210 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

孫向陽，朱金華，郭天天

(1.湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410005； 2.國防科學技術大學， 湖南 長沙 410003)

華潤電力(錦州)有限公司一座210 m的煙囪需要通過爆破方式拆除。煙囪為整體現澆鋼筋混凝土筒體結構，底部外半徑10.1 m，底部筒壁為C30混凝土，壁厚0.6 m，煙道積灰平臺坐落在圈梁上，距地面5 m，積灰平臺以下無耐火磚，圈梁高1 m ,厚度0.9 m。在煙囪積灰平臺上東南和西北方向各有一個高11 m、寬5.6 m的煙道口。平臺以下的煙囪筒壁為雙層布筋，外側豎筋Ф28×150、環筋Ф25 mm×200 mm，內側豎筋Ф14×150 mm、環筋Ф12×200 mm。煙囪筒體底部地坪下5 m建有人防工程。煙囪混凝土體積約3600 m3，總質量約為1萬 t。

待拆除的210 m高煙囪位于廠區的中間區域，東側為大面積的開闊地，距廠區院墻外的居民建筑在400 m以外，南側距220 kV升壓站的邊緣最近距離約210 m，爆破時升壓站保持正常運行，為主要的保護設施。西側距電廠的辦公樓約280 m，北側200 m范圍內無需要保護的建筑和設施，爆破環境相對較好。

1 爆破方案

1.1 傾倒方向

待拆除煙囪周邊環境條件相對較好，煙囪的東側場地寬闊，400 m范圍內無任何建筑物，南側210 m處有升壓站，北側200 m處有居民房，煙囪的傾倒軸線選擇在東偏南20°方向。

1.2 爆破切口

爆破切口的形狀、切口所對應的圓心角、切口高度等是影響煙囪失穩及定向傾倒的關鍵因素，也是煙囪爆破拆除設計的重點，根據設計，爆破切口如圖1所示。

(1) 爆破切口的位置。為了能夠滿足煙囪傾倒過程中切口完全閉合的設計要求，保證定向準確，并考慮到施工的方便和盡量減少藥孔的數量，確定爆破切口的位置在煙囪底部0.1～5.0 m處，形式為正梯形。

(2) 爆破切口長度。切口長度的大小決定切口形成以后煙囪能否實現偏心失穩。如果切口過大，可能導致支撐體沒有足夠的支撐力而使煙囪倒塌方向失去控制，反之可能出現傾而不倒的情況。根據煙囪結構和實際受力情況，該煙囪切口下沿對應的圓心角α取216°，切口的下沿長度為38 m。

(3) 爆破切口高度。切口高度按常用的經驗公式確定:H=(1/4-1/6)D(D為切口部位筒壁直徑)。待爆破拆除煙囪底部直徑為20.2 m，依據上式計算切口高度在3.4～5.1 m范圍，由于煙囪底部的配筋較密，承載能力較強，因此，切口高度取大值為5 m。

(4) 定向窗的開設。為保證煙囪的定向準確和順利倒塌，在爆破切口兩端各開設一個三角形定向窗，切口中間開設三個矩形減荷槽。爆破切口兩端三角形定向窗的尺寸為：寬度取3.0 m，傾倒角30°。在爆破切口中間平均開設三個寬2 m，高度5 m的減荷槽。

(5) 煙囪積灰平臺立柱爆破高度。煙囪爆破切口設置在積灰平臺下，積灰平臺有10根鋼筋混凝土立柱做支撐，對10根立柱采取不同的爆破高度，倒塌方向的3根立柱爆破高度為4 m，中間的4根立柱爆破高度為2.5 m，反向的3根立柱爆破高度為0.8 m。

1.3 爆破參數

鉆孔選用氣腿式鉆機在煙囪筒壁上鉆水平孔，炮孔直徑為40 mm，從煙囪內部鉆孔，爆破參數選取見表1。

1.4 起爆網路

起爆網路全部采用非電元件，起爆元件使用毫秒(MS3、MS5)塑料導爆管雷管；傳爆元件使用毫秒MS1塑料導爆管雷管、導爆管和四通聯接件；擊發元件使用起爆器。煙囪起爆劃分為二個起爆區段，切口中間部位采用MS3起爆雷管，切口兩側采用MS5起爆雷管，二區段間延期時間為60 ms,每段最大齊爆藥量為80 kg。

每個炮孔的藥卷用1發毫秒導爆管雷管起爆，每20-25發導爆管雷管并聯后用2發MS1導爆管雷管傳爆，將傳爆雷管分別用四通連接到復式導爆管網路上，導爆管網路端頭用一個高能起爆器作起爆源，引爆整個網路。

