分段控制爆破技术在210 m烟囱拆除中的应用*

袁绍国，杨　坡，贾海鹏，宋加利,赵晓坤

(1.内蒙古科技大学 矿业研究院，包头 014010;2.河南迅达爆破有限公司，焦作 454000)



分段控制爆破技术在210 m烟囱拆除中的应用*

袁绍国1，杨坡1，贾海鹏2，宋加利1,赵晓坤1

(1.内蒙古科技大学 矿业研究院，包头 014010;2.河南迅达爆破有限公司，焦作 454000)

摘要:根据国家相关政策，某电厂现有一座高210 m烟囱需要进行爆破拆除。介绍了分段控制爆破技术在实际工程中的具体应用。通过在烟囱100 m处和底部开设倒梯形爆破切口、梅花形布孔，确保烟囱倒塌方向；爆破采用毫秒延时起爆、在烟囱倒塌方向开挖减震沟、烟囱触地地面铺设松软黄土缓冲层、倒塌方向三面搭设防护屏障等措施有效地控制了爆破振动和飞石危害，达到了比较理想的效果。

关键词:分段控制爆破；爆破拆除；爆破效果

1工程概况

为响应国家节能减排的号召，河南鹤壁万和发电厂一期机组于2010年进入关停阶段，根据拆除总进度要求，现在需对与机组配套的一座210 m烟囱进行拆除。

1.1周边环境

待拆除烟囱位于二期机组与办公楼中间，东侧距待保护的高压工业输油管道37 m，西侧距拆除中的主厂房112 m，距离待保护的变电站199 m，南侧距离二期机组68 m，北侧距离待保护的办公楼70 m，周边环境较为复杂，如图1所示。

1.2烟囱结构

待拆除烟囱高210 m，为钢筋混凝土结构，含两个出灰口，两个烟道口，出灰口和烟道口在同一条轴线上，呈南北布置；出灰口宽2.0 m，高2.5 m；烟道口宽4.0 m，高8.0 m。烟囱底部半径10.75 m，壁厚540 mm，无隔热层和内衬；高度5 m处半径10.15 m，壁厚540 mm，无隔热层和内衬；高度100 m处，烟囱半径5.55 m，壁厚320 mm，隔热层(珍珠岩)厚80 mm，内衬厚120 mm;高度103 m处，外径5.02 m；标高2.5 m至100 m范围，筒身混凝土体积2334.64 m3，隔热层体积337.85 m3，内衬体积547.54 m3；凝土密度按2500 kg/m3，隔热层(珍珠岩)密度为350 kg/m3，内衬(普通红砖)密度按2000 kg/m3进行计算，标高2.5 m至100 m范围内烟囱自重7050 t，重心高度41.02 m。

标高100 m以上，筒身混凝土体积729.3 m3，隔热层体积224.58 m3，内衬345.18m3。得出标高100 m以上烟囱自重为2592.2 t,标高100 m以上重心高度146.2 m。

标高5 m处钢筋布置：竖向筋采用双层布筋，外侧布设320根φ 30竖向筋，布筋间距20 cm；内侧布设268根φ 22竖向筋，布筋间距22 cm。环向布筋为水平箍筋，布置规格为φ 22@200。

标高103 m处布置：竖向筋仍采用双层布筋，外侧布设248根φ 22竖向筋，布筋间距14 cm；内侧布设166根φ 12竖向筋，布筋间距22 cm。环向筋采用螺旋式箍筋布置方式，钢筋布置规格为φ 16@150。

2爆破方案设计

2.1工程难点分析

待拆除烟囱高度较高，属A级城市控制爆破拆除工程，施工难点主要体现在以下几方面：

(1)正在运行的二期机组设备和变电站在烟囱倒塌侧方向且距离比较近，对爆破危害的控制难度较大。

(2)施工过程中涉及长时间的高空作业，需要做好严密的防护举措。

2.2总体爆破方案

根据建设单位的要求，综合考虑安全、经济、工期等因素，通过对烟囱整体定向爆破方案、折叠爆破方案、分段控制爆破方案的比较，决定采用技术成熟的两段单向控制爆破方案。首先在高度100 m处利用原有维修平台作为施工平台对上半段进行拆除；上半段爆破后，在烟囱底部开设爆破切口拆除下半段部分。即分两次对烟囱进行爆破[1]，倒塌方向均为西偏北32°。采用两段单向控制爆破具有以下几个优点：

