大直径厚壁砖烟囱的定向爆破拆除
2015-03-11王明明吴国群
罗 伟 王明明 吴国群
(1.深圳市地健工程有限公司；2.深圳市城投爆破工程有限公司；3.中国煤炭科工集团沈阳研究院)
大直径厚壁砖烟囱的定向爆破拆除
罗 伟1王明明2吴国群3
(1.深圳市地健工程有限公司；2.深圳市城投爆破工程有限公司；3.中国煤炭科工集团沈阳研究院)
介绍了1座46 m高厚壁砖结构烟囱的定向倒塌控制爆破拆除技术。根据烟囱高度、周围环境及结构特点，选取了合理的爆破倾倒方向、切口和参数，并采取了有效的安全防护措施。结果表明，爆破过程中烟囱按预定方向倒塌解体，确保了周边建(构)筑物的安全。
拆除爆破 定向倾倒 爆破参数
随着我国旧城改造以及产业结构的优化调整，淘汰能耗和环境污染较大的产业，将意谓着很多工业厂房、烟囱需要拆除。拆除的方法有人工机械拆除，爆破拆除，其中，爆破拆除是一种高效的方法[1-2]。目前，采用爆破法拆除楼房、水塔、烟囱已经有大量的工程实例[3-6]。根据前人的实践经验，设计大直径厚壁煤烟囱爆破方案，并对爆破效果进行分析，为类似爆破工程施工提供技术参考。
1 工程概况
需爆破拆除的烟囱高46 m，外部直径为5.6 m，内径为4.6 m，壁厚约0.7 m，耐火砖及填塞材料厚约0.15 m；底部有一道宽2.0 m、高1.8 m的洞门，洞门上部烟道已被拆除，内部有一接灰平台，砖墙布置。烟囱年代已久，设计资料不详，烟囱表面结构较完整。烟囱周边环境：周边东侧为山坡，东南侧有一厂房，距离烟囱50 m，南侧为拆迁工地，西南侧有一待拆厂房，距离为34 m，西侧有一厂房，距离为24 m；北侧有一厂房，距离为47 m，距民房104 m。
2 爆破方案及参数设计
2.1 爆破方案
为了能够安全、高效地拆除烟囱，拟采用定向爆破法，即采用爆破方法炸开1个切口，烟囱在自重的作用下失稳而按预定方向倒塌破碎，从而达到拆除烟囱的目的。根据烟囱的结构特点及周围爆破环境条件，选择定向倒塌方案，设计的倾倒中心线方向为南偏东40°，爆破切口设计为正梯形。爆破拆除烟囱拟达到的效果及施工要求：①烟囱按设计倾倒方向倒塌(偏离不超过5°)，倒塌过程中烟囱断裂破碎充分，烟囱倒塌后飞溅的碎渣控制在安全范围内；②爆破时，确保拆除烟囱周围建筑物、人员的安全；③做好施工准备工作，控制施工工期。
2.2 爆破参数设计
2.2.1 爆破切口选择
采用正梯形的爆破切口，爆破切口位于距烟囱底部基础平台0.50 m处，如图1所示。
图1 爆破切口示意(单位：cm)
爆破切口高1.6 m,切口弧长10.4 m，爆破切口底的开口角约227°，如图2所示。
图2 切口角度
2.2.2 布孔参数
炮眼直径为40 mm,炮眼深度为0.45 m,炮眼间距为 0.40 m,炮眼排距为0.40 m,单耗药量为2 kg/m3,单孔装药量为224 g，由于烟囱中有箍筋，且底部箍筋布筋密，因此上3排炮孔每孔装药取250 g，下部2排每孔装药取300 g,堵塞长度为0.22 m,总装药量为15.70 kg,装药结构采用孔底集中连续装药。按设计孔距和排距布孔，炮眼布置形式为矩形布孔，见图3。炮孔装药后，采用黏土作为炮泥，制成长条状，并用木棒捣实。在堵孔过程中严禁采用金属棒捣孔，堵孔过程中还应确保雷管不受破坏。
图3 炮眼布置示意(单位：cm)
3 技术措施
3.1 定向窗设计
精确开凿定向窗，定向窗应沿倾倒中心线两侧对称处于同一水平面，两端点即保留区两铰点的方向应同时指向烟囱的圆心。采用风镐在爆破切口两端内开凿定向窗，采用等边三角形窗口，高1.2 m。起爆前预先处理烟囱筒体下部可能阻碍爆落体下落的结构物，如烟囱底部烟道和接灰平台(若烟道不在倒塌方向上，应当用砖将其砌实并确保有足够的支撑力)。妥善处理烟囱内衬，确保爆破时内衬材料的爆破效果，完全清理定向窗的内衬材料，可减少因内衬导致方向偏离的影响。对洞门两道混凝土门柱采用机械切割预先拆除，以暴露出墙砖。
