复杂环境下的砖烟囱爆破拆除技术

王　顺

（海南省爆破技术工程院，海南海口570206）

复杂环境下的砖烟囱爆破拆除技术

王顺*

（海南省爆破技术工程院，海南海口570206）

介绍了62m砖结构烟囱爆破拆除的成功案例。爆破方案的切口设计、爆破参数选择、施工方法和防护措施。

砖烟囱；定向爆破；爆破拆除；安全防护

1　工程概况

1.1烟囱介绍

海南省东方市某中学现有一座砖混结构烟囱因规划需要定向爆破拆除。没有该烟囱原设计图纸，经现场勘查测量得其结构、尺寸和周围建（构）筑物分布情况。砖混结构烟囱结构为：外周围长为14m，外径R为4.20m，壁厚δ为0.95m，其高度约62m，烟囱其南侧有一个高为1.5m、宽为0.8m的烟道口。

1.2周围环境

该烟囱位于某中学校园东南侧，砖烟囱东侧10m处是家具厂和20m有一个变压器；其南侧15m处是学校食堂；其西方向是足球场与厕所；其西侧离学校的厕所（两层楼房）最近为10m，北侧是居民住宅区。唯一西南方向是足球场即设计倒塌方向，而且总体上说本次烟囱爆破拆除周围环境比较复杂，详见图1。

1.3工程难点

（1）东侧10m处是家具厂及320×104V的变压器，要求做到无后坐爆破，确保家俱厂和变压器完好无损。

（2）烟囱南侧是学校饭堂，要求爆破烟囱做到所倒塌方向要准确无误，确保学校饭堂完好无损。

（3）烟囱北侧离学校L形厕所（2层）最近为10m，需要防止烟囱倒塌时砸到厕所，要求爆破烟囱做到所倒塌方向要准确无误。

（4）烟囱北侧离居民住宅，需要防止烟囱倒塌时砸到居民住宅，要求爆破烟囱做到所倒塌方向要准确无误。

（5）烟囱周边80m范围内，需要保护的其它建筑物、设备、自来水管道等多，要求做到精确定向爆破拆除。

（6）爆破振动和塌落冲击振动需要严格控制，防止烟囱倒塌时产生飞溅物，伤害人身或财产。

（7）爆破粉尘的控制，为了保护环境，尽可能减少粉尘的污染。

2　爆破拆除技术设计

爆破切口参数的选择与处理：

（1）根据现场勘查，烟囱的西南方向的场地长100m，宽20m，其他方向不具备倒塌条件，因此烟囱选择西南方向倒塌的技术方案。烟囱切口选在+0.8m处。

（2）爆破切口形式和长度：采用梯形爆破缺口，两侧开定向窗，其中爆破切口长度的经验公式为：

L=3/5S

式中：L——烟囱爆破切口的长度，m；

S——烟囱周长，m。

采取梯形切口的长度为L=3/5 S=8.4（m）；根据成功经验取8m。上底长3.5m。

（3）爆破烟囱切口高度h。爆破切口高度的确定与烟囱的材料和它的壁厚有关。烟囱拆除爆破要求爆破部位烟囱的筒壁瞬间将要离开原来的部位，使烟囱失稳。经验公式：

h=（1.5～3.0）S

式中：H——烟囱切口高度，m；

S——烟囱周长，m。

根据成功爆破经验，砖烟囱爆破切口高度h取2.5m。

（4）切口圆心角。切口圆心角直接决定切口展开长度，而口长度决定倾覆力矩的大小，切口偏长，倾覆力矩偏大，铰支易于破坏，不利于烟囱的平稳倒塌。爆破切口的长度是以烟囱的重力引起截面弯矩应等于或稍大于预留支撑截面极限抗弯距为主要依据来确定，本工程依据成功经验取爆破缺口圆心角为220°。

（5）爆破切口的施工。切口的测量与精确定：烟囱切口的中心线用全站仪测量，准确定点。切口上下线用水准仪放平，并用红油漆标出，然后标出定窗和位置。烟囱结构、切口形状、炮孔布置详见图2。

（6）定向窗。在爆破缺口两端预先挖定向窗，定向窗为1×1直角三角形，定向窗高经验公式为（0.8～1.0）h，依据成功经验取1.0m。长度底边长1.0m。

定向窗预处理：采用人工与机械配合开设烟囱的定向窗（直角三角形），定向窗严格对称，其保留部分必须保证烟囱结构的稳定性。首先用风镐凿出一个工作面，然后用风稿按原油漆所标定向窗的范围进行修整。如有钢筋应齐根切断，窗体开凿准确，边角平直、整齐。

（7）爆破参数设计。

①最小抵抗线W。最小抵抗线W公式：

W=（0.65～0.68）δ

式中：W——最小抵抗线；

δ——烟囱壁厚度。

②炮孔深度l：炮孔深度公式：

l=（0.67～0.7）δ

式中：L——炮孔深度；

δ——烟囱壁厚度。

l=0.7δ=0.7m。

③孔距a和排距b。砖烟囱爆破拆除工程按6排炮孔，炮孔54个，采取梅花形布置炮孔，砖烟囱孔距公式：

a=（0.54～0.63）δ，

式中：δ——烟囱筒壁厚度；

a——孔距；

b——排距。

在此取l=0.58δ=0.513m，实际上取a=0.5m；则排距b：b=（0.87～1.0）a，在此取b=1.0，a=0.5m。

④单耗q。根据成功的爆破经验和相关的资料得出单耗q：

砖烟囱：单耗q=500g/m3。

⑤单孔装药量Q。单孔装药量的计算采用体积公式：

Q=qabδ

式中：a——孔距，m；

b——排距，m；

q——单位用药量，kg/m3；

δ——烟囱壁厚度，m。

砖烟囱爆破单孔装药量Q=qabδ=0.5×0.5×0.5× 0.95=0.15（kg），实际上单孔装药量Q取120g。

布孔排数：N=6；

总孔数：∑N=54；

总药量：∑Q=6.5kg。

烟囱爆破设计如下所述。

3　起爆网路设计（表1）

表1　烟囱爆破设计参数表

为了减少外界杂散电流、射频电流可能引起的早爆事故，采作非电导爆管起爆系统，孔内采用非电毫秒导爆管雷管。为了减少盲炮产生的概率，避免产生盲炮，每个炮孔均放2发导爆管雷管，爆破切口中的导爆管雷管脚线用四通按复式起爆网路连结。最后用2发导爆管雷管脚线用四通分别连结，再采用双导爆管起爆线引到起爆破站。