(1)烟囱在纵向被独立地分为两段，有效地减少了烟囱触底质量，可以使振动范围控制在安全范围以内。

(2)烟囱分次控制爆破拆除，便于爆破切口的保护；同时，上部烟囱的爆破效果可以为下部烟囱爆破切口设计提供参考依据，及时调整下部切口的设计，确保烟囱安全正确的倒塌。

3爆破设计

3.1爆破切口设计

根据以往施工经验以及本次爆破的特点，为严格控制烟囱倒塌方向且利用烟囱下坐损坏部分筒体而降低烟囱整体能量，减小烟囱塌落触地振动，切口参数取值如表1所示[2]。

表1　爆破切口参数

3.2炮孔参数设计

3.2.1爆区划分

为了减小对烟囱预留支撑的瞬间作用力，减小炸药爆炸时对烟囱向上的作用力，本工程采用毫秒延时导爆管分区分段进行爆破，从倒塌中心向两侧依次分段起爆。上、下部爆破切口均分为3个爆破区，分别采用MS1、MS3、MS5段别起爆。

两次爆破均采用双回路非电毫秒延时起爆网路，设置4个激发点，确保雷管安全准爆。

3.2.2炮孔参数

上下爆破切口均采用梅花形布孔方式，本次爆破参数如表2。

表2　爆破参数表

4安全防护设计与分析

4.1振动校核与控制

4.1.1爆破振动校核

本工程上部切口单段最大起爆药量为19.8 kg，下部切口单段最大起爆药量为54 kg。

根据爆破振动计算公式[3]

(1)

式中：R为距离爆破点的距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；v为距爆破点距离为R处质点振动速度，cm/s；K、α为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，取K=33.6，α=1.62。

将K、α、R代入上式计算，可得出保护对象处的理论爆破振动速度。经验算距离烟囱68 m处的二期机组振动速度为0.402 cm/s，在安全范围之内。

4.1.2塌落触地振动校核

对于塌落触地振动速度的计算，采用周家汉提出的理论计算公式[3]

(2)

式中：vt为塌落引起地面振动速度，cm/s；M为下落构件的质量，t；g为重力加速度，9.8 m/s2；H为构件的重心高度，m；σ为地面介质的破坏强度，一般取10 MPa；R为离冲击触地点的距离，m；kt、β为塌落振动速度衰减系数和指数，kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80。

将烟囱物理参数及公式内的各常数代入式(2)，计算出距离烟囱68 m的二期机组设备的触地振动速度是上半段1.23 cm/s，下半段1.12 cm/s。校核结果是不安全的，通过采取各种措施可有效降低触地振动。

4.1.3振动控制措施

(1)爆破振动预防。多打孔、少装药，采用分段毫秒延时爆破技术。

(2)开挖减振沟。在烟囱倒塌方向开挖三道减振沟，同时在被保护建筑物周围开挖减振沟，减振沟深3～4 m，宽1～1.5 m，确保周边建筑物结构不受振动影响。

(3)铺设缓冲垫层。烟囱倒塌触地时具有很大的冲量，撞击面刚度越高触地振动越大。可通过改变碰撞部分地面刚性，增大冲量变化时间，减小冲击力。因此，在与烟囱倒塌撞击的部分地面铺一层松软的黄土，吸收撞击能量，减少反弹的碎块。在烟囱倒塌的范围内，铺设三道缓冲垫层，高度为3～4.5 m，下宽为6 m、上宽3 m。

