復(fù)雜環(huán)境下100 m煙囪高位切口定向爆破拆除

鄭文富，陳少輝，張文龍

(廣東中人爆破工程有限公司， 廣東 廣州 510640)

復(fù)雜環(huán)境下100 m煙囪高位切口定向爆破拆除

鄭文富，陳少輝，張文龍

(廣東中人爆破工程有限公司， 廣東 廣州 510640)

介紹了在復(fù)雜環(huán)境下，一座100 m高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪高位切口定向爆破拆除的具體工程實(shí)例，通過分析，選擇了合理的爆破方案，并確定煙囪切口高度、倒塌方向、起爆網(wǎng)絡(luò)等，同時采取有效的防護(hù)措施，取得了良好的爆破效果。

煙囪；拆除爆破；高位切口

0 引 言

廣東省廣州市某堿業(yè)公司廠內(nèi)，有一座煙囪因建設(shè)需要進(jìn)行爆破拆除。拆除煙囪為100 m高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)高±0至20 m處混凝土壁厚為0.45 m，0.14 m厚的#150陶粒砼內(nèi)襯，混凝土壁與陶粒砼內(nèi)襯中間還留有0.05 m厚的封閉空氣隔熱層。

該煙囪周圍構(gòu)建筑物密集，煙囪東側(cè)45 m是蒸汽管道及廠區(qū)道路；南側(cè)9 m處是渣池吊及渣池；西南側(cè)65 m處有兩層沙場宿舍樓，100 m外是兩層的樓房；西側(cè)29 m處是圍墻及二條廢污水鋼管，130 m處為空置廠房；西北側(cè)120 m處有空置廠房及二層職工宿舍；北側(cè)105 m及東北側(cè)80 m處為兩間約7 m寬廠區(qū)內(nèi)部二層配電房，環(huán)境比較復(fù)雜，四面呈夾制狀，可供煙囪倒塌的最大長度為正北方向，長105 m，最大寬度為67 m。煙囪周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1 煙囪周圍環(huán)境平面圖

1 技術(shù)難點(diǎn)

由于煙囪在廠區(qū)內(nèi)，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，實(shí)施爆破拆除主要有以下幾個難點(diǎn)。

(1) 控制倒塌方向。由于拆除煙囪周邊環(huán)境比較復(fù)雜，倒塌空間狹小，煙囪高度與倒塌距離相當(dāng)，必須精準(zhǔn)控制煙囪倒塌方向以及倒塌距離，控制煙囪倒塌對周邊預(yù)留構(gòu)建筑物造成的破壞。

(2) 控制飛石距離。拆除煙囪時，爆破瞬間以及煙囪倒塌觸地都會產(chǎn)生大量飛石，容易使周圍建筑物、設(shè)備及人員造成損壞及傷害[1]。

(3) 控制爆破振動強(qiáng)度。在爆破拆除構(gòu)建筑物中，構(gòu)建筑物倒塌觸地會產(chǎn)生塌落振動，容易對周圍構(gòu)建筑物、設(shè)備造成損傷及損壞。

2 爆破方案

煙囪底部+2.0 m處筒身東、西側(cè)壁位置各設(shè)有一個寬2 m、高5 m的煙道口。由于煙囪等細(xì)桿式高聳建筑物的自穩(wěn)定差，周邊環(huán)境比較復(fù)雜，根據(jù)大量的工程實(shí)際及相關(guān)煙囪爆破拆除理論文獻(xiàn)[2]，煙囪倒塌方向長度不小于煙囪其高度的1.2倍，寬度不小于煙囪底部直徑的2.5倍[3]，即標(biāo)高100 m、底部外直徑為8.5 m的煙囪倒塌需要120 m長度及21.25 m寬度的倒塌空間，超過周邊環(huán)境可供倒塌場的最大長度105 m。

因此煙囪不能采用從煙囪底部定向爆破的方法，須采用提高缺口的高位切口定向爆破拆除方法，以確保100 m煙囪倒塌在正北側(cè)105 m長度的有限場地內(nèi)。

3 爆破預(yù)定倒向及切口參數(shù)

