株洲 601廠兩座煙囪的爆破拆除

王本鳳,胡 軍,胡秋輝,劉士兵,周鳳儀

(1.湖南神斧民爆集團(tuán)工程爆破有限公司, 湖南長沙 410013;2.國防科大工程兵學(xué)院,湖南長沙 410003)

株洲 601廠兩座煙囪的爆破拆除

王本鳳1,胡 軍1,胡秋輝1,劉士兵1,周鳳儀2

(1.湖南神斧民爆集團(tuán)工程爆破有限公司, 湖南長沙 410013;2.國防科大工程兵學(xué)院,湖南長沙 410003)

根據(jù)被爆煙囪結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境情況,結(jié)合類似工程成功爆破經(jīng)驗(yàn),對(duì)爆破切口的形式與參數(shù)、爆破參數(shù)、安全設(shè)計(jì)與防護(hù)、爆破效果進(jìn)行了詳細(xì)的敘述,并總結(jié)了本工程的幾點(diǎn)收獲。

煙囪爆破;定向倒塌;切口設(shè)計(jì);安全防護(hù)

1 工程概況

1.1 煙囪結(jié)構(gòu)

被爆兩座煙囪坐落在株洲 601廠廠區(qū)內(nèi),其中一座高 65 m,磚砌結(jié)構(gòu),建于 1950年代末,材料強(qiáng)度較高,煙道為地下式;距地面 2.2 m高位置煙囪外徑為 5.32 m,囪壁厚度 0.87 m,內(nèi)襯厚度 0.24 m;隔熱層厚度 0.1 m,充填材料為珍珠巖 ;頭部外徑為1.88 m,壁厚 0.24 m;煙囪總質(zhì)量為 831 t,質(zhì)心高度為 21 m。另一座高 80 m,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),建于1990年代,混凝土強(qiáng)度為 C25,煙道口為地上式,距地面 3.5 m,高 6 m,寬 3.4 m,下由 0.5 m厚鋼筋混凝土墻支撐,并與煙道口邊框整體澆筑;距地面 0.5 m高位置煙囪外徑為 7.5 m,囪壁厚度 0.3 m,單層配筋,規(guī)格密度為Φ16@200;內(nèi)襯厚度 0.13 m,隔熱層厚度 0.1 m,無充填材料 ;煙囪根部北東側(cè)有一高 2 m、寬 1.2 m除灰口;頭部外徑為 3.8 m,壁厚0.18 m;煙囪總質(zhì)量為 1199 t,質(zhì)心高度為 31 m。

1.2 周圍環(huán)境

65 m煙囪東側(cè) 30 m有氫氣等生產(chǎn)管線,南側(cè) 5 m為院墻,17 m為中外合資模具廠房,西面、北面較開闊,北面 40 m位置有埋深 1 m、東西走向的給水管。

80 m煙囪東側(cè) 50 m有氫氣等生產(chǎn)管線,85 m為辦公樓,南面較開闊,西面 110 m為廠內(nèi)油庫,北面較開闊,50 m位置有埋深 0.6 m、東西走向的電纜。周圍環(huán)境見圖1。

圖1 煙囪周圍環(huán)境

1.3 爆破要求

(1)倒塌方向準(zhǔn)確,保證模具廠、生產(chǎn)管線、油庫、地下電纜的安全。

(2)嚴(yán)格控制爆破與落地震動(dòng)及飛石,保證廠區(qū)的正常生產(chǎn)及財(cái)產(chǎn)的安全。

(3)文明有序施工,工期為 4個(gè)日歷天。

2 倒塌方案與技術(shù)控制要點(diǎn)

(1)根據(jù)場地條件,兩座煙囪均采用定向倒塌方案,65 m煙囪向北偏西 25°倒塌,80 m煙囪向北偏西 15°倒塌。

(2)65 m煙囪壁厚大,切口形成瞬間堆渣高,為防止堆渣影響切口閉合,采用倒梯形切口。

(3)為降低鋼筋混凝土煙道口對(duì)爆破切口的影響,爆破切口選擇下矩形、上正梯形的類梯形爆破切口。

(4)為有效控制飛石,采用貼身防護(hù)與近體防護(hù)組成的復(fù)合型防護(hù)。

(5)挖減震溝,砌減震堤,降低煙囪落地震動(dòng),對(duì)地下給水管與地下電纜進(jìn)行保護(hù)性防護(hù)。

(6)對(duì)兩個(gè)煙囪的內(nèi)襯和 80 m煙囪煙道口的鋼筋混凝土外伸墻進(jìn)行預(yù)處理。

3 爆破切口和爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

65 m煙囪爆破切口形式為倒梯形,80 m煙囪爆破切口為類梯形,見圖2。爆破切口參數(shù)見表1。

圖2 爆破切口形式

表1 爆破切口參數(shù)

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)成果見表2。

表2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)成果

4 炮孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)路

(1)煙囪壁外布孔,炮孔相對(duì)配置,鉆直徑為40 mm的水平直孔。

(2)炸藥品種為巖石乳化炸藥,藥卷直徑為 32 mm,單層耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

