合材料交叉近体防护技术、数码电子雷管起爆技术、定向窗精确控制等系列关键技术对铁道、矿山、交通、水利等部门相关专业也有较好的借鉴作用.