爆破拆除倒塌方向確定為正北方向。把切口標(biāo)高提高到+15 m標(biāo)高處，+15 m標(biāo)高以上的煙囪倒塌最大倒塌距離核算為102 m，符合爆破周邊環(huán)境要求。爆破切口參數(shù)如下：

(1) 切口處結(jié)構(gòu)及參數(shù)。切口標(biāo)高+15 m處，煙囪壁厚0.45 m，外直徑7.14 m，外周長22.42 m；內(nèi)直徑6.24 m，內(nèi)周長19.59 m；標(biāo)高16.8處煙囪壁厚0.45 m，外直徑7.08 m，外周長22.23 m；內(nèi)直徑6.18 m，內(nèi)周長19.41 m；內(nèi)襯為0.14 m的#150陶粒砼，混凝土與陶粒砼內(nèi)襯中間還留有0.05 m厚的封閉空氣隔熱層。

(2) 切口形狀。采用正梯形爆破切口。如圖2所示。

圖2 爆破切口

(3) 切口高度。切口高度與煙囪壁厚和材質(zhì)有關(guān)，通常為3～5倍的壁厚[3]，取1.8 m。

(4) 切口尺寸。切口對應(yīng)圓心角取α=220°，則梯形下底長L=13.70 m；定向窗底邊三角形長度取2.88 m，底角角度為32°。梯形上底長S=7.94 m。

4 中間窗與預(yù)處理

在煙囪倒塌中心線處開設(shè)1.5 m×1.8 m的中間窗。將煙囪外壁分為兩段長度為3.22 m的爆破部分，進(jìn)行鉆眼爆破。保留部分(支撐部位)長為8.7 m，對應(yīng)的圓心角約為140°。

采用取芯機(jī)開切口，并從已開設(shè)的定向窗的兩側(cè)將切口范圍的內(nèi)襯拆除一部分。

5 爆破參數(shù)與起爆網(wǎng)絡(luò)

炮孔直徑：Ф40 mm；炮孔深度：L=0.27 m；孔距：a=0.3 m；排距b=0.3 m；炮孔數(shù)量：m=168個；炸藥單耗：2.5 kg/m3；單孔裝藥量0.1 kg；總藥量ΣQ=16.8 kg。

采用藥卷直徑Φ32 mm的乳化炸藥，連續(xù)裝藥。裝藥后，將剩下不裝藥的部分用黃泥堵塞密實(shí)，堵塞時注意保護(hù)好雷管腳線。

采用非電起爆網(wǎng)路，選用毫秒非電雷管，炮孔內(nèi)采用一發(fā)2段毫秒非電雷管(腳線長5 m以上)，孔外每12發(fā)非電雷管腳線捆成一束，采用兩發(fā)2段毫秒非電雷管作為接力方式，用擊發(fā)針起爆。

6 爆破振動校核

通過爆破振動經(jīng)驗(yàn)公式對爆破振動進(jìn)行校核。

(1) 爆破振動安全校核[4]。爆破振動安全距離用下式計算：

(1)

式中，V為保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s；K,α為與爆破點(diǎn)至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，拆除爆破取經(jīng)驗(yàn)值，一般取K=50，α=1.5；K′為拆除爆破衰減系數(shù)，據(jù)場地堆存拆除建筑物廢渣情況，取0.5；Q為炸藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；R為爆破振動安全允許距離，m。

最大段藥量Q為16.8 kg，距離最近建筑物渣池的距離為21 m，計算得出最大爆破振動速度：V=1.15 cm/s。滿足安全規(guī)程振動速度要求。

(2) 塌落振動安全校核[5]。構(gòu)建筑物拆除時，塌落體落地對地面沖擊產(chǎn)生振動，其塌落振動計算公式為：

Vt=Kt[(MgH/σ)1/3/R]β

(2)

式中，Vt為塌落振動速度，cm/s；Kt、β為衰減系數(shù)，一般取Kt=3.37，β=1.66；M為下落構(gòu)件質(zhì)量，t；H為下落構(gòu)件質(zhì)心高度，m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，MPa，取10 MPa；R為觀測點(diǎn)至沖擊地面中心距離，m；g為重力加速度，m/s2，取9.8 m/s2。

