+40 m高位切口定向爆破拆除一座150 m和两座210 m高烟囱*

2022-12-17徐顺香谢广波陈德志吴赛格

爆破 2022年4期

徐顺香，谢广波，陈德志，罗鹏，吴赛格

(1.武汉科技大学 a.资源与环境工程学院;b.理学院，武汉 430081；2.武汉爆破有限公司，武汉 430056；3.江汉大学精细爆破国家重点实验室，武汉 430056)

1 工程概况

1.1 工程环境

待拆三座烟囱位于台州发电厂厂区西部，沿钟山路南北并排布置。1#、2#、3#烟囱分别距北侧7#冷却塔282 m、193 m、104 m；距东侧升压站197 m、193 m、193 m，距1#机组煤仓间101 m、105 m、168m；距东南生产办公楼136 m、199 m、279 m；距南侧电缆沟142 m、231 m、320 m；距西侧山体边坡10 m、11 m、11 m，距西侧新机组水泵房176 m、91 m、22 m；距西南侧洗衣房135 m、224 m、313 m，距雷达站245 m、311 m、384 m。工程环境见图1。

图 1 工程环境图(单位：m)Fig. 1 Engineering Environment(unit:m)

1.2 烟囱结构

1#烟囱为钢筋混凝土结构，高150.00 m，底部半径5.83 m，+5.00 m处半径5.705 m；0.00 m～+5.00 m处烟囱壁厚420 mm，无隔热层和无内衬，双层钢筋网。+5.00 m～+17.50 m，有80 mm厚隔热层，240 mm厚内衬；+17.50 m以上隔热层均为80 mm，内衬厚度均为120 mm。标高+40.00 m外径4.83 m，壁厚320 mm。标高+150.00 m处外径为3.27 m，壁厚为220 mm。1#烟囱沿南北方向布置有两个烟道口、烟道口宽3.42 m、高7.50 m，位于标高+5.00m处；烟囱东侧有一个出灰口，1.80 m宽、2.50 m高，位于标高0.00 m处。标高+40.00 m以上，筒身混凝土体积662.34 m3，隔热层体积205.55 m3，内衬297.16 m3。计算得出标高+40.00 m以上烟囱自重为1875.8 t，+40.00 m以上烟囱重心高度+85.1 m。标高+40.00 m处竖向筋布置为双层布筋，外布设52φ20竖向筋，内侧布设200φ16竖向筋。环向筋采用螺旋式箍筋布置方式，外侧钢筋布置规格为φ18@200，内侧布筋规格为φ14@200。

2#、3#两座烟囱结构相同，均为钢筋混凝土结构，高210.00 m，底部半径10.75 m。±0.00～+7.93 m处烟囱壁厚700 mm无隔热层和内衬，双层钢筋网。+7.93～+17.15 m，有80 mm厚的隔热层和230 mm内衬；+17.15 m以上隔热层均为80 mm，内衬厚度均为120 mm。标高+40.00 m处，两烟囱外半径均为7.95 m，2#烟囱内半径7.42 m，壁厚530 mm，3#烟囱内半径7.45 m，壁厚500 mm；标高+210 m处外径为3.60 m，壁厚为380 mm。烟囱沿南北方向布置有两个烟道口，烟道口宽3.94 m、高9.22 m，位于标高+7.93m处；烟囱东西侧有两个出灰口，1.80 m宽、2.50 m高，位于标高0.00 m处。标高+40.00 m以上，筒身混凝土体积1935.693 m3，内衬624.1 m3，计算得标高+40.00 m以上烟囱自重6087.43 t,标高+40.00 m以上重心高度+109.7 m。标高+40.00 m处竖向筋布置为双层布筋，外侧布设58φ28竖向钢筋，内侧布设46φ16竖向钢筋。环向筋布置为环向筋采用螺旋式箍筋布置方式，外侧钢筋布置规格为φ22@150，内侧布筋规格为φ12@200。

2 爆破方案

2.1 总体方案

根据各烟囱结构及周边环境特点，采用分三次实施向南偏东定向倾倒爆破的方案[1,2]。三座烟囱均采用高切口定向爆破方案。1#烟囱在+40 m处设置切口，倾倒方向为南偏东11°。2#210 m高钢筋混凝土烟囱在+40 m处设置切口，倾倒方向为南偏东6°。3#210 m高钢筋混凝土烟囱在+40 m处设置切口，倾倒方向为南偏东9°。

2.2 爆破切口

根据烟囱的结构和布筋情况，3座烟囱均采用正梯形爆破切口，位于地面以上+40.00 m标高处。用风镐、钻孔取芯机开爆破切口的定向窗与导向窗，具体操作为：首先利用钻孔取芯机按照标注点依次对窗口各条边进行钻孔，最后利用滑轮将切下的混凝土构件推入烟囱内侧，再利用风镐将残余部分清除。爆破切口参数见表1，爆破切口见图2、图3。

表 1 爆破切口参数

图 2 1#烟囱爆破切口图(单位:m)Fig. 2 1# Chimney blasting cut diagram(unit:m)

图 3 2#、3#烟囱爆破切口图(单位:m)Fig. 3 2#、3# Chimney Blasting cut diagram(unit:m)

