一座40 m磚混結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

某油建公司一座燃?xì)夤┡療焽枰蚋吣芎摹⒅匚廴径毙璨鸪陆ㄐ率焦┡O(shè)施。待拆除煙囪為磚混結(jié)構(gòu)，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(nèi)襯；煙囪正南側(cè)+0.5 m處有煙道1個(gè)，高2.8 m，寬1.2 m，斷面為矩形，煙囪正北側(cè)有一出灰口，高80 cm，寬50 cm。

1.2 工程環(huán)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(fēng)機(jī)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(chǎng)，并有磚砌圍墻（可拆除），圍墻外側(cè)50 cm處為自用采暖管線管溝，管溝外側(cè)20 m處為空地，并建有鐵柵欄圍欄（可拆除），此柵欄外側(cè)為廠區(qū)自建柏油路面，道路北側(cè)為大片空地，在道路北側(cè)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(diǎn)

（1）煙囪周圍的倒塌空間狹小，只有一個(gè)正北方倒塌方向可供選擇。

（2）施工時(shí)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(zhǔn)確，不得產(chǎn)生后座。要做到文明施工，減少對(duì)環(huán)境污染。

（2）安全要求。確保爆破施工過程自身安全及相鄰環(huán)境的安全；控制爆破振動(dòng)、煙囪落地振動(dòng)及爆破飛石；煙囪落地飛濺物不得損壞周圍保護(hù)對(duì)象；確保爆破時(shí)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(shí)保質(zhì)保量的完成爆破拆除工作。

2 施工方案選擇

目前對(duì)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(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境條件，當(dāng)周圍環(huán)境條件較好時(shí)，常采用單向倒塌方案；當(dāng)周圍環(huán)境復(fù)雜時(shí)，常常采用折疊爆破。對(duì)于折疊爆破，折疊次數(shù)越多風(fēng)險(xiǎn)越大；對(duì)于原地坍塌方案，其技術(shù)難度較高，稍有失誤，會(huì)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(cè)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(fù)雜環(huán)境條件下，倒塌方向無法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)稱時(shí)，應(yīng)根據(jù)煙囪定向拆除工程特點(diǎn)，結(jié)合周圍環(huán)境實(shí)際情況，選擇能夠滿足環(huán)境許可的倒塌要求方向。

綜上所述，結(jié)合本工程現(xiàn)狀及與業(yè)主單位溝通后，決定對(duì)40 m高磚混結(jié)構(gòu)煙囪實(shí)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(shí)向正北方向倒塌；對(duì)煙囪倒塌范圍內(nèi)的北圍墻和垃圾堆機(jī)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(jìn)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(shè)計(jì)［9-11］

爆破切口大小、高低及位置是煙囪能否按設(shè)計(jì)倒塌的重要保證，因此必須認(rèn)真測(cè)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(gè)條件。

（1）爆破切口位置、煙囪筒壁厚度、結(jié)構(gòu)受力條件、材料強(qiáng)度等沿切口軸線對(duì)稱，防止預(yù)處理后煙囪偏心失穩(wěn)。

（2）切口位置預(yù)留部分，應(yīng)有一定的抗壓強(qiáng)度，保證定向倒塌方向準(zhǔn)確，防止后座。

（3）盡量降低切口位置高度，方便施工作業(yè)，避免高空作業(yè)，保證施工安全。

根據(jù)本工程特點(diǎn)，在煙囪正北側(cè)方向+0.8 m處開爆破切口。

3.2 預(yù)拆除

煙道需提前采用機(jī)械拆除；為保證煙囪嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方向進(jìn)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(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)踐證明爆破切口高度取值大一點(diǎn)可有效防止煙囪在傾倒過程中出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，該處爆破切口高度取H＝1.4 m。

（2）切口圓心角。切口對(duì)應(yīng)的圓心角是保證煙囪定向倒塌的重要依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為當(dāng)180°≤α≤240°時(shí)，煙囪均能倒塌。考慮本次工程施工特點(diǎn)，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(zhǎng)L。計(jì)算得L=11.5 m。

（4）定向窗參數(shù)選擇。定向窗角度大小對(duì)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(jù)經(jīng)驗(yàn)，角度不宜太小，本次取45°，底邊長(zhǎng)0.75 m，高0.75 m。

（5）中間窗參數(shù)選擇。中間窗為矩形，長(zhǎng)1.4 m，寬2 m。

4 爆破參數(shù)選擇

（1）爆破參數(shù)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(jì)算。式中，q為單位體積用藥量系數(shù)（即炸藥單耗，取1 000~1 100 g/m3）

計(jì)算得q=98~108 g，實(shí)取q=100 g。

（3）經(jīng)測(cè)算總孔數(shù)為100個(gè)，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(wǎng)路

