復雜環境下成功爆破拆除80m鋼筋混凝土煙囪

楊朝光，朱 銳，劉朝紅

浙江新紀元爆破工程有限公司，浙江臺州 317600

1 工程概況

某焦化廠因技術改造，需將原焦化廠20 萬t 煉焦車間整體拆除，其中有2 座80m 高鋼筋混凝土煙囪決定采用爆破方式拆除。

待拆除的2 座煙囪東面距離煤氣管道70m；南面是焦化新廠區，距離最近的設施20m；西面距離煤氣管道35m；北面緊鄰廠區道路，距離廠區圍墻74m，圍墻外側為城區主干道。爆區環境如圖1 所示。

圖1 爆區環境示意圖

待爆破的2 座鋼筋混凝土煙囪筒身頂部直徑Φ3750mm，壁厚320mm，豎向主筋Φ14@140，環行分布筋Φ14@165；筒身底部直徑Φ7300mm，壁厚750mm，豎向主筋Φ20@140，環行分布筋Φ14@125；隔熱層采用干容重r=500kg/m3 的高爐水渣，厚120mm；內襯采用75#紅磚、25#混合砂漿砌筑的砌體，底部厚240mm，上部厚120mm。單座煙囪鋼筋混凝土體積418.6m3，隔熱層體積143.7m3，紅磚內襯體積136.5m3，單座煙囪重量約1364t。

2 爆破方案設計

2.1 爆破方案的選擇

用爆破方法拆除鋼筋混凝土煙囪，通常有原地倒塌、定向倒塌和折疊倒塌三種方案。根據本工程環境實際狀況，確定采取定向傾倒方案，倒塌方向為東偏北30°，如圖1。

2.2 爆破切口設計

2.2.1 設計原則

根據力學分析，實現煙囪順利倒塌的切口尺寸應同時滿足以下幾個條件：1）在爆破形成切口瞬間，煙囪自重P 作用在余留截面上的壓應力必須小于筒壁抗壓強度[σ 壓]；2）在煙囪傾倒切口閉合過程中，煙囪自重產生的傾覆力矩在余留截面上所產生的拉應力σ 拉必須大于筒壁的抗拉強度[σ 拉]；3）在煙囪傾倒，切口上下閉合時煙囪的重心偏移距離應大于切口處煙囪外半徑。

2.2.2 切口形式

參考國內工程實例，結合本工程煙囪結構形式，爆破切口形式選擇倒梯形切口。如圖2 所示。

圖2 爆破切口設計圖

2.2.3 爆破切口弧長

2.2.4 爆破切口高度

鋼筋混凝土煙囪在爆破后是否按設計倒塌方位穩定倒塌，與爆破切口的高度及其是否充分破壞密切相關，爆破切口高度一般應滿足公式[3]，即H=3δ，式中δ 為煙囪壁厚，計算得H=2.25m，取H=2.4m。

2.2.5 定向窗

為保證煙囪順利倒塌，裝藥前在爆破切口兩端各開設1 個高1.2m、寬1.5m 的三角形定向窗（定向窗頂角39°），將立筋切斷；并在倒塌中心部位開一個高2.4m、寬3m 的矩形定向窗，將立筋切斷。

2.3 爆破參數

水平鉆孔，炮孔呈三角形布置，孔徑為40mm。炮孔深度：切口外部，L=（0.6 ～0.7）δ =45cm ～52.5cm，實取50cm；內襯，L=（0.6 ～0.7）δ =14.4cm ～16.8cm，實取15cm：炮眼間距：煙囪筒身a=40cm，內襯a=20cm；排距：煙囪筒身b=30cm，內襯b=20cm。單孔裝藥量按體積公式[3]，即Q=qabδq 計算，煙囪筒身Q1=135g，內襯Q2=14.4g，取20g。總藥量為23.04kg。

2.4 起爆網路

非電起爆網路操作簡單且極安全，在每個炮孔中裝入2 發雷管，一般情況下不會發生盲炮情況。沿倒塌中心線往兩側分別裝入3、5、7 段非電毫秒雷管，形成孔內微差，將孔外的導爆管按20 根左右一組族聯起來。最大單響藥量6kg。

3 安全校核與防護

3.1 爆破振動和塌落振動校核

3.1.1 爆破振動

爆破振動速度按公式[4]計算，即：

式中，v 為距爆源R 處建筑物的爆破振動速度，cm/s；R 為爆源到建筑物邊距離，m；Q 為對應R 的最大單響藥量，kg；K’、K、α 分別為與爆破點地形、地質條件有關的系數和衰減指數，分別取0.25、150、1.5；將R=20m，Q=6kg 代入公式得v=1.0cm/s，遠小于5cm/s。

3.1.2 塌落振動

觸地振動的大小與煙囪質量、重心高度和土體剛度有關，按中國科學院工程力學所提供的塌落振動速度公式[5]計算，即

式中，v 為塌落引起的地表振動速度，I 為觸地沖量，R’為觸地中心到被保護物的距離，M 為塌落構件的質量，t；σ為地面介質的破壞強度，一般取10MPa；H 為構件質心高度，m；g 為重力加速度，9.8m/s2。將R=45m，K=3.37，β=1.66，M=1364t，H=28m，代入公式[5]計算得v=2.06cm/s，在允許范圍內。

3.2 安全防護措施

3.2.1 飛石防護

對爆破飛石的防護采取直接覆蓋防護，具體做法是：爆破切口部位的炮孔首先用棉絮全部包裹并固定，緊貼棉絮外面鋪一層鐵絲網，鐵絲網外面掛上密目安全網，最后用鐵絲固定好。這樣的防護方式，既可防護飛散物，又可阻擋一定的爆塵及沖擊波。

3.2.2 塌落振動防護

用砂土在煙囪預定塌落部位每隔20m 鋪設一道長10m、寬10m、高1.8m 的減震帶，以降低煙囪傾倒塌落對地面的沖擊。在煤氣管道外側搭設一座單邊長20m、高6m 的雙排鋼管腳手架，并滿掛一面腳手板，以阻擋煙囪塌落沖擊地面產生的飛濺物對煤氣管道造成傷害。

4 爆破效果及體會

起爆后，煙囪按設計倒塌方向順利傾倒，歷時約10s；無后座，爆堆橫向寬10m，煙囪筒身0m ～13.5m 未破裂，13.5m ～20m 破裂，20m ～80m 充分破碎；個別飛散物最遠距離15m，未對周圍管道及設施造成損壞，得到了廠區及居民的一致好評。

通過本次爆破，主要有以下幾點體會：

第一點，是對鋼筋混凝土煙囪，在設計爆破方案前應調閱煙囪原始施工圖，對確無施工圖的，應現場實地勘查、測繪煙囪結構圖，以保證設計的準確性、可靠性。

第二點，煙囪倒塌方向應架設儀器精心測量，確保減震帶沿倒塌中心線鋪設。

第三點，定向窗開鑿時，事先要精確放樣，嚴格按放樣開鑿，并保證平整度。

第四點，煙囪類薄壁體爆破拆除時，對爆破切口必須進行直接覆蓋防護。

[1]史家堉，程貴海，鄭長青.建筑物爆破拆除理論與實踐[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]汪旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[3]趙利坤，曹躍，褚夫蛟，李小虎.52m高裂縫磚煙囪小切口定向爆破拆除[J].工程爆破，2012，18(1)：59-61.

[4]周家漢.爆破拆除塌落振動速度計算公式的討論[J].工程爆破，2009，15(1)：1-3.