圖1 爆破切口

1.5 預處理

在爆破前采用機械和人工方式開設定向窗和減荷槽，拆除煙囪筒體內地表以上的人防工程。

(1) 使用普通炮機在標定的位置開設三個矩形減荷槽和切口兩側的三角形定向窗，并將減荷槽、定向窗范圍內的鋼筋全部切除。

(2) 使用小型炮機在煙囪內部對地表上爆破切口范圍內的人防工程進行拆除。

2 安全防護措施

由于爆破周邊環境較好，安全防護的重點主要是控制塌落振動、減小振動對升壓站的影響；控制煙囪落地后的二次飛濺，避免周邊建筑和設施受到損壞，采取的主要手段有：

(1) 開挖減震溝。在煙囪倒塌軸線與變電站之間開挖一條長200 m，深2 m，寬1m的減震溝，以減小煙囪落地振動對升壓站的影響。

(2) 構筑緩沖堤。在煙囪預定的傾倒方向200、150、100 m處各設置一道緩沖堤，用以減小煙囪塌落時產生的振動和飛濺的影響。緩沖堤就地挖土堆積長30 m、上表面寬3 m、高3 m的三道堤坎，上表面覆蓋一層沙袋。

(3) 加大警戒范圍。對煙囪倒塌方向警戒范圍設定為350 m。

3 爆破效果與分析

3.1 爆破效果

該煙囪起爆后，煙囪緩慢向預定方向傾轉，起爆1.95 s后，煙囪預留支撐體發生斷裂，煙囪開始下座，下座的同時緩慢傾轉，4.8 s后煙囪停止下座，并繼續向預定方向傾倒，16 s后煙囪標高145 m處發生折斷，18.5 s后煙囪全部著地，煙囪落地后的軸線位置比設計軸線向右側偏離了8°。煙囪落地的飛濺物和塌落振動均控制在安全范圍內，未對周邊的建筑和設施造成有害影響。煙囪145 m折斷處上部向前沖出約10 m，整個煙囪傾倒距離約220 m。

3.2 爆破分析

210 m煙囪因其質量大、重心高等特點，對其爆破拆除在控制倒向的準確性和控制有害效應上存在較大的難度。

(1) 傾倒偏差。本次煙囪爆破落地后的位置比預定的傾倒軸線向右偏差了8°。分析其產生的原因，主要是對煙囪底部筒體內的人防工程處理得不徹底，在煙囪底部左側有長12 m、厚0.4 m、高2 m的鋼筋混凝土墻與煙囪筒體內側緊密相鄰，在預處理中已將切口范圍內的墻體徹底拆除，但受施工條件限制，支撐體前端還保留了長2 m、高1.2 m的墻體未拆除，使得煙囪支撐體兩側前端的承載能力不均衡，導致煙囪在下座、傾覆過程中向承壓能力較弱的一邊偏移。因此，為保證煙囪的傾倒準確，除設計合理的方案，也要在施工中精益求精，避免細節處理不到位可能產生的不良影響。

(2) 下座控制。能否保證煙囪爆破傾倒的穩定性和準確性，一個關鍵的因素是能否控制煙囪不下座或推遲下座，即當煙囪傾覆角度足以滿足煙囪定向傾倒條件后，煙囪再產生下座。本次煙囪起爆后不到2 s即發生下座，此時煙囪向預定方向僅偏轉了1°左右，在下座過程中繼續偏轉，至下座結束后煙囪偏轉約5°，煙囪在相對穩定后，在新形成的支撐體以及傾倒慣性的作用下繼續偏轉直至傾倒落地。在煙囪倒向還未完全形成前產生較大的下座是影響煙囪傾倒準確性的主要原因，煙囪提前下座對倒向的準確性影響較大，甚至可能發生座而不倒的嚴重后果，因此，要通過合理的設計，避免煙囪下座可能產生的不良影響。在此提出改進做法供探討：一是增大支撐體的長度，切斷支撐體外部鋼筋，減小煙囪傾覆時的抗拉強度，爆破切口所對應的圓心角控制在200°～210°；二是定向窗的傾倒角不宜過大，可控制在20°～25°。

(3) 塌落振動。210 m煙囪自重在8000～10000 t之間，傾倒落地時對地面產生的塌落振動較大，特別是距煙囪質心落地位置100 m范圍內的振動峰值超過2.5 cm/s。本次爆破布設了4個振動測試點，測震結果：距煙囪質心落地位置100 m的振動峰值為2.63 cm/s，200 m位置的振動峰值為0.77 cm/s，由此說明對210 m煙囪塌落振動的控制是有害效應控制的重點，對于較近距離的建筑物或設施影響較大。

(4) 二次飛濺。高大煙囪因重心高、質量大，觸地后會產生大量的二次飛濺物。本次煙囪倒塌在硬化的地面上，煙囪倒地后產生的二次飛濺物飛散距離較遠，主要是向煙囪倒塌軸線兩側飛散，大量的飛散物在120 m范圍內，個別飛散物達到200 m，，按有關的經驗公式估算該煙囪的二次飛濺距離應小于100 m，但實際情況與預期相差較大。因此，爆破高大的煙囪要重點考慮周邊的環境，高度重視二次飛散物產生的有害影響，由于對二次飛散物控制難度較大，因此，除采取緩沖等防護措施外，特別要加大安全警戒范圍，警戒范圍至少要在300 m以上。

參考文獻：

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