150m钢筋混凝土烟囱爆破拆除

张建平， 王俊生， 胡俊涛

(内蒙古宏大爆破工程有限责任公司， 内蒙古包头 014010)



150m钢筋混凝土烟囱爆破拆除

张建平， 王俊生， 胡俊涛

(内蒙古宏大爆破工程有限责任公司， 内蒙古包头 014010)

摘要：在150m高钢筋混凝土烟囱的定向爆破拆除中，选择合理的切口形状和参数，对定向窗口进行精确施工、覆盖和挂网，开挖减振沟，地面软化处理等措施最终安全实施并达到了预计爆破效果。重点介绍了爆破切口的形状和尺寸、预处理措施、爆破参数、起爆网络、爆破切口的近体防护和倒地塌落振动防护措施，可为类似工程提供参考。

关键词：钢筋混凝土烟囱； 爆破拆除； 爆破切口； 安全防护

1工程概况

福建省安溪煤矸石发电有限公司钢筋混凝土烟囱需予以拆除，该烟囱筒身采用C30钢筋混凝土整体滑模浇筑，而后砌筑内衬。筒壁采用双面配筋，筒壁内外侧钢筋网间设横拉筋拉结，整个建筑结构刚性较强。烟囱高约150m，底部外直径12.4m，壁厚0.51m；上部外直径4.3m，壁厚0.20m。其中4.45m以上含有隔热层和内衬；烟囱烟道和出灰口在地面4.45m～8.40m，下面与之垂直方向有两个出入门，高约0～3m。正东方向有一直爬梯。

拆除工程施工环境较好，烟囱到最近居民地距离为221m，到油库距离为97m，到铁路距离为228m，到盐酸库距离为110m，到围墙距离为168m，到电杆距离为188m。南向约100m有办公室。周围环境如图1所示。

图1　周围环境示意图Fig.1　Schematic diagram of the surrounding environment

2爆破拆除方案及参数

2.1拆除方案

工程总体采用爆破拆除与机械拆除相结合的施工方案。考虑烟囱烟道口和出灰口在地面4.45m～8.40m，且烟囱与厂房连接，为保证倾倒方向的准确性，10.0m以上采用爆破拆除，上部爆破完后采用破碎锤机械拆除烟囱下部。

根据烟囱的结构类型与周围环境等综合条件，确定烟囱定向倾倒爆破，倾倒方向为西偏北20°。10.0m处烟囱外径11.40m,内径10.50m；12.50m处烟囱外径11.15m,内径10.25m；壁厚均为0.45m。10.0m以上烟囱爆破施工作业，采用先搭钢管架，再铺竹筏，人工开定向窗、减荷槽及钻孔装药，下面张挂安全网。

2.2爆破切口

烟囱高150m，为保证倾倒方向准确，采用正梯形切口形式，两边预开三角形定向窗，中间开减荷槽〔1-4〕。

(1)切口长度(下底边)按下式确定：

L=(1/2～2/3)πD

(1)

式中：L为爆破切口弧长；D为烟囱切口处外径。本次取L=21.4m，相应切口圆心角为214°。

(2)切口高度参照下式确定：

h≥(3.0～5.0)×δ

(2)

式中：δ为烟囱切口处壁厚。由于烟囱壁相对较薄，为保证爆破切口瞬间形成后整体失稳和倒塌后能够有一定程度的解体破碎，取h=2.7m。根据上式计算,结果见表1。

表1　爆破切口参数计算结果

2.3爆破参数

浅孔凿岩采用手持式凿岩机，钻孔直径40mm。在爆破切口范围内呈排布置水平炮孔，炮孔排间呈矩形布孔形式，爆破参数见表2。

使用乳化炸药连续柱状装药，每孔使用两发导爆管雷管，装好炸药后，用炮泥进行回填，回填过程中用炮杆压实以保证填塞质量。

表2　爆破参数计算结果

预处理〔5〕：为减少爆破钻孔工作量，在烟囱定向倾倒轴线中心人工开口宽3.5m、高2.7m的减荷槽；在轴线对称两侧端部开三角形定向窗，水平边长1.5m、高度0.75m、角度26°。减荷槽和三角形定向窗一方面利于定向与减振,另一方面有利于促进定向倾倒的速度,保证解体效果。人工将内衬和隔热层沿爆破切口的位置切除，直爬梯也采用人工切除，以防止烟囱倒塌时偏离方向。烟囱筒壁爆破切口、减荷槽、定向窗布置见图2。

图2　烟囱爆破切口、减荷槽、定向窗布置示意图Fig.2　Schematic diagram of the blasting cut、load reducing groove and orientation opening

2.4爆破网路

采用非电导爆管起爆网路，孔内齐发起爆。筒壁定向爆破切口部分选用MS2非电毫秒导爆管雷管，孔外采用复式联结和每个节点2发非电瞬发导爆管雷管，采用电容式高能起爆器起爆。起爆网路连接方式如图3。

图3　起爆网路连接示意图Fig.3　Schematic diagram of the initiation network connection

3爆破安全与防护

在爆破拆除过程中，会有爆破飞石、爆破振动、塌落振动以及空气冲击波等有害影响，必须采取可靠的安全控制措施，见图4。

图4　烟囱爆破防护示意图Fig.4　Schematic diagram of the chimney blasting protection

3.1爆破振动控制

按《爆破安全规程》(GB 6722-2014)规定，保护区爆破振动允许速度按下式计算〔6〕：

(3)