本次爆破時，煙囪頂部對地面的沖擊振動最大。為保守起見，按上部50 m煙囪整體落地計算其沖擊波振動大小。上部50 m煙囪體積約150 m3，內(nèi)襯約50 m3，總質(zhì)量為480 t；其質(zhì)心高度為70 m。由東側(cè)最近距離點(diǎn)R=32 m，計算得Vt為3.38 m/s，符合鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)振動速度允許要求。

7 安全防護(hù)措施

(1) 爆破切口安全作業(yè)及防護(hù)措施。切口周圍搭建腳手架，下沿0.5 m鋪設(shè)作業(yè)平臺，四周搭設(shè)防護(hù)網(wǎng)。

(2) 爆破瞬間飛石防護(hù)措施。在切口處用棉胎加竹排在煙囪外側(cè)全封閉覆蓋爆破部位及定向窗，上中下分別綁扎三圈10#鐵線固定，再覆蓋一層鋼絲網(wǎng)，防護(hù)時要保護(hù)好爆破網(wǎng)路，竹架外側(cè)搭設(shè)密目網(wǎng)。

(3) 煙囪倒地塌落振動防護(hù)。首先在煙囪倒塌方向的50～75 m處鋪墊河沙減振帶，減振帶寬5 m、高1 m，上面再鋪一層沙包。減振帶兩邊加鋪設(shè)一層密目網(wǎng)，根據(jù)以往煙囪拆除的經(jīng)驗(yàn)，本工程三道減振帶通過緩沖可以卸掉大部分的振動，保證對周邊建構(gòu)筑物的安全，沙包、密目網(wǎng)可以減少飛濺物。其次在煙囪頭部落地位置，挖長10 m、寬10 m、深1 m的坑，這樣既可以緩沖筒體撞擊地面，降低落地振動，又可以減少飛石，能夠保證安全。另外在坑的北端堆1～2 m沙堆，緩沖煙囪頭鑄鐵蓋板脫離。

(4) 重點(diǎn)防護(hù)建筑物防護(hù)措施。煙囪北側(cè)及東側(cè)廠房預(yù)留兩排柱的框架結(jié)構(gòu)，高度約3～5m，柱間拉設(shè)鋼管，用鐵皮或竹排封住，機(jī)械拆除施工隊(duì)拆除的建筑廢渣暫不清理，堆積在西北側(cè)，上面堆沙包防護(hù)。配電房及員工宿舍的窗戶，爆破前全部用竹笆封實(shí)。東側(cè)液氨管道采用竹笆或棉墊覆蓋進(jìn)行防護(hù)[6]。

8 爆破效果

起爆瞬間，爆破切口內(nèi)的混凝土外壁及內(nèi)襯產(chǎn)生破壞，2.5 s后，上部筒體開始按設(shè)計方向傾倒，無后坐現(xiàn)象，倒塌后煙囪全部解體。爆堆長約100 m，在倒塌范圍內(nèi)，周邊受保護(hù)建筑物、設(shè)施無損壞現(xiàn)象。

[1]魏 興,池恩安,鄒 銳.復(fù)雜環(huán)境下鋼筋混凝土雙煙囪爆破拆除技術(shù)[J].爆破，2008(02):57-60.

[2]雷元新.102 m鋼筋混凝土煙囪整體定向放倒拆除分析[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013(06):13-17.

[3]汪旭光.爆破設(shè)計與施工[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2012.

[4]張兆龍.復(fù)雜環(huán)境下基坑支撐梁爆破拆除[J].爆破，2015(04):94-98.

[5]李恒勇.緩沖墊層對水塔傾倒觸地震動影響試驗(yàn)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2010.

[6]譚衛(wèi)華,林臨勇,莊建康.拆除爆破的飛石防護(hù)[J].爆破，2010(04)：103-105.

2017-05-23)

鄭文富(1990-)，男，廣東湛江人，工程師，碩士，主要從事工程爆破方面的工作，Email：1967388410@qq.com。