(3)孔內(nèi)裝單發(fā)MS2導(dǎo)爆管雷管,65 m煙囪過橋雷管為雙發(fā)MS2導(dǎo)爆管雷管,80 m煙囪過橋雷管為雙發(fā)MS5導(dǎo)爆管雷管,過橋?qū)П芄?jié)點(diǎn)用 2發(fā)串聯(lián)瞬發(fā)電雷管起爆,兩座煙囪敷設(shè)成串聯(lián)電爆網(wǎng)路,用高能起爆器起爆。

5 預(yù)拆除、試驗(yàn)炮及定向窗

(1)65 m煙囪的內(nèi)襯用人工法預(yù)拆除,80 m煙囪內(nèi)襯大部分用人工法預(yù)拆除,預(yù)留支撐島用設(shè)在內(nèi)壁面與內(nèi)襯間的 200 g夾縫藥包爆破處理,夾縫藥包與主藥包同時(shí)起爆。

(2)80 m煙囪煙道口外伸鋼筋混凝土邊框與支撐墻用炮機(jī)預(yù)處理,殘余部分用爆破法預(yù)處理。處理的炮孔布置與參數(shù)為:沿 0.5 m寬鋼筋混凝土壁中間打一排孔,孔深根據(jù)殘留厚度確定,孔距為0.4 m,單耗為 1000 g/m3。

(3)在 80 m煙囪倒塌中心線另一側(cè)預(yù)開設(shè)對(duì)稱除灰口,對(duì)除灰口門框筋和預(yù)開設(shè)對(duì)稱除灰口的露筋進(jìn)行切除。

(4)65 m煙囪試驗(yàn)炮,單孔裝 80～100 g,磚壁只原位松動(dòng),裝 150～200 g,磚壁拉通;80 m煙囪試驗(yàn)炮,單孔裝 66 g混凝土全部脫筋。根據(jù)實(shí)驗(yàn)炮效果,正式裝藥時(shí),65 m煙囪每孔裝 200 g,80 m煙囪每孔裝 80 g。

(5)65 m煙囪定向窗寬 1.5 m,高 1.35 m,定向窗對(duì)應(yīng)圓心角 64.6°;80 m煙囪定向窗寬、高各0.9 m,除灰口窗與定向窗對(duì)應(yīng)的圓心角為 64.2°。

6 安全設(shè)計(jì)

6.1 安全計(jì)算

(1)爆破震動(dòng)。爆破震動(dòng)速度用公式 V=K(Qc1/3/R)α計(jì)算,結(jié)果見表3。

表3 爆破震動(dòng)計(jì)算結(jié)果

(2)塌落震動(dòng)。煙囪塌落震動(dòng)速度用公式V=K((M gHz/σ)1/3/R)β計(jì)算,結(jié)果見表4。

表4 煙囪塌落震動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果

(3)爆破沖擊波安全距離。爆破沖擊波安全距離用Rc=KcQC1/2計(jì)算,將 65 m單囪藥量 QC=12 kg,80 m單囪藥量 QC=20 kg,KC=2代入計(jì)算,爆破沖擊波安全距離分別為 7 m和 9 m,爆心至被保護(hù)目標(biāo)最近的模具廠房為 21 m,爆破沖擊波對(duì)需保護(hù)的所有建筑物是安全的。

(4)爆破飛石飛散距離。爆破飛石飛散距離用Rf=V02/(2g)計(jì)算,將飛石最大初速度V0=30 m/s,重力加速度 g=10 m/s2代入計(jì)算,Rf=45 m,計(jì)算結(jié)果表明,必須加強(qiáng)防護(hù),才能保證 21 m遠(yuǎn)的廠房及 30 m遠(yuǎn)生產(chǎn)管線的安全。

(5)磚砌煙囪開窗后的穩(wěn)定性。每度圓心角對(duì)應(yīng)的弧長πD/360=π×5.32/360=0.0464 m;定向窗后對(duì)應(yīng)的圓心角 3÷0.0464=64.6°;開窗后對(duì)應(yīng)的圓心角 64.6°＜70°(70°為煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的安全允許角度),所以開窗后磚砌煙囪是穩(wěn)定安全的。

(6)鋼筋混凝土煙囪開窗后的穩(wěn)定性。每度圓心角對(duì)應(yīng)的弧長πD/360=π×7.5/360=0.0655 m;定向窗 +對(duì)稱除灰口開設(shè)后對(duì)應(yīng)的圓心角 4.2÷0.0655=64.2°;開窗后對(duì)應(yīng)的圓心角 64.2°＜ 70°(70°為煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的安全允許角度),所以開窗后鋼筋混凝土煙囪是穩(wěn)定安全的。

6.2 安全防護(hù)