2.3 爆破参数

(1)炮孔深度L=(0.6-0.85)δ，其中δ为爆破切口处的筒壁厚度，1#烟囱壁厚320 mm，L=0.19～0.27 m，炮孔深度L取0.22 m；2#烟囱壁厚530 mm，L=0.32～0.45 m，炮孔深度L取0.37 m，3#烟囱壁厚500 mm，L=0.30～0.43 m，炮孔深度L取0.35 m。

(2)1#烟囱孔距a=0.30 m，排距b=0.30 m，2#、3#烟囱孔距a=0.40 m，排距b=0.40 m。

(3)1#烟囱炸药单耗q=2.32～3.47 kg/m3，单孔装药量Q=67～100 g。共布置8排孔，上部2排和下部2排取2.32 kg/m3，中间4排取3.47 kg/m3。2#烟囱炸药单耗q=2.36～2.95 kg/m3，3#烟囱炸药单耗q=2.50～3.13 kg/m3，单孔装药量均为Q=200～250 g，共布置9排孔，上部3排和下部2排取2.36 kg/m3，中间4排取2.95 kg/m3。爆破参数见表2。

表 2 爆破参数

2.4 内衬及隔热层处理

钻孔时将混凝土筒壁穿透，并打入内衬及隔热层中，保证内衬及隔热层中孔深不小于其壁厚的2/3。单耗取3.0 kg/m3。孔位为爆破切口的下部两排，交替选取，内衬及隔热层爆破穿孔见图4。

图 4 内衬及隔热层爆破穿孔选取示意图Fig. 4 Perforation schematic diagram of the inner lining and insulation blast

2.5 起爆网路

采用非电导爆管雷管延时起爆系统，分二段起爆。爆破切口中间采用MS-1段非电雷管，两侧采用MS-3段非电雷管，每18～20发非电雷管组成一簇用2发瞬发导爆管雷管连接，采用双发MS-1段非电雷管大把抓，形成交叉复式网路用起爆器起爆[3-5]。

3 安全防护

3.1 爆破飞散物及触地飞溅防护

(1)爆破切口采用覆盖防护，由内至外分别为5层6针密目防晒网、3层网格为3 cm×3 cm土工格栅、2层6针密目防晒网[6,7]，然后用铁丝捆扎牢固。飞散物防护图见图5。

(2)在缓冲层上覆盖防晒网，在防晒网上堆设土袋，提高土堆的整体性。

(3)爆破时，自1期厂房开始，沿南北方向平行于3#烟囱西向最大倾倒边界(距离3#烟囱西向最大倾倒边界28 m)，挂设60 m长，6 m高防晒网。

(4)在烟囱倾倒方向正前方堆设宽6 m，高4 m的防冲堤。

(5)利用预留1期汽轮机厂房阻挡爆破飞散物。

图 5 飞散物防护示意图Fig. 5 Schematic diagram of protection for flying objects

3.2 触地振动控制

(1)选择碎砼块作为主体材料，在距烟囱60～190 m以及倾倒中心线±19°范围内敷设横截面为下宽6.0 m，上宽2.5 m，高4.0 m的等腰梯形缓冲层，在中间铺设渔网对缓冲层进行加筋，上部加盖防晒网和沙土袋[8,9]。缓冲层见图6。

图 6 缓冲层示意图(单位:m)Fig. 6 Schematic diagram of buffer layer(unit:m)

(2)在烟囱倾倒方向两侧挖两条长200 m，宽2 m，深1.5 m的减震沟。

3.3 其他安全防护

(1)利用10 mm厚钢板对地下管网进行第一层覆盖，钢板覆盖范围延伸至地下管网沟两侧30 cm；利用厂房拆除的渣土在钢板上方敷设4 m高的缓冲层；缓冲层上覆盖防晒网；在防晒网上堆设土袋。

(2)爆后使用消防车在下风向洒水降尘。

4 触地振动分析

采用TC-4850测振仪监测爆破振动。通过对3个测点实测的振动数据进行分析，发现烟囱触地振动要大于爆破振动，烟囱倾倒正前方检修仓库处触地振动速度最大，主振频率为42～58 Hz，最大振速为0.88 cm/s，小于《爆破安全规程》规定的安全振动速度2 cm/s，不会对周围建(构)筑物造成危害[10-14]。

5 爆破效果与分析

通过分析爆破过程的录像，1#烟囱整个倒塌过程约11 s，2#、3#烟囱整个倒塌过程约13 s，烟囱在爆破后约2 s均开始微微倾斜，6 s时切口完全闭合，此时，烟囱从开始下坐并伴随倾倒，在此过程中下坐的速度大于倾倒的速度，在下坐到积灰平台后烟囱快速倾倒。爆破后烟囱倒塌方向与设计方向基本一致，倾倒后1#烟囱爆堆长度100 m，2#、3#烟囱爆堆长度165 m，剩余部分约40 m，受到烟囱上部倒塌、下坐的影响，剩余筒体部分被破坏，剩余部分筒体如图7所示，图中(a)为1#烟囱倒塌剩余部分、(b)为2#烟囱倒塌剩余部分、(c)3#烟囱倒塌剩余部分。