紧邻既有管线100.4m高钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除

陈飞权　汪泽　刘桐

摘要：某厂区内100.4m高钢筋混凝土烟囱需要快速拆除，其四周紧邻使用中的管线廊架，最近处仅2.3m。综合分析环境条件、烟囱本体结构特点、工期等因素，以“技术可行、安全可控”为原则，确定采用定向爆破拆除方案。采用正梯形爆破切口确保倒塌精准度，科学设计导（定）向窗与爆破参数确保切口顺利形成，利用主动+被动防护层、减震沟、缓冲堤等措施有效控制爆破拆除带来的危害效应，最终安全高效地取得爆破预期效果，可为同类工程提供参考。

Abstract： The 100.4m high reinforced concrete chimney in a factory area needs to be demolished quickly. It is surrounded by the pipelines in use and the nearest distance is only 2.3m. Based on the principle of "technically feasible， security controllable"， the directional blasting demolition scheme is determined by comprehensive analysis of environmental conditions， structural characteristics of chimney body and time limit for a project. The positive trapezium blasting incision is used to ensure the precision of collapse direction. The directional windows and blasting parameters are designed scientifically to ensure the the incision smoothly developed. The harmful effects caused by blasting demolition are effectively controlled by active & passive protective layers， shock absorption ditches and buffer dykes. Finally， the expected blasting effect is achieved safely and efficiently， which can provide references for similar projects.

关键词：紧邻既有管线;钢筋混凝土烟囱;定向拆除爆破;爆破安全控制

Key words： adjacent to existing pipelines;reinforced concrete chimney;directional demolition blasting;blasting safety control

中图分类号：TU746.5                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0271-03

1  工程概况

1.1 烟囱结构  由于某厂区用地规划产生变更，一座结构完好的钢筋混凝土烟囱需要爆破拆除。待拆除烟囱高100.4m，筒体为混凝土整体浇筑，内外双层布筋。烟囱底部筒体外直径7.8m，内衬厚10cm，耐火砖厚24cm，外壁厚30cm。烟囱东侧+4.8m处有一烟道，断面为圆形;西侧+3.5m处有出灰口，宽2.0m高2.5m，断面为矩形;南侧+0.5m处有一出入口，宽1.0m高1.0m，断面为矩形。烟囱爆破拆除钢筋混凝土约500m3，耐火砖及内衬约100m3。

1.2 周边环境  待拆除烟囱位于厂区内部，东侧2.3m、南侧14m、北侧40m处和西侧150m处均为管线廊架;四周管线廊架外侧為厂区道路，最近距烟囱南侧20m;西南侧120m处为氮气和一氧化碳气体储气罐。烟囱周边的管线廊架距地面高度4.3m，内有正在使用中的一条氮气管线、两条压风管、两条暖气线和动力电缆。烟囱爆破环境十分复杂，周围环境如图1所示。

2  爆破总体方案

2.1 工程特点  ①烟囱四周的管线廊架在爆破施工及实施期间，不允许断电断气影响厂区生产，因此要确保烟囱倒塌方向的准确度，并且避免出现前冲与后座情况;

②烟囱为结构条件较好的高大钢筋混凝土结构，自身高100.4m，需要严格控制其爆破及倾倒过程中产生的诸如飞石、爆破与塌落振动等危害效应，保证周边环境安全。

2.2 爆破方案分析

采用爆破的方法对烟囱进行拆除，主要是通过炸药将局部部位破坏，进而利用其自重形成失稳倾倒或塌落，通常采用如下三种方法[1]：

①原地倒塌：对烟囱底部足够大的部分进行爆破，在重心下移过程中借助本体结构与地面的冲击作用使其不断解体直至全部塌落完毕。原地倒塌法虽然对于场地要求不高，可以用于很多周边环境极其复杂的高耸建构筑物，然而局限性也很强，只适用于材质强度低、整体结构性强度较弱的拆除对象（如砖结构烟囱）。

②折叠式倒塌：分为单向折叠和双向交替折叠两种方式，是依据周边场地情况，除了在底部炸开缺口外，在中部适宜的位置再炸开一个或几个缺口，使其分为两段或几段同向或不同向折叠倒塌。该方法往往适用于周边安全倒塌空间不足的烟囱，但是影响因素多，技术难度大，易带来安全隐患。

③定向倒塌：是指在烟囱倾倒方向的底部通过爆破形成缺口，破坏其稳定性，利用重心位移实现按预定方向倒塌。这种方法对场地具有较高要求，场地安全水平距离一般不小于倒塌高度的1.0～1.2倍。

经实地踏勘，该烟囱整体质量好，不适用于原地倒塌方案;南、北、东侧三向距离保护对象都很近，西侧150m范围经过前期拆迁具备安全倒塌空间，同时烟道与出灰口的位置呈东西对称，可以避免其受力弱面对倒塌方向产生影响，为了确保技术可行、安全可控，最终确定正西方向定向倒塌为最佳方案。

