復雜環境下的45 m磚結構煙囪的爆破拆除

王若堯 常建平 花良奎

(北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083)

· 施工技術·

復雜環境下的45 m磚結構煙囪的爆破拆除

王若堯 常建平 花良奎

(北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083)

以一座高45 m磚結構煙囪爆破拆除為例，介紹了在緊鄰高壓線、倒塌場地臨近學生宿舍等惡劣條件的情況下，高聳結構定向爆破的設計與施工要點，對傾倒方向、爆破窗口、爆破參數和安全防護等進行了精心計算設計，并采取爆破缺口的強力防護及地面減振土堤等有效防護措施控制爆破飛石以及倒塌觸地振動對周邊建筑物的影響，拆除結果表明煙囪按照設計方向倒塌，定向準確，緊鄰的高壓線和周圍建筑物安全。

復雜環境，磚混煙囪，拆除爆破

近些年，爆破拆除了許多煙囪，成功案例有很多，但因爆破方案選擇不當而導致的失敗案例亦不少見。煙囪的特點是體型高聳，重心較高，極易在重力作用下失穩傾倒。國內外通常采用爆破拆除，在爆破拆除時，可以采用不同的爆破方案使之實現定向、折疊、原地倒塌[1，2]。一般整體定向傾倒易于準確控制倒塌方向。工程實踐表明，對于復雜條件下的磚混煙囪定向爆破的炸藥單耗，切口形式的選取等方面存在較大的差別[3,4]，下面結合一個復雜環境條件磚混結構煙囪的爆破拆除實例，談幾點體會。

1 工程概況

待拆除結構位于內蒙古包頭市境內的內蒙古科技大學校園內原供暖鍋爐的一座磚結構煙囪，因基建需要拆除，磚煙囪結構完整。煙囪高45 m，上口半徑1.5 m，底部半徑4.3 m；底部12 m高度壁厚0.45 m，有0.24 m的磚內襯。進風道與鍋爐房聯通，出灰口面對北院墻，煙囪建設年代較新，結構完整。

周圍環境條件比較復雜，煙囪東側是食堂，距煙囪約6.8 m，西側有15號學生宿舍樓，距煙囪約50 m，北側臨近校園圍墻，在圍墻上方有6 kV高壓輸電線，距圍墻北側約2 m處有10 kV高壓輸電線，圍墻外是市政馬路，距離約6.4 m；煙囪四周地下無重要管線等需保護設施。煙囪周圍環境如圖1所示。

2 爆破拆除方案

根據煙囪結構的特點和周圍的環境條件，結合工程的經驗[5，6]，決定采用可靠性較高的整體倒塌定向爆破方案，從煙囪四周的場地條件來看只有西側煙囪到圍墻大門的區域可以容納煙囪的整體傾倒。從煙囪四周的場地條件來看煙囪北側的高壓輸電線和市政道路，東側的食堂都是必須保護的，南側雖沒有需保護設施，但是場地開闊距離不夠，因此只有西側煙囪到圍墻大門的區域可以容納煙囪的整體傾倒，經過反復權衡，確定倒塌方向沿著西偏南5°(正對圍墻大門口)，采用較高級別的防護與減振措施保障高壓輸電線、學生宿舍及墻外市政馬路設施以及人員的安全。

3 拆除爆破設計

對于高聳結構的拆除爆破，主要通過爆破手段對結構底部開設切口，破壞底部的內力平衡，在自身重力的作用下整體失穩，重心偏移，向預設方位倒塌[7]。故爆破設計主要針對爆破切口部位。

3.1 爆破切口

爆破切口在煙囪傾倒的初期，主要起著引導煙囪傾倒方向，防止后坐等作用，在實際工程中，經常采用梯形和倒梯形切口，因為切口的三角形部分爆破后后部受拉，兩側受壓，砌體結構是典型的抗壓能力高于抗拉能力，因此可以起到一定的支撐和導向作用。因此在煙囪爆破拆除工程中，尤其是超高煙囪拆除爆破工程中經常采用這兩種切口形式[8]。

為了施工作業的簡便以及傾倒方向的精準控制，采用梯形切口，煙囪距地面0.6 m處，外直徑D=8.6 m，切口長度一般為外周長的2/3倍，即切口長度取L=2/3×3.14×D≈18 m，通過參考類似工程經驗[9]，對于磚結構煙囪，切口高度一般為H=(1.5～3.0)δ=(0.68～1.35)m，為確保可以順利的倒塌和施工便利，取H=1.4 m。

