120 m鋼筋混凝土煙囪控制爆破拆除

鄭桂初，邢光武

120 m鋼筋混凝土煙囪控制爆破拆除

鄭桂初，邢光武

(廣東中人集團建設有限公司，廣東 廣州 510515)

某120 m鋼筋混凝土煙囪待爆破拆除，根據其爆破環境，設計布置了復合爆破切口，定位窗，定向窗以及輔助窗。為防止煙囪爆后下坐，爆破前采用磚塊配水泥砂漿將兩側的煙道口砌筑，并采用減振溝、緩沖堤、防沖堤、20層密目安全網以及消防車灑水等措施控制爆破危害。爆破后，煙囪按設計方向傾倒落地，倒塌長度約 116 m，爆堆高度約3 m，無飛石，二次飛濺最大距離約20 m，東北側60 m處振動監測最大值0.74 cm/s，西側140 m古祠堂處振動監測最大值0.15 cm/s，對周圍環境設施沒有影響。

120 m煙囪;爆破拆除;定位窗;定向窗;安全防護

1 項目概況

1.1 煙囪結構特點

待爆破煙囪為鋼筋混凝土結構，建于上世紀90年代初，煙囪高120 m。其結構參數及特點如下：

（1）筒身混凝土強度：+0.0～+70.0 m為C30；+71.0～+120.0 m為C25。

（2）+0.0 m水平：鋼筋混凝土筒壁外半徑5.70 m，壁厚50 cm；煙囪頂部外半徑1.83 m，壁厚16 cm。

（3）+3.5 m水平煙囪剖面：由外到內，依次為鋼筋混凝土筒壁、珍珠巖隔熱層、耐火磚內襯。其中，筒壁厚50 cm，隔熱層厚8 cm，內襯厚24 cm，見圖1。

（4）筒身配筋情況：主筋：0～70 m外側Φ20 mm、內側Φ18 mm；71～120 m外側Φ16 mm、內側Φ12 mm；其余主筋為Φ12 mm和Φ14 mm；拉筋Φ6 mm，環向鋼筋為Φ10～Φ14 mm。

（5）煙道口對稱分布在煙囪東南?西北兩側，煙道口下沿標高+5.03 m、煙道凈高4.8 m、寬3.84 m；煙道口左右寬度1.0 m處加強配筋，內外主筋均為11 mm×Φ25 mm、側向6 mm×Φ25 mm、箍筋為Φ8 mm×200 mm。

（6）煙囪正北側底部有1個出灰口，尺寸為2.0 m（寬）×3.2 m（高）。

（7）煙囪總質量約2700 t。

1.2 爆破環境

待爆破拆除的煙囪位于廣州市番禺區北約大路永大集團廠區，東側距低層鋼混框架結構廠房約60 m、距離北麗園高尚住宅小區約90 m，南側距萬豪儒林小學約100 m，西側距市頭村祠堂古建筑約140 m，北側距市頭碼頭約130 m，東南側100 m及西側100 m以外存在較多的磚混結構民居。其爆破環境見圖2。

圖1 +3.5 m煙囪結構示意圖

圖2 煙囪爆破環境及倒塌方向示意圖

1.3 工程難點

（1）煙囪結構強度高，整體穩定性好，爆破難度大。

（2）環境復雜，拆除爆破影響范圍內存在廠房、民居、學校、文物。

（3）祠堂歷史悠久，不得有半點閃失，萬一受到影響，將引發社會穩定問題。

（4）煙囪質量大，重心高，倒塌觸地振動不得對祠堂、民居及其它建構筑物造成有害影響。

（5）環境復雜，人口密度大，必須采取措施，防止煙囪爆破及觸地引起的二次飛濺危及人員的生命財產安全。

2 總體爆破方案

根據該煙囪的結構特點和難點、周圍環境特點，采用定向爆破拆除方案，在煙囪底部布置一個爆破切口，向正北方向定向傾倒。參見圖2。

爆破時對爆破切口進行嚴密防護，并采用減振堤、減振溝等安全措施，嚴格控制爆破個別飛散物及拆除爆破振動等有害效應。

3 爆破切口及爆破參數

3.1 爆破切口位置選擇

為了達到倒塌方向易控制和安全、方便施工，針對本煙囪特點及實際情況，爆破切口選在距地面標高為1.0～3.5 m范圍內，即切口上沿位于灰斗平臺以下1.5 m處。

3.2 爆破切口參數

3.2.1 定位窗和定向窗的開設

煙囪切口爆破前，在對稱于傾倒中心線的切口兩側開設定位窗，定位窗之間開設定向窗，定向窗的中心設置在傾倒中心線上（見圖3），定位窗與定向窗之間對稱開設輔助窗，為了確保位置準確，定位窗與輔助窗的邊界采取鎬頭機破碎，采用砂輪機修整磨平。