3.2 起爆网络设计
采用非电导爆管雷管，孔内延期爆破的方式连接网络，在Ⅰ区范围内采用毫秒3段雷管，Ⅱ区采用毫秒5段导爆管雷管，传爆雷管采用双发雷管，提高起爆网络的可靠性。对爆区上的炮孔进行分区，采用“大把抓”的方式，每15～20根导爆管绑扎在传爆雷管上部，再引爆传爆雷管。起爆网络及段别见图4。
图4 起爆网络连接
3.3 安全防护设计
3.3.1 爆破震动
采用下式计算爆破震动速度
(1)
式中，V为地面质点峰值震动速度，cm/s；R为测点到爆区中心的距离，m；Q为装药量(同段时为总药量，分段时为最大一段装药量)，kg；K，α为爆破点与观察点间的地形、地质有关的系数和衰减系数；K′为离散系数，K′=0.25～1.0。
设计采用的最大段装药量为9.5 kg，与最近的保护物的距离为24 m，取K=200，α=1.6，K′=0.3，代入式(1)，计算得V=1.23 cm/s。西侧建(构)筑物其允许的爆破安全震速大于2.0 cm/s，由此判断，此次爆破产生的震动不会对建筑物的安全造成影响。
3.3.2 塌落震动
烟囱倒塌落地时产生塌落震动强度计算公式为[7]
(2)
式中，V为塌落引起的地面震动速度，cm/s；R为测点到冲击地面中心的距离，m；M为下落构件的质量，t；g为重力加速度，m/s2；H为构件中心的高度，m；σ为地面介质的破坏强度，MPa，取10 MPa；Kt、β为衰减系数，Kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80。
取M=200 t，H=46 m，R=24 m，代入式(2)，计算得Vt=3.16 cm/s。建筑物塌落引起的震动，未超过《爆破安全规程》(GB 6722—2003)[8]的规定。
3.3.3 防护措施
在炮孔周围首先用草垫包裹，然后用皮套覆盖于草垫上，最后用竹排捆绑防护。在倒塌方向按5～10 m间距设置防震土堆，在烟囱四周设置警戒，警戒半径设为100 m，起爆时应做好警戒工作，确保爆破安全。
4 爆破效果
起爆后，烟囱倒塌过程持续8 s，倒塌方向与设计方向一致，倒塌后烟囱解体，达到了预期效果(图5)，表明设计选择参数合理，施工过程严格。
5 结 语
为了对烟囱进行有效拆除，设计了爆破方案，合理选择了爆破参数，并采取了安全防护措施，取得了较好的爆破效果。
[1] 汪旭光，于亚伦.拆除爆破理论与工程实例[M].北京:人民交通出版社，2008.
[2] 杨 军，杨国梁，张光雄.建筑结构爆破拆除数值模拟[M].北京：科学出版社，2012.
[3] 汪旭光，于亚伦.21世纪的拆除爆破技术[J].工程爆破，2000(1)：32-35.
图5 爆破效果
[4] 范学臣，吴长存，纪 臻.孤北热电厂75 m高冷却塔爆破拆除[J].爆破，2008，25(3)：61-64.
[5] 杨仁华.高耸钢筋混凝土烟囱的爆破拆除三例[J].爆破，2003，20(3)：50-52.
[6] 翁 梅，宋亚林.烟囱水塔类高耸建筑物拆除技术的理论探讨[J].科技信息，2010(21)：375-376.
[7] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011.
[8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 6722—2003 爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2004.
2015-01-15)
罗 伟(1982—)，男，工程师，硕士，518040 广东省深圳市福田区彩田北路7024号。