李守巨[9]研究發現，對于磚結構煙囪，開口的圓心角的大小與煙囪質量成反比，與煙囪外直徑以及壁厚成正比，一般取149°～196°，為了保守起見，取開口圓心角242°。

通過經驗公式驗證，此時缺口長度L滿足下列條件較合適：

3S/5≤L≤2S/3(S為切口部位煙筒的周長)。

3.2 定向窗設計

為確保煙囪按設計方向傾倒，在梯形缺口的兩側人工開設定向窗。由于煙囪的出灰口和煙道口基本對稱，出現在其根部的東西兩面，故可利用其作為定向窗，實際工程中修正形成1.4 m×0.4 m×0.45 m的定向窗。

3.3 爆破參數設計

煙囪爆破切口處壁厚δ=45 cm，炮孔深度一般取煙囪壁厚的0.6倍～0.7倍，即L=(0.6～0.7)δ，取L=0.32 m；采用梅花形布置炮孔，根據工程實踐和經驗公式，炮孔間距a=(0.85～0.95)L，炮孔取a=0.3 m。炮孔的排距，類比工程經驗取b=0.3 m，單孔裝藥量Q通過查閱文獻[10][11]結合本工程實際，對于壁厚為0.45 m的磚結構煙囪，炸藥單耗q=1.0 kg/m3,則單孔裝藥量Q=qab=0.04 kg。對于細長高聳結構的建(構)筑物，因為總裝藥量不大，一般選擇導爆管并聯網絡，并發起爆。通過雷管不分段，防止出現帶炮而影響缺口的良好成型。炮孔深度0.32 m，藥包中心控制在煙囪外壁的中心，人工預先開設定向窗口，通過定向窗口將爆破部位四周內襯層預先拆除；爆破部位的炮孔采用梅花形布孔，共布五排孔。單孔裝藥量0.04 kg，邊孔裝藥量0.03 kg。采用非電網絡，每十根連成一組，各組之間再并聯，最后用兩發雷管起爆，起爆雷管組并聯。

4 安全防護

4.1 煙囪倒塌觸地時的振動預測

煙囪高度在20 m以上時，其倒塌過程中與地面接觸時會引起地面振動，振動的大小與煙囪的剛度、質量以及重心的高度和觸地點的土質有關。煙囪倒塌觸地時的振動計算公式[12]：

(1)

其中，V2為煙囪觸地時引起的振速,cm/s；M為煙囪的質量，t；H為煙囪的重心高度，m；g一般取9.8 m/s2；R為倒塌中心到被保護對象的距離，m；σ為煙囪觸地點的地面介質的破壞強度，一般取10 MPa；Kt為塌落振速衰減系數；β為經驗指數。結合本工程情況，計算得出煙囪倒塌時觸地振速為2.0 cm/s。

4.2 爆破振動

根據中華人民共和國GB 6722-2003爆破安全規程[13]的規定，爆破振動的振速估測公式：

(2)

其中，V為被保護物所在地質點振動速度，cm/s；K為與傳播介質性質爆破有關的系數，本工程取K=32.1；K0為經驗系數，一般取0.25～1.0；Q為最大裝藥量，經計算取12 kg；R為爆破振動安全允許距離，取38 m；α為衰減系數，此處α取1.6。經計算，爆破所產生的振動在距離爆破點50 m(西側)學生宿舍的質點振速為0.15 cm/s。為了減小煙囪倒塌觸地引起的振動對周圍建筑物產生的影響，尤其是西側宿舍的安全，在爆破前，用廢渣在煙囪倒塌部位鋪上厚約0.5 m的緩沖帶，中間低兩邊高，可以大大減小煙囪觸地引起的振動，防止煙囪落地后滾動，減少對被保護建(構)筑物的影響。

4.3 飛石防護

此次煙囪爆破拆除是在學校辦公區內進行，煙囪的傾倒軸線附近有學生宿舍和食堂，窗戶較少，且離地高，煙囪的爆破切口低，故對飛石的防護重點在于對爆破切口部位的防護，采用2層棉被包覆，外加1層鐵絲網包覆，可保證飛石不會超過警戒范圍。

