复杂环境厚壁砖混烟囱拆除的精准定向控制爆破

邢光武，耿 鹏

(1.福建省奕顺建设工程有限公司，福建 泉州 362200；2.福建高能建设工程有限公司，福州 350003)

1 项目概况

因铁路工程建设需要，对位于福建省大田县石牌镇小湖村的旧烟囱实施拆除，为保证施工作业安全可控，选择采用定向爆破拆除的方法。

待拆烟囱东侧66 m有小胡村砖混结构民房；南侧4 m为西东走向河流，33 m处有东西走向的10 kV高压线及217省道，高压线离地面高度10 m，距烟囱47 m有小型水电站；西南侧57 m为物流公司办公室，砖混结构；西侧35 m处有砖混结构民房，40 m外为山体；东北侧20 m有空中通讯光缆，需要在爆破前拆迁，120 m外为山体。总体爆破环境比较复杂(见图1)。

图1 爆区周围环境Fig.1 Surrounding environment of explosion area

烟囱系砖混结构，高83 m，底部(+5 m以下)外直径7.5 m，壁厚1.1 m(含0.1 m厚的内衬及隔热层)；尾部直径3.65 m，壁厚0.45 m，总质量约633.9 t。烟囱底部北西侧+3.3 m以下有1个2.7 m宽、3.3 m高的烟道口，烟道口的东侧边界位于烟囱正北中心线上；烟囱西侧+14 m以下有1个宽1.8 m、高3 m的窗口接脱硫设备(见图2)。烟囱结构稳定，底部平面结构如图3所示。

图2 待拆除烟囱Fig.2 Chimney to be demolished

图3 烟囱底部结构(平面)Fig.3 Structure of chimney bottom(Plane)

2 技术难点

拆除该烟囱的技术难点主要体现在如下几个方面：

1)砖混结构烟囱高度较低，且重心较低；烟囱壁较厚，有内衬。准确定向倾倒难度较大，设计不合理时容易出现炸而不倒的现象；

2)环境比较复杂，倾倒方向控制不好时，容易出现倒塌方向偏差而酿成事故；

3)因为烟囱壁厚，按传统的设计方法，定向窗的预开凿难度较大，劳动强度大，施工效率低；

4)烟囱四周存在高压线、水电站、大量民房及其他重要设施，爆破飞散物控制难度较大，稍有疏忽，容易造成事故；

5)需严格控制爆破振动和空气冲击波对民房、水电站等设施的影响，确保爆破安全。要求对民房爆破振动速度须控制在1 cm/s以内，对水电站爆破振动速度须控制0.9 cm/s以内。

3 拆除爆破方案

根据烟囱高度及周围场地情况，采取定向控制爆破技术，控制烟囱向具备倒塌空间的正北方向定向倾倒(见图4)。

图4 定向窗及爆破部位Fig.4 Ovientation opening and blasting area

1)烟道处理。爆破前将烟囱内的积灰和废渣通过烟道口清理，将烟道内的废渣全部清除。

2)预拆除处理。将烟囱西侧用于脱硫的附属结构和北侧厂房，全部采用人工机械进行拆除并清理干净；对接脱硫设备的窗口采用红砖和水泥砂浆进行砌筑；对北侧通讯光纤进行妥善迁移。

3)定向窗爆破开凿。为了确保烟囱准确定向倾倒，在爆破前，需要在烟囱倒塌方向对称布置爆破切口，并在爆破切口底部两侧，采用爆破方法开凿定向窗。

在烟囱爆破切口位置的外壁进行布孔、钻孔，炮孔内放入炸药和雷管后实施爆破。爆破后烟囱在爆破切口上部自身重量作用下将产生倾倒力矩，使烟囱定向倾倒。

3.1 烟囱定向窗与爆破切口

3.1.1 定向窗爆破

为了保证烟囱定向窗的准确性，同时提高施工效率，在切口底部采用控制爆破方式预先开设2个对称的定向窗，其面积之和为0.368 m2，定向窗设计为三角形(见图5)并进行精准爆破。对三角形定向窗ABC进行布孔，取AB=80 cm，∠CAB=30°, 保护层厚度δ取10 cm，三角形A′B′C′为爆破区域。

图5 定向窗炮孔布置Fig.5 Layout of blastholes for the ovientation opening

1)钻孔直径φ38 mm，钻孔方向为径向水平方向。

2)在A′B′C′的斜边A′C′及底面A′B′布置空孔和炮孔，孔距取15 cm。空孔穿透烟囱壁，即空孔的深度等于烟囱壁厚；炮孔的孔深取85 cm。在ABC的斜边AC及底面AB连续布置密集空孔，孔距取8～10 cm，孔深穿透烟囱壁。