起爆網(wǎng)路是爆破成敗的關(guān)鍵，起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)必須保證每個(gè)藥包按設(shè)計(jì)起爆順序和起爆時(shí)間全部準(zhǔn)爆。孔內(nèi)裝同廠同批次ms-10非電塑料導(dǎo)爆管雷管，中間窗兩側(cè)爆區(qū)對(duì)稱的兩排炮孔簇聯(lián)在一起，孔外ms-3非電塑料導(dǎo)爆管雷管延期組成導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)連接，分5段延時(shí)起爆，最大單響藥量為2 kg；網(wǎng)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(cè)定向窗方向推進(jìn)，微差間隔50 ms。

6 爆破安全技術(shù)校核

6.1 振動(dòng)效應(yīng)

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

一次齊爆的最大藥量根據(jù)環(huán)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(hù)目標(biāo)的安全振動(dòng)速度，cm/s；工業(yè)和商業(yè)建筑振速取4.5~5.0 cm/s（本工程為淺孔爆破，爆破振動(dòng)頻率應(yīng)大于50 Hz）；本工程取4.5 cm/s；K為與裝藥形式有關(guān)的系數(shù)，控制爆破取K=200；K'為爆破拆除折算系數(shù)，在0.25～1.0取值，此處取0.25；α為與地質(zhì)有關(guān)的爆破震動(dòng)衰減系數(shù)，取α=1.8；R為距爆炸幾何中心的距離，要求5.2 m范圍內(nèi)無重要防震保護(hù)設(shè)備設(shè)施。

計(jì)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(dòng)不會(huì)對(duì)建構(gòu)筑物造成損害。

（2）煙囪倒塌觸地振動(dòng)［12］。高大建筑在倒塌觸地時(shí)，對(duì)地面的沖擊較大，其計(jì)算目前尚無科學(xué)統(tǒng)一的計(jì)算理念和方法，本次爆破借用中人集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

式中，vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；M為下落結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量，落地質(zhì)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(jié)構(gòu)物中心所在位置高度，取17 m；R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；Kt、β為根據(jù)數(shù)座高煙囪爆破拆除實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析得出的衰減系數(shù)，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(zhì)破壞強(qiáng)度，對(duì)于C30混凝土，取30 MPa。

建筑物落地振動(dòng)與其結(jié)構(gòu)解體尺寸和下落高度有關(guān)，為了減少對(duì)地面的撞擊作用，控制建筑物落地尺寸十分重要。根據(jù)中人集團(tuán)拆除數(shù)座120 m高煙囪實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為式中的衰減系數(shù)取Kt=3.37，β=1.66較為合適，代入式（5）計(jì)算得結(jié)果見表1。

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表1 中振動(dòng)速度在周圍建筑物的允許振動(dòng)范圍內(nèi)（一般工業(yè)和商業(yè)建筑安全振動(dòng)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(gòu)筑物的距離均在20 m以上，依據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，在煙囪倒塌方向地面設(shè)置緩沖帶等措施，可使振動(dòng)減少70%以上，由此塌落物的振動(dòng)完全在可以控制的安全范圍內(nèi)。

煙囪觸地后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)及落地飛濺物，在煙囪倒塌方向鋪設(shè)緩沖帶是減低煙囪觸地振動(dòng)，減少煙囪觸地砸起飛濺物的重要舉措。本次爆破設(shè)計(jì)在倒塌范圍內(nèi)需保護(hù)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(gè)別飛散物校核及措施［13］

控制爆破個(gè)別飛石最大飛散距離，按《爆破計(jì)算手冊(cè)》中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(jù)上式計(jì)算得s=63.6 m，此計(jì)算值是在無任何防護(hù)情況下的最大飛石距離，在實(shí)際爆破中，由于采用建筑用網(wǎng)、棉被、鐵絲網(wǎng)等進(jìn)行近體防護(hù)，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(chǎn)生飛石，故多采用嚴(yán)格的防護(hù)加以控制。本次爆破防護(hù)的重點(diǎn)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(wǎng)，外層再覆蓋一層棉被，然后用鐵絲網(wǎng)扎緊，通過多次工程實(shí)踐，采用上述方法進(jìn)行防護(hù)后，可防止爆破飛石對(duì)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(shè)鋼絲網(wǎng)加草苫（棉氈）進(jìn)行近體防護(hù)，可增強(qiáng)防護(hù)效果。

7 結(jié)語

煙囪起爆后約2～4 s開始傾倒，而后向設(shè)計(jì)的倒塌方向傾倒，煙囪筒體倒地瞬間全部與緩沖沙袋相結(jié)合，無后坐現(xiàn)象發(fā)生，筒體完全破碎，筒體解體后的散落范圍完全在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。對(duì)周邊保護(hù)對(duì)象無影響，設(shè)置的2個(gè)爆破振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)速度分別為0.46和0.33 cm/s，各項(xiàng)控制指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期效果。