特殊结构烟囱爆破拆除

魏 兴

（贵州新联爆破工程有限公司， 贵州 贵阳 550002）

1 工程概况

贵阳市联力冶金机械有限责任公司内有一根高约40m的砖混烟囱需拆除。烟囱周围环境复杂，东边5m处有厂房；北边7．7m处有民房，该民房后面，距烟囱10．6m处有工厂使用的电线，该电线需重点保护；南边5．6m处有在建厂房；西边有空地，此空地的南北民房相距11m。根据现场情况，烟囱只能向西侧空地倒塌，但倒塌范围狭窄，仅有20°夹角的倾倒范围，不利于烟囱安全倒塌，需要加强安全防护。烟囱周围环境见图1。

图1 周围烟囱环境示意

2 烟囱结构特点

（1）烟囱矮而粗。烟囱高约40m，筒身及基础材料为普通粘土砖，有内衬。烟囱外径为3．08m，内径为1．4m，周长为9．68m，壁厚为84cm，其中外壁厚50cm，内壁厚24cm，空气隔热层厚10cm。

（2）支撑部位有大缺口。烟囱的东面有高2 m、宽0．8m的烟道口，现已用单层砖头封堵；烟囱的西面有高为0．8m，宽为0．5m的出灰口；烟囱的南面，有高为0．6m、宽为0．4m打通的缺口。

（3）由于筒身有裂隙，则烟囱的刚度减小，这就可能在倒塌过程中出现折断，不利于定向整体倒塌。

由于烟道口在支撑部位，影响倾倒方向的准确性，因此需对烟道口进行加固处理。烟囱南面的缺口，刚好在定向窗的左下方，如不进行处理，爆破缺口形成后会转变为定向窗，从而导致倒塌中心线偏移，改变烟囱的倒塌方向，且周围环境复杂，不利于爆破安全防护，不利于定向倒塌。

3 爆破技术方案

根据现场勘测，只有烟囱西面有倒塌空地，且仅有约20°夹角的倾倒范围，故采用向西定向倒塌方案。

（1）爆破缺口。在实际工程中，在设计的爆破缺口两段进行预拆除施工，开凿定向窗，其目的是为了使倒塌方向得到控制。这是因为一次性爆破产生的爆破缺口与设计要求相比误差较大，会导致烟囱倒塌的方向发生变化。在本工程中的爆破缺口形状选择正梯形，并在两侧开凿定向窗，见图2。

图2 爆破缺口展开平面

（2）缺口圆心角。烟囱在爆破过程中是否能够平稳倒塌，取决于截面弯矩的大小，而截面弯矩的大小由爆破缺口长度来决定。爆破缺口长度选择的基本原则为：保证被拆除建筑重力引起的截面弯矩等于或稍大于预留支撑界面最大抗弯矩。爆破缺口长度取决于爆破缺口圆心角的大小，通过对同类工程的类比，本工程取爆破缺口圆心角为214°，见图3。

图3 爆破缺口断面

（3）缺口展开长度。烟囱爆破缺口中心截面处底部筒体周长为9．68m，缺口圆心角为214°，则底部展长为5．754m，实取5．8m。根据现场的勘察，由于烟囱北边为废弃民房，而南边的民房需要保护，所以烟囱可以稍微偏北倒塌，因此选出灰口的左侧约0．2m为倒塌中心线。根据烟囱的结构特点和倒塌方向控制，缺口两侧预开三角形定向窗，定向窗底长0．7m，高0．7m，出灰口作为中间定向窗，见图2。

（4）缺口高度。缺口高度（H）的确定与烟囱的材质和筒壁的厚度有关，是烟囱拆除爆破设计的重要参数。烟囱拆除爆破要求爆破缺口的筒壁瞬间离开原位，使烟囱在重力作用下失稳，据一般工程经验，设计要求爆破缺口的高度H＝（1．5～3）δ，式中δ为缺口处烟囱的壁厚，δ＝0．75m，则取 H＝1．125～2．25m，实取1．4m。

