104 m钢筋混凝土烟囱爆破拆除

蔡泽军

(广东省地质局第五地质大队)



104m钢筋混凝土烟囱爆破拆除

蔡泽军

(广东省地质局第五地质大队)

位于淤泥河滩旁的某一高104m钢筋混凝土烟囱需要拆除，由于该烟囱地处环境复杂，为确保烟囱爆破倾倒方向，采取定向控制爆破技术，制定严格的爆破切口型式及爆破参数、爆破安全技术措施，确保了爆破效果和烟囱的安全拆除。

烟囱拆除淤泥河滩定向爆破安全措施

1　工程概况

广州某电力有限公司位于广州市番禺区莲花山，烟囱总高H=104m，周围环境较为复杂，东面距离办公楼约48m；西面距厂内围墙约13m，围墙外为莲花河；南面距发电机车间B2.2m；北面距发电机车间A2.2m。见图1所示。

图1　烟囱周围环境平面示意

烟囱为钢筋混凝土材质，锥筒形结构，底部±0.00m处外径9.60m，内径8.66m，壁厚470mm。顶部外径5.00m，内径4.50m。两门洞位于烟囱底部正西和正东方向，对称分布，高2.5m，宽2.0m，下底标高与地面平。烟囱筒身底部为内外双层配筋,内外主筋均为φ20@172mm,环向钢筋为φ16@160mm。烟囱总混凝土约840m3，总重量约2 100t。

2　爆破难点分析

(1)烟囱距离发电机车间A、B均为2.20m，烟囱爆破塌散范围、爆破振动、个别飞散物的控制。

(2)烟囱拟倒塌场地为河道，河滩为淤泥质土，河对岸厂房、公路密集，烟囱触地时须严防飞溅物的破坏。

(3)按预定倾倒方向测算，出灰口有部分位于须保留部位范围(支撑烟囱倾倒部分)之内，对切口范围之外部分必须封堵严实，防止烟囱爆破时下坐，影响爆破效果。

3　爆破技术设计

3.1爆破方案选择

根据烟筒周围的环境及其结构，考虑建设单位对爆破施工的安全要求等因素，经方案比选，选取向西南侧定向倾倒的爆破拆除方案。

3.2爆破切口位置和切口形状

考虑到施工操作的方便性，烟囱的爆破切口均设置在烟囱底部标高0.50m处，朝向南偏西27°方向。根据烟囱爆破拆除施工经验，采用正梯形爆破切口。

部分烟道口位于支撑烟囱倾倒范围内，提前28d预留出定向窗位置之后用C50钢筋混凝土填充密实。考虑到烟囱距离车间A、B较近，为防止烟囱起爆后切口发生过早折断，危及车间安全，在切口两侧设计30°的定向窗。

3.3爆破切口尺寸3.3.1爆破切口长度Lp计算

爆破切口形成后，要求烟囱重心对支撑中心产生偏移，既要保证烟囱顺利失稳倾倒，又要保留部分强度不产生后座甚至折断。Lp计算如下[1]：

(1)

式中,D为切口处烟囱直径，m；α为切口对应的圆心角，(°)。

根据现场勘查情况，烟囱现状质量良好，结合施工经验，选取α=220°，切口处D=9.60m，计算Lp=18.42m。

3.3.2爆破切口高度Hp计算

烟囱爆破切口高度要求满足爆破切口闭合时烟囱重心偏移出支点以外，计算公式为：

(2)

计算得Hp=2.40～4.80m。

校核爆破切口最小高度：

(3)

式中，hmin为爆破切口最小高度，m；φ为爆破切口对应的圆心角的一半，φ=110°；Hc为烟囱的重心高度，Hc=46.70m。

计算得hmin=1.30m。

钢筋混凝土烟囱现状质量良好，不会出现爆破后下坐现象，结合类似工程经验，取Hp=3.50m。

3.3.3定向窗、导向口布置

定向窗设于爆破切口两侧，开设定向窗是控制

切口爆破破碎范围，保证爆破后形成需要形状切口。如定向窗开设不恰当，切口角尖端应力集中，导致尖端发生剪切或压碎破坏，定向窗夹角越大，尖端应力集中影响范围越大，剪切破坏区也越大，而且最大剪应力越高，越容易发生后坐[2]。为此，根据经验，烟囱定向窗角度α=30°，定向窗长度为3.0m、高度为3.50m。

导向口设于爆破切口中间，呈矩形，水平长度2.0m，高度等于切口高度，即3.50m。

部分烟道口位于爆破切口内，提前封堵填充密实，其余部位采用水钻密孔切割分隔，窗内通过试爆破碎混凝土，再用风镐修整出设计形状。两侧定向窗完全对称，露出的钢筋全部割断，两边割断钢筋数量及位置要对称一致，窗体要开凿准确，边角平直、整齐。

爆破切口见图2所示。

图2　爆破切口示意

3.4爆破参数及装药量计算

(1)孔网参数。爆破切口部位烟囱筒身壁厚δ=0.47m，切口总长18.42m，高3.5m。钻凿水平炮眼，选取炮孔参数：最小抵抗线W取切口处烟囱壁厚的一半，即W=23.5cm，炮孔孔距a、排距b均为35cm，孔深l=33cm。

(2)装药量计算。单孔装药量：

(4)