3  爆破拆除设计

3.1 爆破切口

爆破切口是高耸筒型构筑物拆除爆破技术中的关键，其形状、位置、规格等参数对于拆除对象能否顺利倒塌、倒塌方向是否准确、是否出现后坐等情况具有决定性影响[2]。

切口形状可以设置为矩形、正（倒）梯形、两翼正（反）斜形等，应用普遍且成熟的主要是矩形和正（倒）梯形[3]。结合以往经验可知：矩形切口施工最为简便，但是切口形成后，应力集中部位多，倒塌方向不易控制;正梯形切口有利于控制倒塌方向;倒梯形切口烟囱后坐效应相对较小。考虑到周边环境情况，为了确保使用中管线的安全，严格控制倒塌方向的准确度，提高施工效率，爆破切口形状最终采用为正梯形，布置在距地面以上+0.5m处。如图2所示。

切口长度：

切口高度：

钢筋混凝土烟囱一般切口高度取H=（5～10）δ，此处取壁厚的8倍即H=2.4m。

3.2 预处理

①为了精准控制烟囱倒塌方向，在爆破切口正中间设置导向窗（宽2m×高2.4m），将正梯形切口两侧设置为三角形定向窗（角度约45°，底边长2.5m）。采用人工手风枪集中钻凿若干通孔，然后用风镐开凿到位。如图2所示。

②由于烟囱筒体由外壁、耐火砖和内衬构成，材质各不相同且每层之间存在夹层与空隙，为了利于爆破时切口的形成，提前将切口范围内的耐火砖和内衬层进行人工剥离。

③将烟囱避雷针及其连体接地钢筋提前拆除，防止其在倒塌过程中对倒塌筒体的牵拉效应。

④爆破前需要把烟囱内部残留的煤灰、粉尘等清理干净，防止起爆时引爆，排除不利影响与安全隐患。

3.3 爆破参数

通过参考《爆破手册》计算方法以及类似工程经验，爆破参数设计如表1。

爆破切口共布置9排炮孔，总孔数为234个，总起爆药量为23.4kg。

3.4 爆破网路

考虑到周边环境十分复杂，为减少爆破振动的影响，采用非电导爆管雷管起爆系统，分2段对称起爆，即孔内装Ms2和Ms3段导爆管雷管对称布置在导向窗中心线两侧，最后用四通连接成闭合复式网路一次同时起爆。（图3）

4  爆破安全控制

4.1 爆破振动校核

本次爆破最近主要保护对象是烟囱东侧2.3m处的管线廊架，一次齐爆的最大药量根据环境的具体要求采用采用萨氏公式确定[4]：

式中：QMAX为一次齐爆的最大药量，14.4kg;v为被保护目标的安全震动速度（cm/s）; k为与装药形式有关的系数，本次控制爆破取k=50;k′为爆破拆除折算系数（0.25～1.0），此处取0.25;α为与地质有关的爆破震动衰减系数，取1.3;R为爆破中心至保护目标的距离，取10.1 m。计算其爆破震速为v=1.96 cm/s，管线廊架底座为钢筋混凝土浇注结构，故符合《爆破安全规程》中安全允许振速标准。

4.2 触地振动校核

烟囱塌落振动引起的地面质点振动速度，按照下式计算[5]：

式中：Vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s;M为下落结构物的质量，落地质量计算为2200t;g为重力加速度，g=9.8m/s2;H为结构物中心所在位置高度，取38m;R为观测点至冲击地面中心的距离;δ为地面介质破坏强度，取30MPa;Kt、β分别为塌落振动速度衰减系数和指数，在地面采取减震沟、垒筑土墙减震措施时，Kt取1/3×4.09=1.36、β取-1.80，计算结果如表2。

4.3 爆破飞石校核

控制爆破个别飞石最大飞散距离，按《工程爆破实用手册》中的经验公式计算[6]：L=70k0.53

式中：L为无覆盖条件下拆除爆破飞石飞散距离，m;k为拆除爆破的单位炸药消耗量，取k=3.7kg/m3，根据上式计算得无覆盖条件下爆破飞石飞散距离为L=140m。

4.4 安全防护

4.4.1 飞石防护措施

采用草帘、安全网、毛竹片交错两层对爆区进行严密包裹，并用数道铁丝扎牢形成近体覆盖防护;对于东侧管线廊架等距离很近的重点保护对象，采取钢管架+毛竹片+木板搭设的整体防护排架形成被动防护。

4.4.2 减振措施

在烟囱的倒塌方向上设置了5道缓冲堤和1道防冲堤，分别设置在位于煙囱20m、40m、60m、80m、100m处，缓冲堤和防冲堤用沙袋垒垫高3.5m宽5.0m;在东侧管线廊架5m处开挖了一条长80m深2m宽2m的减震沟。通过以上措施可有效降低塌落振动及烟囱倒塌后对水泥地面的冲击破坏，并能有效减少触地飞溅物。

5  爆破效果

烟囱起爆约1.6s后，烟囱逐渐加速向设计倒塌中心线方向倾倒，约16s后全部塌落至地面，无后坐、前冲效应出现。倒塌烟囱上部80m在自重冲量作用下解体破碎充分，下部未解体部分筒体显著变形、裂隙明显，利于后续清理。经第三方检测，爆破及塌落过程未对周边管线廊架安全，爆破达到了预期效果。

参考文献：

[1]汪旭光，郑炳旭，张正忠.爆破手册[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[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]郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用技术大全[M].光明日报出版，2002.

[4]中华人民共和国国家标准.GB6722-2003，爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2004.

[5]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，2009，15（1）：1-4.

[6]刘殿中，杨仕春.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1995.