（5）缺口位置。从底部平台起＋0．5～＋1．9m。

4 爆前预处理

（1）把爆破缺口范围内筒身上的管架（含避雷线）全部拆除。

（2）当烟囱爆破缺口形成时，由于烟道存在于烟囱的后支座上，可能影响烟囱的倒塌方向，出现不可预期的后果，因此为保证烟囱能够准确的定向倒塌，需将烟道口用砖头封堵，其厚度与烟囱壁厚相同，并用C30混凝土对后部整个支撑部位高度范围进行加固，加固的厚度为20cm，高度超过爆破缺口高度50cm。待混凝土晾干、凝固后方可爆破。

（3）烟囱南面的缺口，如果不进行封堵，当爆破缺口形成时，定向窗可能往后移，导致烟囱倒塌方向可能偏移。因此也要封堵，封堵方法如封堵烟道口。

5 爆破参数设计

5．1 外壁参数

孔径为40mm；外壁厚B＝50cm；孔深L＝2／3×B＝35cm；孔距a＝30cm，排距b＝a＝30 cm；单耗q＝2100g／m3；单孔装药量Q＝qabB＝94．5g，实取100g。

采用三角形布孔方式，经计算统计，烟囱爆破缺口内（开定向窗的炮孔除外）总共布孔71个，炸药量7．1kg，每个孔内装2发雷管，外壁孔内共需雷管142发。

5．2 内壁参数

由于内衬厚24cm，而内径仅1．4m，不能打孔，因此采用药龛法处理。在内壁凿出12cm×12cm×6cm的长方体，孔距0．3m，排距0．3m，共15个炮孔，炮孔最底下一排离地面0．8m。每个炮孔装0．4kg，炸药量6kg，每个孔内装2发雷管，内壁孔内共需雷管30发。

本工程共需172发1段非电毫秒延期导爆管雷管（含孔内）。烟囱具体爆破参数见表1。

表1 烟囱拆除工程爆破参数

5．3 网络设计

烟囱单孔内使用2发1段非电导爆管雷管，每20发1段非电雷管抓一簇，用2发1段雷管连接，烟囱共分5簇1段非电雷管，将10发雷管绑一簇，用2发电雷管连接。本工程采用MFB—150起爆器，起爆网络见图4。

图4 爆破网络示意

6 爆破有害效应验算

6．1 爆破地震效应

根据爆破安全规程规定，对于烟囱拆除爆破，应考虑被保护对象的质点振动速度峰值和主振动频率来判断爆破地震效应的大小。振动安全回归计算公式：

式中：V——介质质点的振动速度，cm／s；

Q——炸药量，kg；

R——爆破地震安全距离，m；

K、a——与爆破地质条件等有关的系数；

K1——修正系数，跟爆破方式有关的系数。

本工程各参数取值如下：一次最大起爆药量Q＝7．1kg，最大允许振动速度取为2cm／s，R＝5 m，取K＝80，a＝2．5，K1取值0．2。

即V＝0．2×80×［7．11／3／5］2．5≈1．5cm／s＜2 cm／s

综上所述，烟囱爆破拆除时所产生的质点振动速度小于最大允许振动速度2cm／s，不会对周围建筑物造成危害。

6．2 爆破个别飞散物安全距离

为预防爆破过程中产生飞石，避免造成人员伤亡、物体损坏、环境破坏，先对飞石最远飞行距离进行验算。根据设计，个别飞石的安全距离RF按照下列经验公式计算：

式中：KF——安全系数，一般取KF＝1～1．5，本工程取1．4；

n——最大药包爆破作用指数，按爆破单耗取n＝1．1；

W——最小抵抗线，即W＝0．23m。

则RF＝20×1．4×1．12×0．23＝7．792m＞5 m，即个别飞石的最远距离大于烟囱与建筑物的最近距离，故在施工过程中对烟囱缺口部位采用4层胶皮网进行防护。

7 爆破效果

爆破后烟囱按照预定方向倾倒，经爆后检查，爆破没有对周围建筑物等造成任何影响，爆破完全达到了预期的效果。

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