4.2飞石防护措施

根据理论计算，飞石可能会对周围建(构)筑物造成损坏，本次爆破采取直接防护与间接防护相结合，柔性防护与刚性防护相结合的高级别防护措施[4]。

①炮孔防护。在切口上采取三道覆盖层防护，即使用两层草垫，一层胶皮带，形成柔性防护层，外部再覆盖一层钢丝网，形成刚性防护层。

②缓冲垫层覆盖压实。为了防止烟囱触地溅起飞石，在铺设好的缓冲垫层上覆盖一层钢丝网，减少烟囱落地冲击地面溅起的飞石。

③搭设防护屏障。在倒塌方向前侧、左右三面用钢管搭设宽4 m、高12 m的防护屏障。屏障内侧挂设透气性良好的铁丝网，防止飞石。如图2。

④倒塌方向前端筑设防冲墙。

⑤间接防护。在重点被保护物外侧搭设脚手架，用彩钢瓦遮挡。

4.3爆破烟尘控制措施

爆破过程中产生的灰尘有三方面：一是混凝土由炸药爆炸产生的烟囱，

二是烟囱倒塌触地过程中

由地面扬起的烟囱，三是烟囱筒体内部隔热层的珍珠岩和内壁附着物随爆破引起的烟尘。本次爆破主要采取装药前用水将防护草垫浸湿和淋湿倒塌方向地面的措施来降尘[5]。

5爆破效果与结论

5.1爆破效果

第一节爆破后，烟囱按照预定方向下座倒塌，如图3(a)所示。从0～100 m撕裂一道缺口，宽度约为剩余筒体的四分之一，烟囱在倾倒过程中，背部拉应力集中，超过钢筋拉应力极限后倒塌落地，解体充分，烟囱整体未前冲，端部坐落于第二道缓冲垫层边缘，倒塌长度约55 m，顶部宽度15 m。最远飞石距离触地中心30 m，爆破振动和塌落触地振动均在允许范围内，周围建构物和设备完好。第二节爆破后倒向向西偏约2°，如图3(b)所示，触地后烟囱前端闭合，底部整体性较好，倒塌长度50 m，宽度16 m，防护屏障完好。

5.2结论

(1)通过采用两段控制爆破技术，减轻结构自重，从而有效地减小了触地振动和二次飞溅。

(2)采用多段延时起爆技术,能增加烟囱保留体斜切压剪面积和压剪力，避免烟囱下坐过快而出现炸而不倒或定向不准的情况。

(3)通过精细化施工，精准的确定烟囱切口长度，使得烟囱在下座过程中充分分解了烟囱的重力势能，从而降低烟囱筒体长度，减小振动，取得了很好的效果。

参考文献(References)

[1]李本伟,陈德志,张萍,等.180 m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除[J].爆破,2011,2(4):58-59.

[1]LI Ben-wei,CHEN De-zhi,ZHANG Ping,et al.Demolition of a 180-meter-superheight reinforced concrete chimney by directional blasting[J].Blasting,2011,2(4):58-59.(in Chinese)

[2]褚怀保,乔俊风,张英才,等.180高钢筋混凝土烟囱三段单向控制爆破拆除[J].工程爆破，2010,16(4):62-63.

[2]CHU Huai-bao,QIAO Jun-feng,ZHANG Ying-cai,et al.Demolition of a 180m high reinforced concrete chimney by three sections one-way controlled blasting[J].Engineering Blasting, 2010,16(4):62-63.(in Chinese)

[3]周家汉.爆破拆除塌落震动速度计算公式的讨论[J].工程爆破，2009,15(1):2-3.

[3]ZHOU Jia-han.Discussion on calculation formula of collapsing vibration velocity caused by blasting demolition[J].Engineering Blasting,2009,15(1):2-3.(in Chinese)

[4]张英才,张海涛,董保立,等.复杂环境下150m烟囱两段单向控制爆破技术[J].工程爆破，2014，20(6):18-20.

[4]ZHANG Ying-cai,ZHANG Hai-tao,DONG Bao-li,et al.The unidirectional controlled blasting technology under complicated environment in two sections of a 150m reinforced concrete chimney[J].Engineering Blasting,2014,20(6):18-20.(in Chinese)

[5]张英才,范晓晓,盖四海,等.240 m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除及振动控制技术[J].工程爆破，2014,20(5):18-21.

[5]ZHANG Ying-cai,FAN Xiao-xiao,GAI Si-Bao,et al.Blasting demolition of a 240 m high reinforced concrete chimney and the vibration control technology[J],Engineering Blasting,2014,20(5):18-21.(in Chinese)

Application of Subsection Control Blasting Technology in a 210 m Chimney Demolishing

YUANShao-guo1,YANGPo1,JIAHai-peng2,SONGJia-li1,ZHAOXiao-kun1

(1.Institute of Mining Research,Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,China;2.Henan Schindler Blasting Co Ltd，Jiaozuo 454000,China)

Abstract:According to the relevant national policy,a 210 m chimney in a power factory needs demolition by blasting technology.The application of subsection control blasting technology was introduced in the practical engineering.The blasting cut positions were designed in 100 m height and the bottom of the chimney,and the quincunxes holes were applied to ensure collapse direction of chimney.Some other measures were also performed,including the millisecond delay initiation system,damping ditch in collapse direction,soft buffer layer,protective barrier setting on three sides,to control the vibration and fly rocks effectively,by which the ideal effect was achieved.

Key words:subsection control explosive; explosive demolition; blasting effect

doi:10.3963/j.issn.1001-487X.2016.02.017

收稿日期:2016-04-02

作者简介:袁绍国(1961-)，男，硕士、教授、硕士生导师，现任内蒙古科技大学矿业研究院岩石力学与爆破工程团队负责人，主要研究控制爆破、岩石力学,(E-mail)sgyuan610@sina.com。

基金项目:国家自然科学基金项目(51254003)：台阶规模边坡滑坡概率的预测方法研究

中图分类号:TU746.5

文献标识码:A

文章编号:1001-487X(2016)02-0087-05