极近保护条件下烟囱爆破拆除技术*

王建国，罗世云，尹久清，马 军，李克钢，张智宇

(1.昆明理工大学国土资源与工程学院，云南 昆明 650093； 2.云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室，云南 昆明 650093； 3.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；4.攀钢集团矿业有限公司，四川 攀枝花 617000)

0 引言

烟囱定向爆破拆除易产生飞散物，在周围环境复杂的情况下，须严格控制爆破有害效应[1-3]。因不同拆除对象待爆位置存在差异，通常难以通过精确控制炸药单耗避免产生飞散物，但可通过改进爆破技术或增加主动防护措施等加以避免[4-7]。近年来，部分年久失修的烟囱已出现倾斜现象，如果烟囱周边环境复杂，将增大拆除难度[8]。以云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市芒喊砖厂烟囱爆破拆除为例，介绍简单实用的近体防护措施，达到有效缩短爆破切口处碎块抛掷距离的目的，为复杂环境下建(构)筑物爆破拆除控制提供参考。

1 工程概况

为消除高危建(构)筑物安全隐患，优化城镇人居环境，云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市政府要求对已关停砖厂高危烟囱进行爆破拆除，据此，对芒喊砖厂烟囱进行爆破拆除。该烟囱高50m，底部外周长15.0m，顶部外周长7.0m，南北两侧5m处均为厂棚，需对厂棚进行保护；北侧25m处为民房和汽修厂(距北侧厂棚10m)；西侧20m处为县道公路，公路上方有110kV高压线通过；西侧30m处为新建住宅小区；东侧为空地和土质边坡。烟囱周边总体环境较复杂，爆破拆除难度较大。

烟囱主体为砖混结构，设计切口处壁厚0.62m，耐火内衬厚0.24m。考虑筒身砌体温度应力的影响，筒身建成后自下而上按间距1.6～3.0m共布置7个筒壁紧箍圈(钢筋混凝土结构)，以满足烟囱抗裂要求。

2 拆除方案

2.1 倒塌方向选择

将烟囱定向倒塌在东侧空地，既可避开需保护的建(构)筑物，又可满足倒塌长度与宽度要求。根据两点一线经验法，确定倒塌方向为东偏北10°～12°，利用测距仪测定烟囱顶部落地位置。

2.2 预处理

爆破前应对可能受烟囱倒塌影响的用电线路进行拆解，并清理杂物，避免受到破坏。在爆破切口两侧底角处，提前使用风镐等工具沿倒塌中心线按设计尺寸对称开设等腰直角三角形定向窗，保证定向窗形状与尺寸准确。

2.3 近体防护措施

由于周边环境复杂，须控制爆破区破碎物飞散，为此，设置铁栅栏网、玻纤土工格栅及密目网，对装药部位及四周≥50cm的位置进行多层包裹防护。

3 爆破设计

3.1 爆破切口形式与布置

采用正梯形爆破切口，如图1所示，切口底线距烟囱底部0.3m。

图1 切口示意

根据已有烟囱拆除工程经验[9-10]，考虑本工程烟囱服役年限较长，且上部已出现裂缝，同时要求钻孔位置避开第2个紧箍圈(主要为减少钻孔作业工作量)，按2.5倍壁厚计算切口高度，为方便控制，取为1.6m。不考虑烟道口和出灰口位置，计算得到切口长度为7.2m。切口爆破区按梅花形布置4排炮孔，共46个，其中底排孔12个，切口尺寸与炮孔布置如图2所示。

图2 切口尺寸与炮孔布置

3.2 爆破参数设计

最小抵抗线取1/2切口处烟囱壁厚，即0.31m；炮孔深度取0.7倍切口处烟囱壁厚，即0.43m；炮孔间距取1倍炮孔深度，为方便取0.4m；炮孔排距取1倍炮孔间距，即0.4m；炮孔直径取40mm；炸药单耗为1.45kg/m3。装药结构如图3所示。

图3 装药结构示意

3.3 起爆网路设计

全部炮孔均采用3段毫秒延期导爆管雷管，同时起爆。导爆管连接采用簇联、串并联起爆网路，如图4所示，每孔孔内和孔外捆扎连接处均使用2发雷管，共使用102发。计算得到单孔装药量为144g，取150g，应注意，底排孔单孔装药量略大，取200g。

图4 起爆网路示意

4 爆破安全控制

根据爆破位置与装药量，可忽略爆破振动的影响，主要控制破碎物飞散和塌落振动[11-12]。

4.1 塌落振动安全校核

烟囱塌落振动速度vt按下式计算[13]：

(1)

式中：R为测点至冲击地面中心的距离(m)，本工程取30m；M为下落构件质量，约300t；g为重力加速度，取10.0cm/s2；H为构件中心高度，为22.5m；σ为地面介质破坏强度，取10MPa；kt，β表示塌落振动速度衰减系数，一般kt=3.37～4.09，β=-1.80～-1.66，本工程取kt=3.40，β=-1.80。

计算得vt=1.86cm/s，满足GB 6722—2014《爆破安全规程》对一般民用建筑振动速度的控制要求。但因雨季积水，需清除倒塌方向地面泥浆、碎石和砖块等杂物。

4.2 切口区域近体包裹防护

在切口上方30cm处，每隔1m进行钻孔，在孔内插入钢筋并固定，钢筋挑出烟囱筒壁30～40cm，用于悬挂固定多层防护材料。由于切口下方已至第1个紧箍圈，需使用钢筋穿过多层防护材料底端，沿烟囱缠绕2圈固定。装药、填塞、连线完成后，首先布置2层抗拉强度较大的玻纤土工格栅，并沿切口位置缠绕1圈，将玻纤土工格栅上端固定在孔内钢筋上；然后利用铁栅栏网缠绕烟囱；最后利用3层边坡护坡密目网沿切口位置缠绕2圈。每层材料均需高出切口上下50cm，并在防护材料上中下部各缠绕1圈φ3铁丝箍紧固定。

4.3 塌落冲击防护

烟囱倒塌范围内的雨后泥浆可能导致严重工程事故，须清理干净，并在湿陷地面上铺约2cm厚干砂土。因烟囱底部倒塌位置邻近北侧厂棚，需在厂棚外1m处搭设长10m、高3m脚手片防护排架，并挂3层密目网。

5 爆破效果分析

烟囱爆破倾倒历时9.5s，按设计方向准确倒塌在预定范围内，烟囱下部保持为整体，其余部分解体充分，爆堆长40m，最宽7.2m，爆破效果如图5所示。多层防护材料虽被炸断，但有效保护了周边民房、厂棚等，县道公路未见飞散物，可知整体爆破效果较好。

图5 爆破效果

6 结语

对云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市芒喊砖厂烟囱进行爆破拆除，取得了良好爆破效果。对于周边环境复杂的待拆建(构)筑物，除关注被保护建(构)筑物外，还应注重近体防护，避免发生二次破坏，可灵活利用现场条件，以达到预期爆破效果。进行爆破切口钻孔时，应避开烟囱筒壁紧箍圈位置，使烟囱按预设方向倒塌，本工程爆破拆除技术可为类似工程烟囱爆破切口选择及钻孔施工提供参考。