式中，q为炸药单耗，根据试爆结果，选取q=2.6kg/m3。

计算得Q=150g。爆破切口不含定向窗、导向口试爆的炮眼总数为308个，总装药量46.20kg。

3.5装药结构及爆破网络

采取连续装药，孔口堵塞严密不留空隙。每个炮孔内装2发非电导爆管雷管，管长5m，共分MS-1、MS-2、MS-3 3段，全部采取孔内延时方式，自切口中间向两侧起爆，簇联法联接网路。

3.6爆破切口位置的确定

(1)烟囱倾倒方向的测量标定。采用全站仪测量放线，在烟囱上标出爆破切口的中心线，用红色油漆做好标记。

(2)爆破切口轮廓的测量标定。采用水准仪或水平管、钢尺等工具，测量标定出爆破切口的周围轮廓线，以及定向窗、导向口的轮廓线，用红油漆做好标记。要保证爆破切口水平。

(3)炮眼的定位标定。采用钢尺测量，标出孔眼位置。

3.7爆破前预处理

(1)避雷针和金属爬梯预处理。切除从地面往上5.0m范围内的避雷针及金属爬梯，防止其牵连对爆破倾倒产生影响[1]。

(2)对切口范围内的烟囱隔热层、内衬、积灰等均用风镐清理干净。

(3)以倾倒中心线为中点，将围墙拆除20m。

4　塌落振动安全校核及安全措施

4.1塌落振动安全校核

爆破时，总装药量分散为308个炮眼，每孔药量150g，分3个段别的雷管微差起爆，发电机车间A、B内的生产设备已先行拆除，两车间也计划后续拆除，对振动的要求不严格，故对爆破振动不作校核。爆破时会产生噪声，但持续时间短，不会对爆破警戒范围外的人及周围建筑物造成损伤。烟囱倾倒场地淤泥河滩，十分松软，烟囱塌落到地面时，将冲击地面产生振动，强度比爆破振动大，频率低、危害大。塌落振动vc计算如下[3]：

(5)

式中，vc为烟囱塌落地面引起的地表振速，cm/s；m为下落构件的质量，t；g为重力加速度，m/s2；H为构件中心高度，m；σ为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离，m；kt、β为衰减参数，分别取kt=3.37，β=1.66；R为距建筑物距离，m。

烟囱总质量2 100t，爆破时以爆破切口处为中心作倾倒运动，非自由落体，按总质量1/3估算，质心落差取50m，与发电车间B的距离R取40m。计算得vc=2.32cm/s。

4.2爆破振动飞石的控制措施[4-5]

(1)减小烟囱触地振动安全技术措施。烟囱倾倒范围位于厂内混凝土路面，测量放出倾倒中心线，沿中心线两侧各10m范围铺上一层建筑废料，厚度1.50m，使烟囱爆破倾倒触地时得到缓冲，减小振动。

(2)防止爆破飞石危害安全技术措施。在爆破部位搭设防护架，外包3层防护覆盖：第一层为装满稻草的双层麻袋，第二层为双层竹笆，第三层为铁线安全网，用铁线绑扎牢固；保证炮眼的堵塞长度和填塞质量，严格按设计计算控制装药量。

(3)防止烟囱触地引起的飞溅物危害的安全技术措施。烟囱倾倒场地部分位于淤泥河滩，烟囱筒体倒地时，对地面的冲击作用很大，河滩淤泥容易溅起，因烟囱上部倾倒飞行距离较大，极易造成意外事故，另河滩淤泥较软，大型机械无法在其上面施工。在淤泥河滩部分沿烟囱倾倒中心线两侧各10m范围先铺上一层新鲜的小杂树，厚约 1.0m；再铺上两层竹芭，然后铺上一层河沙，厚约 1.0m；最后再铺一层小杂树，厚约 1.0m，并用铁丝将小杂树连成一个整体。

5　爆破效果

所有炮孔装填完毕并对起爆线路检查无误、对周边300m范围内进行警戒后实施爆破。起爆后，烟囱向设计方向缓缓倾倒，至烟囱倒塌至地面，历时约8s。经检查，烟囱未发生压碎性下坐现象，在爆破切口处折断倾倒，其倾倒方向与设定方向相符，烟囱倒塌到地面后与发电机车间B相距很近，但未对车间造成损坏。爆破飞石、烟囱触地引起的飞溅物等均控制在安全范围内，周围建筑物未受到损坏，爆破取得圆满成功。爆破前后见图3。

图3　烟囱爆破前后

6　结　论

采用定向控制爆破技术，通过精细设计和严格施工，成功拆除了广州市番禺区某电力有限公司的104m烟囱。在整个施工过程中，烟囱向设计方向缓缓倾倒，爆破飞石、烟囱触地引起的飞溅物等均控制在安全范围内，周围建筑物未受到损坏，爆破取得了圆满成功。

[1]王希之,谢兴博，谭雪刚,等.210m高烟囱爆破拆除技术 [J].工程爆破，2011，17(2)：53-55.

[2]檀纯锦,黄跃,汪浩.电厂发电机组厂房及高150m烟囱定向爆破拆除 [J].工程爆破，2011，17(4)：53-57.

[3]谢先启.精细爆破[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.

[4]徐冬春，蒋跃飞，张正忠，等.复杂环境下高位切口爆破拆除钢筋混凝土烟囱[J].工程爆破，2013，19(4)：34-37.

[5]韩芳,钟冬望,陈德志,等.210m高烟囱爆破拆除触地振动控制措施研究[J].工程爆破，2013，19(4)：30-33.

2016-03-24

蔡泽军(1984—)，男，工程师，526020 广东省肇庆市梅庵路9号。