复杂环境下成功爆破拆除80m钢筋混凝土烟囱

杨朝光，朱 锐，刘朝红

浙江新纪元爆破工程有限公司，浙江台州 317600

1 工程概况

某焦化厂因技术改造，需将原焦化厂20 万t 炼焦车间整体拆除，其中有2 座80m 高钢筋混凝土烟囱决定采用爆破方式拆除。

待拆除的2 座烟囱东面距离煤气管道70m；南面是焦化新厂区，距离最近的设施20m；西面距离煤气管道35m；北面紧邻厂区道路，距离厂区围墙74m，围墙外侧为城区主干道。爆区环境如图1 所示。

图1 爆区环境示意图

待爆破的2 座钢筋混凝土烟囱筒身顶部直径Φ3750mm，壁厚320mm，竖向主筋Φ14@140，环行分布筋Φ14@165；筒身底部直径Φ7300mm，壁厚750mm，竖向主筋Φ20@140，环行分布筋Φ14@125；隔热层采用干容重r=500kg/m3 的高炉水渣，厚120mm；内衬采用75#红砖、25#混合砂浆砌筑的砌体，底部厚240mm，上部厚120mm。单座烟囱钢筋混凝土体积418.6m3，隔热层体积143.7m3，红砖内衬体积136.5m3，单座烟囱重量约1364t。

2 爆破方案设计

2.1 爆破方案的选择

用爆破方法拆除钢筋混凝土烟囱，通常有原地倒塌、定向倒塌和折叠倒塌三种方案。根据本工程环境实际状况，确定采取定向倾倒方案，倒塌方向为东偏北30°，如图1。

2.2 爆破切口设计

2.2.1 设计原则

根据力学分析，实现烟囱顺利倒塌的切口尺寸应同时满足以下几个条件：1）在爆破形成切口瞬间，烟囱自重P 作用在余留截面上的压应力必须小于筒壁抗压强度[σ 压]；2）在烟囱倾倒切口闭合过程中，烟囱自重产生的倾覆力矩在余留截面上所产生的拉应力σ 拉必须大于筒壁的抗拉强度[σ 拉]；3）在烟囱倾倒，切口上下闭合时烟囱的重心偏移距离应大于切口处烟囱外半径。

2.2.2 切口形式

参考国内工程实例，结合本工程烟囱结构形式，爆破切口形式选择倒梯形切口。如图2 所示。

图2 爆破切口设计图

2.2.3 爆破切口弧长

2.2.4 爆破切口高度

钢筋混凝土烟囱在爆破后是否按设计倒塌方位稳定倒塌，与爆破切口的高度及其是否充分破坏密切相关，爆破切口高度一般应满足公式[3]，即H=3δ，式中δ 为烟囱壁厚，计算得H=2.25m，取H=2.4m。

2.2.5 定向窗

为保证烟囱顺利倒塌，装药前在爆破切口两端各开设1 个高1.2m、宽1.5m 的三角形定向窗（定向窗顶角39°），将立筋切断；并在倒塌中心部位开一个高2.4m、宽3m 的矩形定向窗，将立筋切断。

2.3 爆破参数

水平钻孔，炮孔呈三角形布置，孔径为40mm。炮孔深度：切口外部，L=（0.6 ～0.7）δ =45cm ～52.5cm，实取50cm；内衬，L=（0.6 ～0.7）δ =14.4cm ～16.8cm，实取15cm：炮眼间距：烟囱筒身a=40cm，内衬a=20cm；排距：烟囱筒身b=30cm，内衬b=20cm。单孔装药量按体积公式[3]，即Q=qabδq 计算，烟囱筒身Q1=135g，内衬Q2=14.4g，取20g。总药量为23.04kg。

2.4 起爆网路

非电起爆网路操作简单且极安全，在每个炮孔中装入2 发雷管，一般情况下不会发生盲炮情况。沿倒塌中心线往两侧分别装入3、5、7 段非电毫秒雷管，形成孔内微差，将孔外的导爆管按20 根左右一组族联起来。最大单响药量6kg。

3 安全校核与防护

3.1 爆破振动和塌落振动校核

3.1.1 爆破振动

爆破振动速度按公式[4]计算，即：

式中，v 为距爆源R 处建筑物的爆破振动速度，cm/s；R 为爆源到建筑物边距离，m；Q 为对应R 的最大单响药量，kg；K’、K、α 分别为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数，分别取0.25、150、1.5；将R=20m，Q=6kg 代入公式得v=1.0cm/s，远小于5cm/s。

3.1.2 塌落振动

触地振动的大小与烟囱质量、重心高度和土体刚度有关，按中国科学院工程力学所提供的塌落振动速度公式[5]计算，即

式中，v 为塌落引起的地表振动速度，I 为触地冲量，R’为触地中心到被保护物的距离，M 为塌落构件的质量，t；σ为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；H 为构件质心高度，m；g 为重力加速度，9.8m/s2。将R=45m，K=3.37，β=1.66，M=1364t，H=28m，代入公式[5]计算得v=2.06cm/s，在允许范围内。

3.2 安全防护措施

3.2.1 飞石防护

对爆破飞石的防护采取直接覆盖防护，具体做法是：爆破切口部位的炮孔首先用棉絮全部包裹并固定，紧贴棉絮外面铺一层铁丝网，铁丝网外面挂上密目安全网，最后用铁丝固定好。这样的防护方式，既可防护飞散物，又可阻挡一定的爆尘及冲击波。

3.2.2 塌落振动防护

用砂土在烟囱预定塌落部位每隔20m 铺设一道长10m、宽10m、高1.8m 的减震带，以降低烟囱倾倒塌落对地面的冲击。在煤气管道外侧搭设一座单边长20m、高6m 的双排钢管脚手架，并满挂一面脚手板，以阻挡烟囱塌落冲击地面产生的飞溅物对煤气管道造成伤害。

4 爆破效果及体会

起爆后，烟囱按设计倒塌方向顺利倾倒，历时约10s；无后座，爆堆横向宽10m，烟囱筒身0m ～13.5m 未破裂，13.5m ～20m 破裂，20m ～80m 充分破碎；个别飞散物最远距离15m，未对周围管道及设施造成损坏，得到了厂区及居民的一致好评。

通过本次爆破，主要有以下几点体会：

第一点，是对钢筋混凝土烟囱，在设计爆破方案前应调阅烟囱原始施工图，对确无施工图的，应现场实地勘查、测绘烟囱结构图，以保证设计的准确性、可靠性。

第二点，烟囱倒塌方向应架设仪器精心测量，确保减震带沿倒塌中心线铺设。

第三点，定向窗开凿时，事先要精确放样，严格按放样开凿，并保证平整度。

第四点，烟囱类薄壁体爆破拆除时，对爆破切口必须进行直接覆盖防护。

[1]史家堉，程贵海，郑长青.建筑物爆破拆除理论与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3]赵利坤，曹跃，褚夫蛟，李小虎.52m高裂缝砖烟囱小切口定向爆破拆除[J].工程爆破，2012，18(1)：59-61.

[4]周家汉.爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[J].工程爆破，2009，15(1)：1-3.