株洲市鋼鐵廠58 m高煙囪的定向爆破

成 磊,林大能

（湖南科技大學 資源環境與安全工程學院， 湖南 湘潭市 411201）

1 工程概況

煙囪為鋼砼結構，高度 58 m；底部外直徑6.0 m，外壁厚38 cm，頂部外直徑為2.0 m，外壁厚12 cm，外壁為鋼筋砼；內襯為耐火磚，24 cm厚，內襯一直到煙囪頂部。內襯和外壁之間有5 cm左右縫隙，縫隙中充填有隔熱泡沫材料。正南方向有一門洞，離地面約4.0 m以上有一平臺，東、西兩側有煙道和出灰口，出灰口和煙道的寬度為2.8 m，高度3 m。煙囪東南側70 m有一未拆遷需保護的民房，西南方向200 m為海關大樓。西北側20 m為需要保留的工業塔。正南方向到圍墻懸崖距離約54 m。

2 爆破技術設計

2.1 爆破方案

根據煙囪結構，離地面約4.0 m以上的平臺處，東側有煙道，西側有出灰口，可優先選擇待拆煙囪向正南或正北方向倒塌，由于煙囪正南方向到圍墻懸崖距離約54 m，且中間無要保護的結構物，故缺口設置在平臺上，采取向南定向爆破。

2.2 缺口形狀

長方形、梯形、倒梯形、斜形、反斜形和人字形是煙囪定向爆破常用的幾種缺口形式，其中效果較好的是梯形和長方形[1]。

根據煙囪結構，東側有煙道，西側有出灰口，綜合考慮煙囪傾倒方向和便于現場施工，選擇煙道和出灰口作為定向窗，采用長方形缺口，并利用風鎬和人工手段使定向窗處于同一高度。

考慮到煙囪直徑較小，兩側既有定向窗寬度較寬，為確保安全，在傾倒中心線處不開導向窗。

2.3 缺口高度

定向爆破過程中，切口處豎向鋼筋有較大的支撐力，不利于煙囪的順利傾倒。為防止煙囪炸而不倒，切口高度應滿足使鋼筋穩定性破壞的條件[2]：

式中，H′為爆破切口高度，mm；d為鋼筋直徑，mm；[]λ為鋼結構設計的長細比，一般取[]λ=150；μ為軸心壓桿計算長度系數，剛度固定時μ=0.5。

計算結果為：H ≥1.35 m。綜合考慮計算結果及相關工程經驗，為保證煙囪順利倒塌，取缺口高度H=2.1 m。

2.4 缺口長度

以往的工程案例發現：煙囪缺口長度一般取底部周長的62%～66%。而通過數值模擬發現：缺口長度取得偏大，傾覆力矩較大，易出現受拉性后坐；而缺口長度取得偏小，傾覆力矩較小，易出現受壓性后坐。通常情況下，以缺口傾覆力矩（PM ）稍大于支撐區截面極限抗拉彎矩（RM ）來設計缺口長度，并驗算支撐區截面的承壓能力。參照類似的工程案例，本煙囪缺口圓心角取2300（底部周長的64%），缺口長度取12.04 m。

煙囪結構與爆破缺口如圖1所示。

2.4.1 支撐區截面的承壓能力驗算

支撐區截面面積：

式中，S為支撐區截面面積；H為煙囪的高度；h為缺口上底面到地面的高度；R1為煙囪頂部外半徑；R2為煙囪底部外半徑；a為煙囪頂部厚度；b為煙囪底部厚度；θ為缺口圓心角角度。

支撐筒體的重量：

式中，P為支撐筒體的重量；γ為鋼筋混凝土重度，一般取γ=25 kN/m3。

支撐區所受壓應力：

通過計算得：支撐區截面積為0.89 m2，支撐筒體的重量為 606.50 kN，支撐區所受壓力為0.68 MPa，而混凝土的抗壓極限為cσ=51 MPa，因此支撐區截面滿足承壓能力。

2.4.2 缺口傾覆力矩和極限抗拉彎矩支撐區中性軸位置：

式中，l為0.2倍支撐區所對弧長；t為支撐區中性軸y=-t的值。

缺口傾覆力矩：

支撐區截面極限抗拉強度：

式中，MR為支撐區截面極限抗拉強度；A為支撐區中性軸背離缺口側受拉鋼筋截面積，含筋率取0.025，及A=0.025S；f為鋼筋的極限抗拉強度，取f=460 MPa。

通過計算得：缺口傾覆力矩MP為2.5×103kN·m,支撐區截面極限抗拉強度MR為2.25×103kN·m, 滿足MP＞MR的要求。

2.5 預處理

為使煙囪順利倒塌，爆破前需對煙囪內襯、支撐區鋼筋等作如下預處理。

（1）在平臺上將定向窗朝向爆破傾倒方向一側的內襯盡量打掉，實際打掉約各50 cm。在第二排炮孔和第三排炮孔之間，隔1 m鉆穿1個孔，用于炸毀內襯，共布置5個孔。每孔用300 g一支的乳化炸藥。為可靠的炸毀內襯，在平臺上，煙囪內部，靠近內襯的地面用2支藥捆綁，靠地面貼緊內襯，用沙袋壓緊，共布置了3個藥包。用腳線長8 m的10段毫秒延期導爆管雷管起爆。

（2）在支撐區中心線兩側各1.2 m處開鑿縫隙，暴露出外層鋼筋即可，在裝藥前，割斷外層鋼筋。

（3）切斷煙囪鋼制爬梯和避雷針，拆除煙囪的煙道分割墻和衡梁，確保爆破切口內部無妨礙物。

2.6 爆破參數設計

最小抵抗線W=0.5δ；炮眼深度LP=2/3δ；炮孔間距a=1.5W；炮孔排距b=a；裝藥排數 n = H ′ / b +1；單孔裝藥量 Q0用體積公式計算，單耗根據以往的經驗取2.5 kg/m3，下面5排每孔100 g，上面3排每孔75 g，兩側靠近既有定向窗處的炮孔裝藥量降低為25 g。設計的炮孔參數見表1。炮孔布置如圖

2所 示。

表1 煙囪爆破參數

圖2 炮孔布置

2.7 起爆網路設計

采用簇聯再簇聯網路。接力雷管3個一組，176個孔共抓4把，炸內襯的單獨抓一把，最后5把抓到一起用一組接力雷管起爆，采用雙回路起爆，備用1套網路，共布置了3套網路。采用激發針激發。

3 安全防護

采用棉被+鐵絲網+地毯+鐵絲網+地毯+鐵絲網+彩條布進行防護。除彩條布外，其余防護將爆破板塊包裹，用鐵絲從兩側定向窗中穿過固定，門洞單獨懸掛防護。地面堆筑了防護土堤，土堤上用地毯覆蓋以防止二次飛濺。倒塌方向兩側用架管和竹夾板構筑防二次飛濺的構筑物。

煙囪順利倒下，在傾倒過程中，爆破部位的彩條布等防護仍留在煙囪上。