一座40 m磚混結構煙囪的爆破拆除

陳命文 陳 凱 潘東瑞 李慧新 陳恩果

（新疆安能爆破工程有限公司）

1 工程概況

1.1 工程結構

某油建公司一座燃氣供暖煙囪因高能耗、重污染而急需拆除，新建新式供暖設施。待拆除煙囪為磚混結構，高40 m，煙囪底部+0.8 m處筒壁外半徑為3.2 m，磚混筒壁厚70 cm，無耐火磚內襯；煙囪正南側+0.5 m處有煙道1個，高2.8 m，寬1.2 m，斷面為矩形，煙囪正北側有一出灰口，高80 cm，寬50 cm。

1.2 工程環境

（1）東面距鍋爐房辦公室（西面墻無玻璃）5.8 m，地下1 m處為自用采暖管線（?500 mm）和自用供水管線（?35 mm）管溝，上面僅有30 cm蓋板覆蓋。

（2）南面距風機房6.2 m，距鍋爐房12 m。

（3）西面距離大泵房5.2 m，在泵房外墻7 m處有外露自用采暖管線通過。

（4）北面正北處16 m為廢料場，并有磚砌圍墻（可拆除），圍墻外側50 cm處為自用采暖管線管溝，管溝外側20 m處為空地，并建有鐵柵欄圍欄（可拆除），此柵欄外側為廠區自建柏油路面，道路北側為大片空地，在道路北側偏西方向有居民樓一棟，北偏東方向有辦公樓一棟（圖1）。

1.3 工程特點

（1）煙囪周圍的倒塌空間狹小，只有一個正北方倒塌方向可供選擇。

（2）施工時間較少，工期緊迫。

1.4 工程要求

（1）施工要求。煙囪倒塌方向必須準確，不得產生后座。要做到文明施工，減少對環境污染。

（2）安全要求。確保爆破施工過程自身安全及相鄰環境的安全；控制爆破振動、煙囪落地振動及爆破飛石；煙囪落地飛濺物不得損壞周圍保護對象；確保爆破時周邊人員和建筑物安全。

（3）工期要求。按施工合同要求必須按時保質保量的完成爆破拆除工作。

2 施工方案選擇

目前對高聳煙囪的爆破拆除，通常分為單向倒塌、折疊倒塌和原地坍塌。究竟采用何種爆破倒塌方案，主要取決于煙囪的自身結構和周圍環境條件，當周圍環境條件較好時，常采用單向倒塌方案；當周圍環境復雜時，常常采用折疊爆破。對于折疊爆破，折疊次數越多風險越大；對于原地坍塌方案，其技術難度較高，稍有失誤，會有向任意方向倒塌的可能，因此在這里不予考慮。該煙囪高為40 m，其北側方向在拆除北圍墻和廢料堆后，有40 m的空間可供煙囪倒塌，因此本工程采用定向倒塌方案［1-8］。

在復雜環境條件下，倒塌方向無法實現結構對稱時，應根據煙囪定向拆除工程特點，結合周圍環境實際情況，選擇能夠滿足環境許可的倒塌要求方向。

綜上所述，結合本工程現狀及與業主單位溝通后，決定對40 m高磚混結構煙囪實施一次單向爆破倒塌方案，即在煙囪+0.8 m高處開爆破切口，使煙囪爆破時向正北方向倒塌；對煙囪倒塌范圍內的北圍墻和垃圾堆機械拆除后，北面有40 m的空間可供煙囪倒塌；煙道缺口在爆破前采用磚混進行封堵，封堵厚度與原煙囪壁厚相同，封堵材料與原煙囪所用材料相同。

3 爆破切口設計［9-11］

爆破切口大小、高低及位置是煙囪能否按設計倒塌的重要保證，因此必須認真測量，先定位后施工。

3.1 切口位置

爆破切口位置的選擇要滿足以下3個條件。

（1）爆破切口位置、煙囪筒壁厚度、結構受力條件、材料強度等沿切口軸線對稱，防止預處理后煙囪偏心失穩。

（2）切口位置預留部分，應有一定的抗壓強度，保證定向倒塌方向準確，防止后座。

（3）盡量降低切口位置高度，方便施工作業，避免高空作業，保證施工安全。

根據本工程特點，在煙囪正北側方向+0.8 m處開爆破切口。

3.2 預拆除

煙道需提前采用機械拆除；為保證煙囪嚴格按設計方向進行傾倒，事先必須開定向窗、中間窗。

3.3 切口形式

切口形式多種多樣，根據經驗一般常采用“正梯形”、“倒梯形”“矩形加三角形”等。本次爆破采用“矩形加三角形”組合切口，爆破切口斷面詳見圖2。

3.4 切口尺寸

（1）切口高度H。切口高度是煙囪爆破的重要參數，根據經驗公式，其切口高度一般為其開口部位壁厚δ的1.5～3.0倍，即

實踐證明爆破切口高度取值大一點可有效防止煙囪在傾倒過程中出現偏轉，該處爆破切口高度取H＝1.4 m。

（2）切口圓心角。切口對應的圓心角是保證煙囪定向倒塌的重要依據，根據經驗，一般認為當180°≤α≤240°時，煙囪均能倒塌。考慮本次工程施工特點，切口取圓心角α=206°。

式中，d為切口處的煙囪外壁直徑，mm。（3）切口弧長L。計算得L=11.5 m。

（4）定向窗參數選擇。定向窗角度大小對煙囪倒塌有一定的影響，在目前的爆破中取值大小不一，但均能獲得成功。根據經驗，角度不宜太小，本次取45°，底邊長0.75 m，高0.75 m。