4　安全技术措施

4.1爆前预处理

（1）在爆破施工前将烟囱的避雷针、金属梯等导地钢筋局部剪切断开。

（2）位于烟囱东、西两方向的烟道口和出灰口，由于出灰口在爆破缺口范围不必处理；为了防止爆破瞬间保留部分受压破坏不均产生意外事故，必须将烟道口提前用红砖浆砌封堵。

（3）在西边厕所墙边前方推垒一道高2m、宽1.3m砂袋安全防护墙，并在靠墙2m以上加竹片和竹杆及塑料布所搭成三层防护墙措施。

（4）对家具厂和学校饭堂墙边前方推垒一道高2m、宽1.3m的砂袋安全防护墙，并在靠墙2m以上加竹片和竹杆及塑料布所搭成3层防护墙措施。

4.2爆破安全技术措施

爆破安全技术措施有2个方面：一是施爆过程中的安全；二是爆破个别飞石、地震波、空气冲击波、爆破噪音方面的安全。本工程通过精心设计、精心施工、严格控制，达到既能满足工程需要，又能保证安全要求的目的。本烟囱定向倒塌爆破主要应防范爆破飞石、爆破地震效应、倒塌落地震动及前冲造成的损害。

4.3个别飞石的控制

为防止飞石的损害，采取以下安全措施：

（1）烟囱爆破部位都是在底部，并采取竹片和较厚的麻袋进行3层全部覆盖遮挡防护，以阻减飞石的飞出速度和距离；

（2）严格控制炸药量；

（3）在烟囱预计倒塌的地方铺满砂袋，防止烟囱倒塌时碰撞篮球场发生飞石；

（4）布设爆破安全警戒线：倾倒前方200m，侧后方各150m，爆破前15min该区域内的所有人员均必须撤出。

4.4爆破振动控制

本烟囱爆破引起周围建筑物基础质点振动效应可以下式表征：

式中：V——烟囱爆破引起居民楼基础质点振动的速度，cm/s；

Q——本烟囱爆破中一段起爆的最大药量，kg，取Q=6.5kg；

R——民房离烟囱的距离，m，R=10m；

kk′——爆震波传播介质影响系数；

a——震波传播衰减指数。

kk′=32.1，a=1.57，则V=2.3cm/s。

该值小于《爆破安全规程》规定的建筑物爆破振动安全临界值3cm/s，所以本次爆破震动效应对周围建筑不会产生危害。

4.5塌落振动速度

实测数据表明，落锤至地面造成的地面振动与它的质量和下落高度有关，影响下落物体撞击地面振动传播因素还与地层介质有关；随着至撞击落点距离远，振动小；距离近的地方，地面振动强度大。常用的经验公式如下：

式中：M——下落构件质量，10t；

g——重力加速度，9.8m/s；

H——构件所在位置高度，取第一时间落地构件位置H=40m；

σ——构件材料的破坏应力，取为100MPa；

Kt——系数，取3.37；

β——指数，取1.66；

R——着地点与测点的距离，则离开落地中心不同距离上的振动速度v如表2所示。

表2　不同距离上的振动速度

根据国家标准《爆破安全规程》GB6722-2003中的规定，各种类型的建、构筑物的地面振动安全振速，对于一般砖混结构房屋按2～3cm/s，混凝土结构建筑物按3～5cm/s进行爆破振动安全验算，本次爆破工程所产生的振动不会对周围的建筑物产生危害。

该值也远小于《爆破安全规程》规定的建筑物振动安全临界值，并在烟囱预计倒塌方向的地面上铺满砂袋，起到缓冲作用，因此该烟囱倒塌震动效应不至影响其周围建筑的安全。

5　爆破效果与体会

（1）本次高62m烟囱爆破取得成功，起爆后切口均按设计形成，烟囱倾倒方向准确，触地后未形成飞石飞溅都在控制范围内，说明爆破切口飞石控制较好。

（2）爆破振动和烟囱触地冲击振动对周围建筑物未造成任何危害。

（3）爆破取得成功的主要原因是爆破拆除方案选择参数是合理的。

（4）烟囱倒地后激起的大部分粉尘被防护砂袋墙和竹片和竹杆及塑料布防护墙阻挡合理，控制了爆破飞散物、粉尘及噪音对学校和周围影响。

［1］GB6722-2003爆破安全规程［S］.北京：中国标准出版社，2004.

［2］金骥良，顾毅成，史雅语.拆除爆破设计与施工［M］.北京：中国铁道出版社，2004.

［3］陈华腾，钮强，谭胜禹，张庆书.爆破计算手册［M］.辽宁科学技术出版社，1991.

［4］戴俊..爆破工程［M］.机械工业出版社，2007.

［5］顾毅成.爆破工程与施工安全［M］.北京：冶金工业出版社，2004.

TU746.5

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1004-5716（2016）01-0177-04

2015-01-30

王顺（1974-），男（汉族），海南琼海人，工程师，现从事安全管理与爆破技术、地质灾害治理工作。