3)在定向窗的中部布置炮孔，孔距为20 cm，中部布置2～3个空孔。

4)在A′B′C′的斜边A′C′及底面A′B′的炮孔，单孔药量取55 g；三角形定向窗中部的炮孔，单孔装药量取110 g。

5)每个定向窗装药量660 g，2个定向窗总装药量为1 320 g。

对烟囱定向窗进行爆破，清渣，剔除保护层，采用风镐及轻型切割机进行修整，直到定向窗满足要求。特别应保证2个定向窗的底面水平一致，定向窗底角大小一致。

3.1.2 爆破切口布置

1)切口底部位于烟囱地面+0.5 m处，形状为近等腰梯形(见图6a)，梯形底角取30o；切口炸高1.35 m,对应的圆心角α=230°；梯形下底L=7.50 m，上底l=2.90 m。近等腰梯形切口底部开设2个定向窗后的剩余部分为爆破部位(见图6c)。切口爆破部位底边长5.90 m,外壁面积6.652 m2,体积5.171 m3。保留部分(支撑部位)的外壁弧长4.25 m，对应的圆心角约为130°。

为了保证较好的爆破效果，在烟囱外侧自底部+0.5 m处沿筒壁布置径向水平孔，采用梅花形布孔，炮孔直径为38 mm，自下而上布置4排炮孔(见图6b)，孔距a=0.45 m，排距b=0.45 m，孔深L=0.85 m；炮孔个数N=46个。

图6 爆破切口炮孔布置Fig.6 Layout of blastholes for blasting cutting

上部2排炮孔单孔药量取0.15 kg，底部2排炮孔单孔药量取0.2 kg；最大单响药量5.4 kg；总装药量8.25 kg，爆破平均单耗1.6 kg/m3。采用φ32 mm条状乳化炸药，连续装药，孔口采用黄泥严密填塞。

3.2 起爆网路

采用非电塑料导爆管雷管，非电起爆方式，采用簇联方式连接。孔内雷管用MS5段，孔外传爆雷管用MS1段。

4 安全校核

4.1 爆破振动

爆破振动速度计算：

(1)

式中：v为质点振动速度，cm/s；K,α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，K取150，α取1.6；K′为拆除爆破衰减系数，取0.33；Q为最大一段装药量，kg；R为装药中心至保护对象的距离，m。

将Q=5.4 kg，R=51 m(小水电站)，计算出最大爆破振动速度：v=0.23 cm/s<0.9 cm/s。

将Q=5.4 kg，R=69.75 m(小湖村民房)，计算出最大爆破振动速度：v=0.14 cm/s<1 cm/s。

烟囱爆破振动对周围建(构)筑物及其他设施不会造成有害影响。

4.2 塌落振动

烟囱质量M=633.9 t，质心高度H=30 m，R=47 m，落地冲击振动速度约为

=1.39 cm/s>0.9 cm/s

(2)

烟囱倒塌引起的落地冲击振动较大，存在振动危害，在烟囱倒塌落地范围且垂直于倒塌中心线的地面上，采用沙包垒砌2道长10 m，宽2 m，高1.2 m的减振堤，防止落地振动对周边建构筑物造成有害影响。

4.3 技术措施及爆破效果

为了防止爆破飞石的危害，采用3层竹笆在烟囱外侧全封闭覆盖爆破部位及定向窗，竹笆外侧上、中、下分别绑扎3圈10#铁线固定，防护时须保护好爆破网路；在烟囱倒塌方向地面铺设双层密目尼龙防护网；在倒塌方向两侧各15 m位置分别采用钢管搭设8 m高的防护排栅，挂双层密目防护网。

本次烟囱定向窗爆破使用毫秒非电雷管26发，切口爆破使用毫秒非电雷管共60发。起爆后，烟囱沿着正北方向定向倒塌，倒塌长度约80 m，爆堆高度约1.5 m。爆破切口产生的个别飞散物最远距离约15 m，落地飞溅最远距离约20 m。

在南侧47 m及东侧66 m的一层结构转弯处测得爆破振动速度最大值为0.21 cm/s，符合规定[6]要求。

5结语

1)采用爆破方式预先开凿定向窗，比传统的人工开凿方式相比，降低了劳动强度，提高了施工效率。

2)爆破前采用砖和水泥砂浆对烟道口进行砌筑，可以有效减小烟囱下坐和倒塌方向的偏离。

3)爆破前将烟囱内的积灰和废渣通过烟道口清理干净，既有利于烟囱向设计方向倒塌，又有利于降低拆除爆破粉尘。

4)在烟囱倒塌方向地面铺设双层密目尼龙防护网，同时在烟囱倒塌方向两侧一定距离搭设防护排栅并挂双层密目防护网，对防止烟囱倒塌落地飞溅危害有较好的防护效果。

5)在高耸建筑物定向倒塌方向布置沙包减振堤，可以有效减小落地振动。