（5）中間窗參數選擇。中間窗為矩形，長1.4 m，寬2 m。

4 爆破參數選擇

（1）爆破參數的確定。δ為煙囪壁厚δ=70 cm。

抵抗線W=(0.65~0.68)δ=45.5~47.6 cm，取46 cm。

炮孔深度L'=(0.67~0.68)δ，取47 cm。

炮孔間距a=(0.54~0.63)δ，取40 cm。

炮孔排距b=(0.87~1)a，取35 cm。

（2）單孔裝藥量采用下式計算。式中，q為單位體積用藥量系數（即炸藥單耗，取1 000~1 100 g/m3）

計算得q=98~108 g，實取q=100 g。

（3）經測算總孔數為100個，總起爆藥量為10 kg，分5段起爆，最大單響藥量為2 kg。煙囪布孔示意如圖3所示。

5 爆破網路

起爆網路是爆破成敗的關鍵，起爆網路設計必須保證每個藥包按設計起爆順序和起爆時間全部準爆。孔內裝同廠同批次ms-10非電塑料導爆管雷管，中間窗兩側爆區對稱的兩排炮孔簇聯在一起，孔外ms-3非電塑料導爆管雷管延期組成導爆管網絡連接，分5段延時起爆，最大單響藥量為2 kg；網路連接見圖4。切口爆破面積較大，藥量較多，采用分段微差起爆，從倒塌中心向兩側定向窗方向推進，微差間隔50 ms。

6 爆破安全技術校核

6.1 振動效應

（1）爆破振動。采用毫秒導爆管雷管孔外微差延時起爆等技術，來嚴格控制一次齊爆的最大藥量。

一次齊爆的最大藥量根據環境的具體要求采用薩氏公式確定

式中，Qmax為一次齊爆的最大藥量，kg；v為被保護目標的安全振動速度，cm/s；工業和商業建筑振速取4.5~5.0 cm/s（本工程為淺孔爆破，爆破振動頻率應大于50 Hz）；本工程取4.5 cm/s；K為與裝藥形式有關的系數，控制爆破取K=200；K'為爆破拆除折算系數，在0.25～1.0取值，此處取0.25；α為與地質有關的爆破震動衰減系數，取α=1.8；R為距爆炸幾何中心的距離，要求5.2 m范圍內無重要防震保護設備設施。

計算得出Qmax=2.5 kg。

本次爆破一次齊爆最大藥量為2 kg（<2.5 kg），因此，爆破震動不會對建構筑物造成損害。

（2）煙囪倒塌觸地振動［12］。高大建筑在倒塌觸地時，對地面的沖擊較大，其計算目前尚無科學統一的計算理念和方法，本次爆破借用中人集團的經驗公式計算。

式中，vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s；M為下落結構物的質量，落地質量為468 t（待拆除煙囪共260 m3，密度取1.8 t/m3）；g為重力加速度，9.8 m/s2；H為結構物中心所在位置高度，取17 m；R為觀測點至沖擊地面中心的距離，m；Kt、β為根據數座高煙囪爆破拆除實測數據整理分析得出的衰減系數，Kt取值范圍為3.37～4.09，β取值范圍為1.66～1.88；σ為地面介質破壞強度，對于C30混凝土，取30 MPa。

建筑物落地振動與其結構解體尺寸和下落高度有關，為了減少對地面的撞擊作用，控制建筑物落地尺寸十分重要。根據中人集團拆除數座120 m高煙囪實測數據的分析，認為式中的衰減系數取Kt=3.37，β=1.66較為合適，代入式（5）計算得結果見表1。

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表1 中振動速度在周圍建筑物的允許振動范圍內（一般工業和商業建筑安全振動速度速取4.5~5.0 cm/s），本工程煙囪倒塌后的重心位置距建構筑物的距離均在20 m以上，依據類似工程施工經驗，在煙囪倒塌方向地面設置緩沖帶等措施，可使振動減少70%以上，由此塌落物的振動完全在可以控制的安全范圍內。

煙囪觸地后會產生強烈的震動及落地飛濺物，在煙囪倒塌方向鋪設緩沖帶是減低煙囪觸地振動，減少煙囪觸地砸起飛濺物的重要舉措。本次爆破設計在倒塌范圍內需保護的管溝上方鋪墊緩沖堤，緩沖堤用沙袋壘墊（2.5 m寬×1.5 m高）。

6.2 爆破個別飛散物校核及措施［13］

控制爆破個別飛石最大飛散距離，按《爆破計算手冊》中的經驗公式計算:

式中，s為無覆蓋條件下拆除爆破飛石飛散距離，m；k為拆除爆破的單位炸藥消耗量，取1.1 kg/m3。

根據上式計算得s=63.6 m，此計算值是在無任何防護情況下的最大飛石距離，在實際爆破中，由于采用建筑用網、棉被、鐵絲網等進行近體防護，能夠有效控制飛石逸出。

煙囪爆破一般采用較大的炸藥單耗，易產生飛石，故多采用嚴格的防護加以控制。本次爆破防護的重點是切口的爆破部位，在布置有炮孔的煙囪外壁覆蓋2層建筑用尼龍網，外層再覆蓋一層棉被，然后用鐵絲網扎緊，通過多次工程實踐，采用上述方法進行防護后，可防止爆破飛石對周圍建筑物造成危害。此外，在煙囪爆破切口和泵房、辦公室之間搭設鋼絲網加草苫（棉氈）進行近體防護，可增強防護效果。

7 結語

煙囪起爆后約2～4 s開始傾倒，而后向設計的倒塌方向傾倒，煙囪筒體倒地瞬間全部與緩沖沙袋相結合，無后坐現象發生，筒體完全破碎，筒體解體后的散落范圍完全在設計范圍內。對周邊保護對象無影響，設置的2個爆破振動測試點監測到的爆破振動速度分別為0.46和0.33 cm/s，各項控制指標均達到了預期效果。