爆破的側后方有高壓輸電線路，因此對高壓輸電線路的安全防護至關重要。由于高壓輸電線路背離煙囪傾倒方向，對其防護的重點是防止煙囪偏轉和后坐，關鍵在于爆破切口處預留部分的長度及其完整性，從國內類似磚結構煙囪的爆破拆除情況來看，預留部分能夠保證爆破瞬間對整個煙囪重量的支撐；為了確保預留部位的強度，出灰口在預留部分將人工砌實，形成完整結構。

5 爆破效果

從煙囪起爆到完全倒塌，全過程未發現飛石，折斷以及后坐現象；倒塌過程中未出現折斷現象；經測量煙囪倒塌的方向與預想偏離3°,仍處于倒塌設計范圍內。煙囪在倒塌中心線上的最遠塌散距離為47 m。四周建(構)筑物和高壓輸電線等安全無損。食堂處爆破峰值振速為0.943 cm/s。此振速小于GB 6722-2003爆破安全規程規定的一般建筑允許振速2 cm/s～3 cm/s。

6 結語

本次45 m高磚結構煙囪爆破實踐說明：1)磚結構煙囪爆破時，為了定向準確，爆破缺口不宜過小，一般取周長的2/3倍即可，為了施工簡便、傾倒方向的精確控制，盡量選用梯形切口；2)由于煙囪周邊場地情況復雜，要求倒塌方向嚴格，定向窗的開設一定要準確并應充分利用煙囪本身的構造，它關系到煙囪是否能按預定的方位倒塌。因此在定向窗開設時必須精確施工、嚴格驗收；3)因為爆破切口高度低，對爆破切口采取棉被和鐵絲網包裹等防護措施，有利于減少飛石。

[1] 孫遠征，龍 源，范 磊，等.在復雜環境中的磚混煙囪定向爆破拆除[J].爆破，2007，24(2)：54-57.

[2] 葉晨輝，言志信.磚煙囪定向爆破拆除傾倒過程研究[J].工程爆破，1995，16(1)：16-19.

[3] 吳亞東，馬建軍，蔡路軍.磚瓦廠廢棄煙囪控制爆破拆除[J].爆破，2004，21(1)：51-52.

[4] 楊學山.厚壁煙囪的定向爆破拆除[J].工程爆破，2000，6(3)：46- 49.

[5] 程貴海，刁 約，唐春海，等.80 m高煙囪高位切口定向爆破拆除[J].爆破，2014，31(2)：528-535.

[6] 范學臣，劉學慶，紀 臻.2座80 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除[J].爆破，2008，27(2)：68-72.

[7] 呂淑然，楊 軍，劉國振.高大建筑物定向爆破地震振動效應監測與控制研究[J].爆破，2003，20(3)：71-74.

[8] 王旭光.爆破手冊[M].北京：冶金工業出版社，2010:419-429.

[9] 李守巨.爆破拆除磚煙囪爆破切口范圍的計算[J].工程爆破，1999，5(2)：1- 4.

[10] 于亞倫.工程爆破理論與技術[M].北京：冶金工業出版社，2004:323-359.

[11] 張云鵬.拆除爆破[M].北京：冶金工業出版社，2002:44-70.

[12] 周家漢.爆破拆除塌落振動速度計算公式的討論[J].工程爆破，2009，12(3)：1- 4.

[13] GB 6722-2003，爆破安全規程[S].

Demolition blasting of 45 meters brick-concrete chimney under complex environment

WANG Ruo-yao CHANG Jian-ping HUA Liang-kui

(CivilandEnvironmentalEngineeringSchool,BeijingUniversityofScienceandTechnology,Beijing100083,China)

Taking a 45 m brick-concrete chimney blasting demolition as an example, the paper introduces the directional blasting design and construction points of the high-rise structure under complex poor conditions of closing to high-tension cable and collapsible field closing to students’ dormitories and so on, calculates and design collapsible direction, blasting window, blasting parameters and safety protection, adopts strong blasting gap protection and ground seismic reducing embankment and other effective preventive measures for controlling the impact of blasting flying stones and collapsible grounding vibration upon surrounding buildings. The demolition results show that: the chimney collapses at the designed direction, the orienting is accurate, surrounding high-tension cable and buildings are safe as well.

complex environment, brick-concrete chimney, blasting demolition

1009-6825(2014)34-0100-02

2014-09-28

王若堯(1988- )，男，在讀碩士

TU746.5

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