3.2.2 爆破切口形式

為了使煙囪倒塌過程中切口完全閉合，確保倒塌方向的準確性，也為減少定位窗工作量，采用近似正梯形與三角形相結合的復合型爆破切口（見圖4）。切口定位窗底角為25°，爆破切口圓心角為216°。

定位窗底角為25°，1取75 cm。

圖3 煙囪余留截面及爆破切口范圍

圖4 煙囪爆破切口形式

3.2.3 爆破切口高度P

為了使切口形成后，切口內裸露的豎向鋼筋必須失穩。同時，煙囪在傾倒至較大角度時，切口的上下沿才閉合相撞，防止相撞時使傾倒方向發生偏離。因此，其傾倒至爆破切口閉合時，重心位置必須偏移到切口標高處筒壁范圍以外。

根據經驗取P=（1/6～1/4），式中，p為切口高度，m；為煙囪切口處的直徑，m。

經計算煙囪的最大切口高度為：p=1.9～2.85 m，取2.50 m。煙囪爆破切口展開情況見圖5。

3.2.4 爆破切口長度p

切口底部長度p1=（/360°）π=21.48 m；

切口頂部長度p2= 15.24 m。

圖5 爆破缺口展開平面（單位：m）

考慮預處理內襯，煙囪爆破切口的裝藥參數參見表1。

表1 藥孔及裝藥參數表

4 預處理

（1）定位窗和輔助窗的開鑿。用經緯儀測量放線，確定定位窗和輔助窗位置，采用人工機械方法在倒塌中心線兩側對稱開鑿定位窗和輔助窗，定位窗和輔助窗的邊界采取鎬頭機和砂輪機修整。

（2）積灰的處理。為減小塵源，爆破前將筒壁內積灰清理，同時采用了高壓水對擋灰板上的積灰沖洗干凈，徹底清理平臺上的碎渣等。

（3）金屬構件的處理。為了防止煙囪金屬構件影響倒塌方向，爆破前將避雷針和鐵爬梯從5 m標高處用氣割割斷。

（4）內襯及隔熱層的處理。切口范圍內的內襯和隔熱層，采用了人工機械方法，在爆破前實施預拆除且清理干凈。支撐部位的內襯和隔熱層完整保留。

（5）煙道口的處理。完成以上預處理后，采用了紅磚配水泥砂漿將東南?西北兩側的煙道口砌筑并達到足夠強度后再實施煙囪爆破拆除，確保爆破時煙囪底部支撐平衡，防止煙囪倒塌方向偏移。

5 爆破網路

采用復式導爆管傳爆網路（見圖6）。每個炮孔內設置2發MS-9段非電延期導爆管雷管，孔外采用簇聯，每10～15根導爆管為1把，用2發MS-3段導爆管雷管連接，連接處用電工膠布包扎好，并用橡膠包覆，用導爆管引至起爆站，采用起爆器擊發起爆。爆破總延遲時間約為460 ms。

6 爆破安全控制

6.1 預處理煙囪穩定性校核

煙囪預處理后，不考慮內襯及隔熱層的支撐作用，經計算爆破切口底部筒壁支撐面積為=11.76 m2，而煙囪自重=2700000 kg，計算得煙囪荷載在切口底部剩余支撐筒壁上產生的壓應力：=/=2.296 MPa，遠小于混凝土抗壓強度30 MPa。因此，預處理后煙囪不會因載荷作用而使剩余支撐筒壁壓潰而坍塌。

圖6 起爆網路示意圖

6.2 爆破瞬間煙囪支撐部強度校核

煙囪爆破瞬間，切口在閉合過程中，煙囪支撐部面積支撐部=6.845 m2，切口上部煙囪筒體在支撐部筒壁產生的壓應力支撐部=/支撐部=3.945 MPa，遠小于混凝土抗壓強度30 MPa。因此，拆除爆破瞬間煙囪不會因載荷作用而使支撐部壓潰而下坐。