式中：R为爆破保护对象油库到爆区的距离，97m；Q为爆破最大一段药量，46.4kg；对于本工程而言，k=100，α=1.5；K′为拆除爆破修正系数，由于爆破区距离地面10.0m，可取修正系数0.5；计算v =0.36cm/s<2.0cm/s，符合安全保护要求。

3.2塌落振动及防护措施

烟囱倒地引起的塌落振动速度按下式计算〔7〕：

v2=kt×[R′/(MgH/σ)1/3]β

(4)

式中：kt为系数3.37～4.09，取3.8；M为烟囱质量，约4900t；g为重力加速度9.8m/s2；H为重心到地面的高度，约60m；σ为地面介质的破坏强度，取10MPa；R′为97m；β为系数-1.80～-1.66，取-1.70。

代入上式得v2=1.98cm/s，小于但接近一般建筑物允许振动强度2.0cm/s。烟囱塌落振动对周围建筑物的影响较大，必须采取防护措施。为了减少爆破倒塌触地瞬间应变能转换成冲击动能产生的二次碎块飞溅触地的地震波强度，在倒塌范围内开挖减振沟，铺设沙土等缓冲材料进行软化处理，使烟囱筒体“软着陆”，塌落振动速度可以减小70%。

3.3爆破飞石控制

爆破飞石的产生，主要是由于药量偏大、炮孔打歪、填塞不严等造成的。在设计时遵循药量合理、炮位准确、炮孔填塞密实可有效避免。本次工程控制爆破飞石，采用的是炮孔外面覆盖防护网外加两层湿草垫，再覆盖两层钢丝网。同时整个爆破切口区1.0m外再挂一层竹笆和一层防护网。在施工过程中加强管理，实行炮孔验收、装药与填塞检查等措施，最大限度降低爆破飞石影响。

4结 语

筒体解体破碎均匀，飞石控制在防护范围内，没有发生人员和建筑物损坏，爆破扬尘经现场消防车及时喷洒得到控制，爆破效果良好。总结经验如下：

(1)精心设计。烟囱能否按设计方向准确倾倒，关键取决于爆破切口的形状、位置以及几何参数等因素。

(2)严格施工。详细勘查切口部位烟囱的结构以及附件情况，准确设计炮孔位置并规划定向倾倒中心线。导向口形成后，再次用测量仪器复核爆破切口位置、几何尺寸是否精准，修正误差。

(3)合理有效防护。预测爆破后倒塌范围、飞石距离等各种危害因素，应根据烟囱周围的环境，采取有效防护措施。

参考文献(References)：

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JIN Ji-liang. The parameters of blasting cut for directional collapsing of high rise buildings and towering structures[J]. Engineering Blasting，2003，9(4)：1-6.

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WANG Jian.Tall chimneys blasting demolition security analysis of the mechanics[D]. Tangshan: Hebei Institute of technology Press,2005.

〔3〕 金骥良. 高耸建(构)筑物双向折叠爆破的倾倒运动[J]. 工程爆破，2015，21(6)：14-18.

JIN Ji-liang. The toppling movements of towering building by two-direction folding blasting[J]. Engineering Blasting, 2015, 21(6):14-18.

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YI Ke, QU Guang-jian, LI Gao-feng, et al. Cumulative cutting blasting technology of full steel structure of green island gymnasium[J]. Engineering Blasting, 2015,21(6):25-31.

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CHEN De-zhi, DING Bang-qin. Directional blasting of reinforced concrete chimney with a height of 100 meters in difficult congitions and vibration tests[J].Engineering Blasting，2003，9(2)：33-35.

〔6〕 GB 6722-2014 爆破安全规程[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

GB 6722-2014 Safety regulations for blasting[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

〔7〕 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，2003，15(4)：1-4.

ZHOU Jia-han. Discussion on calculation formula of collapsing vibration velocity caused by blasting demolition[J]. Engineering Blasting，2003，15(4)：1-4.

Blasting demolition of 150m reinforced concrete chimney

ZHANG Jian-ping, WANG Jun-sheng, HU Jun-tao

(Inner Mongolia Hongda Blasting Engineering Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia,China)

ABSTRACT：The 150m high reinforced concrete chimney was demolished by directional blasting. Reasonable cut shape and parameters were chosen, and accurate construction of directional window, covering, hanging, excavation ditch, the ground softening treatment of effective measures were taken. Blasting safety implementation and the expected results finally were achieved. The blasting cut shape and size, pretreatment measures, blasting parameters, initiating network, blasting cut near body protection and the ground collapse vibration protective measures were emphatically introduced. It could provide a reference for similar engineerings.

KEY WORDS:Reinforced concrete chimney; Blasting demolition; Blasting cut; Safety protection

中图分类号：TD235; TU746.5

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.018

作者简介：张建平(1960-)，男，博士、高级工程师，主要研究方向为爆破工程。E-mail：181563440@qq.com

收稿日期：2015-10-09

文章编号：1006-7051(2016)01-0082-04