(1)爆破飛石防護(hù)。緊貼爆破切口采用鋼絲網(wǎng)+化纖毯 +棉被 +鋼絲網(wǎng) 4層防護(hù);在磚砌煙囪與模具廠間緊貼切口反向囪壁設(shè)置高 4 m、長 30 m,由3層工程密目安全網(wǎng)組成的防護(hù)屏障。

(2)爆破與落地振動(dòng)防護(hù)。在磚煙囪與模具廠房間開挖寬、深各 2 m的減震溝。65 m煙囪在倒塌落地軸線上設(shè)置兩道減震防濺堤,一道在距煙囪根部 29 m,另一道在 39 m(距給水管 1 m),堤截面為梯形,下底寬 4 m,上底寬 2 m,高 1.8 m,長度為軸線兩側(cè)各 5°,起到減震、防濺及保護(hù)地下給水管的作用。80 m煙囪在倒塌落地軸線上設(shè)置兩道減震防濺堤,一道在距煙囪根部 48 m(距地下電纜 2 m),另一道在 62 m,堤截面為梯形,下底寬 4 m,上底寬 2 m,高 2 m,長度為軸線兩側(cè)各 5°,起到減震、防濺及保護(hù)地下電纜的作用。

7 爆破效果及收獲

7.1 爆破效果

(1)爆破于 2011年 5月 10日上午 11:30進(jìn)行,65 m煙囪點(diǎn)火后歷時(shí) 2 s開始失穩(wěn),與地面約成 60°夾角時(shí)在質(zhì)心稍上部位斷裂,約 8 s全部落地,倒塌方向與設(shè)計(jì)方向吻合,頭部信號(hào)燈平臺(tái)倒塌距離約62 m,頭部壓頂板與圈梁前沖約 10 m;80 m煙囪點(diǎn)火后歷時(shí) 3 s開始失穩(wěn),4 s時(shí)煙道底部開始拉裂,約 10 s全部落地,倒塌方向較設(shè)計(jì)方向右偏約 1°,倒塌長度約 75 m。

(2)兩座煙囪均無后坐,落地?zé)o飛濺,20 m遠(yuǎn)模具廠房玻璃完好無損,煙囪周圍建筑、管線均安全無恙。

7.2 幾點(diǎn)收獲

(1)“四對(duì)稱”是準(zhǔn)確控制倒塌方向的關(guān)鍵。從爆破設(shè)計(jì)到施工嚴(yán)格做到了“爆破切口中心線兩側(cè)切口的幾何形狀和尺寸對(duì)稱,爆破切口中心線兩側(cè)切口上的孔位、孔深、孔距、單孔藥量對(duì)稱,爆破切口中心線兩側(cè)爆除體卸載同步性對(duì)稱,爆破切口部位余留支撐體中心線兩側(cè)強(qiáng)度對(duì)稱。”

(2)爆破切口形式與參數(shù)選擇合理。磚砌煙囪壁厚大,切口形成后地面堆渣高,為避免堆渣對(duì)切口閉合的影響,爆破切口選倒梯形,切口長度取 0.55倍周長,切口高度取 2倍壁厚,既保證了切口的順利閉合,又避免了煙囪切口形成瞬間煙囪的后座。鋼筋混凝土煙囪選類梯形切口,切口長度取 0.62倍周長,切口高度取 6倍壁厚;切口下部 0.3 m選矩形使切口形成瞬間壓碎點(diǎn)提高,避開了囪內(nèi)堆高的渣物對(duì)切口順利閉合的影響,切口上部 1.5 m選正梯形使切口越高破壞長度越小,減小了距切口上沿 1.2 m的煙道口對(duì)切口閉合過程的影響。

(3)防護(hù)措施全面有效。4層貼身防護(hù)與 3層防護(hù)網(wǎng)近體防護(hù)使爆破飛石的飛散距離未超過 10 m,減震溝與減震堤使落地震動(dòng)遠(yuǎn)小于計(jì)算值,有效保護(hù)了穿過倒塌軸線的管線。

(4)煙道口對(duì)煙囪倒塌過程的影響應(yīng)引起注意。鋼筋混凝土煙囪在切口閉合過程中,未從切口位后支撐最薄弱線的平面上拉斷,而是在煙道口下部拉斷,說明該處的抗拉抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的拉斷線,雖對(duì)效果無明顯影響,但事先對(duì)該因素的影響分析研究的還不夠,在以后類似爆破中應(yīng)引起重視。

[1] 劉殿書,劉宏剛,于亞倫.鋼筋混凝土煙囪爆破拆除倒塌方向的控制[A].中國爆破新技術(shù)Ⅱ[C].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

[2] 朱朝祥,崔允武,高 星,等.兩座高 120 m鋼筋混凝土煙囪的爆破拆除[J].工程爆破,2008,(2).

[3] 王旭光.爆破手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

[4] 侯殿昆,袁紹國,王宗國.厚壁煙囪爆破注意事項(xiàng)[J].爆破,2004,(2).

[5] GB50051—2002.煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

2011-06-26)

王本鳳(1966-),男,高級(jí)工程師,總工程師,從事爆破工程技術(shù)研究工作。