6.3 爆破振動安全控制

根據前蘇聯薩道夫斯基公式，爆破產生的質點振動速度為：

式中，為最大一段（次）齊爆藥量，35 kg；為爆點中心至被保護目標的距離，m；為拆除爆破裝藥分散系數，、為與地形、地質條件有關的系數和衰減系數，根據類似工程經驗，取 7.06，取1.6。經計算，爆破時距離60 m處的質點振動速度為0.067 cm/s，小于國家標準允許振速 2.0 cm/s。

6.4 塌落振動危害控制

根據中科院力學所的建筑物拆除爆破塌落振動公式計算煙囪塔落振動：

V=K×[(/)1/3/]（2）

式中，V為構件塌落引起的地表振動速度，cm/s；為下落構件質量，t；為重力加速度，m/s2；為構件質量中心的高度，m；為地面介質的破壞強度，MPa，一般取10 MPa；為觀測點至沖擊地面中心的距離，m；K、為衰減參數，根據類似工程經驗，分別取K=3.37，=1.66。

本煙囪總質量約為=2700 t，質心高度經計算為=45.84 m，經式（2）計算的塌落振動值見表2。

表2 煙囪塌落振動計算值

為了確保安全，采用以下措施降低塌落振動及防止煙囪頭部前沖：

（1）在煙囪倒塌中心線方向，自煙囪底部至50 m的地面上，采用灰土鋪設0.3～0.5 m的柔性墊層，上覆雙層密目尼龍網。

（2）在煙囪倒塌中心線方向50，80，110 m位置地面采用沙包構筑底寬4 m、上寬2 m、高2 m的緩沖堤，防止煙囪傾倒時直接作用在剛性地面上；同時在煙囪倒塌中心線方向120 m位置地面采用沙包構筑1道底寬5 m、上寬2 m、高2.5 m的防沖堤。緩沖堤、防沖堤的上方覆蓋雙層密目尼龍網。

（3）在煙囪倒塌場地的東側、南側與西側分別開挖了一條深約1.5 m、寬約1 m的減振溝，使倒塌場地與保護目標隔離，進一步削弱了爆破振動與煙囪落地振動強度，確保了保護目標的安全。

6.5 爆破飛散物及二次飛濺的控制

爆破前采取了被動防護措施對飛石進行直接防護，并在爆破部位用20層密目安全網覆蓋的方式進行飛石防護。

采取上6.4節所述的安全措施，有效控制鋼筋混凝土煙囪筒體撞擊地面產生的飛濺碎片，確保其飛散距離控制在較小的范圍內。

6.6 爆破粉塵的控制

（1）爆破前采用了高壓水將煙囪內灰斗的積灰清理干凈；

（2）爆破前對煙囪倒塌中心線兩側各50 m范圍內的塵土清掃干凈，再灑水濕潤；

（3）在爆破后及時采用了2部消防車噴淋降塵，有效減小了爆破粉塵污染。

7 爆破效果

2018年1月12日下午3:00在實施安全警戒250 m確認環境安全之后，對煙囪實施爆破拆除。爆破后，煙囪沿著預定正北方向精準定向傾倒，煙囪落地最遠點約116 m，爆堆高度約2.5 m，煙囪中部先觸地，煙囪中部至煙囪頭部裂成6塊，煙囪沒有下坐、后坐，切口無飛石，煙囪落地二次飛濺的最大距離20 m，爆破拆除取得圓滿成功。經現場測振，測得靠近煙囪根部60 m的東北側廠房地面測點的爆破垂直振動最大值為0.74 cm/s，水平振動最大值為0.63 cm/s；距離煙囪根部140 m的市頭村祠堂古建筑地面垂直振動最大值為0.15 cm/s。爆破作業對周圍環境設施沒有造成有害影響，不影響周邊工廠、學校和居民的正常工作和生活，成功折除了該120 m高煙囪。

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(2018-11-30)

鄭桂初(1965—),男,廣西人，本科, 工程師,主要從事爆破工程設計和施工管理工作, Email:1729512028@ qq.com。

邢光武(1965—),男,廣東人，本科,高級工程師,主要從事爆破工程設計施工及安全技術方面的實踐及研究工作,Email: 457941553@ qq.com。