蔡澤軍

(廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì))

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104m鋼筋混凝土煙囪爆破拆除

蔡澤軍

(廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì))

位于淤泥河灘旁的某一高104m鋼筋混凝土煙囪需要拆除，由于該煙囪地處環(huán)境復(fù)雜，為確保煙囪爆破傾倒方向，采取定向控制爆破技術(shù)，制定嚴(yán)格的爆破切口型式及爆破參數(shù)、爆破安全技術(shù)措施，確保了爆破效果和煙囪的安全拆除。

煙囪拆除淤泥河灘定向爆破安全措施

1　工程概況

廣州某電力有限公司位于廣州市番禺區(qū)蓮花山，煙囪總高H=104m，周圍環(huán)境較為復(fù)雜，東面距離辦公樓約48m；西面距廠內(nèi)圍墻約13m，圍墻外為蓮花河；南面距發(fā)電機(jī)車間B2.2m；北面距發(fā)電機(jī)車間A2.2m。見圖1所示。

圖1　煙囪周圍環(huán)境平面示意

煙囪為鋼筋混凝土材質(zhì)，錐筒形結(jié)構(gòu)，底部±0.00m處外徑9.60m，內(nèi)徑8.66m，壁厚470mm。頂部外徑5.00m，內(nèi)徑4.50m。兩門洞位于煙囪底部正西和正東方向，對稱分布，高2.5m，寬2.0m，下底標(biāo)高與地面平。煙囪筒身底部為內(nèi)外雙層配筋,內(nèi)外主筋均為φ20@172mm,環(huán)向鋼筋為φ16@160mm。煙囪總混凝土約840m3，總重量約2 100t。

2　爆破難點(diǎn)分析

(1)煙囪距離發(fā)電機(jī)車間A、B均為2.20m，煙囪爆破塌散范圍、爆破振動、個別飛散物的控制。

(2)煙囪擬倒塌場地為河道，河灘為淤泥質(zhì)土，河對岸廠房、公路密集，煙囪觸地時須嚴(yán)防飛濺物的破壞。

(3)按預(yù)定傾倒方向測算，出灰口有部分位于須保留部位范圍(支撐煙囪傾倒部分)之內(nèi)，對切口范圍之外部分必須封堵嚴(yán)實(shí)，防止煙囪爆破時下坐，影響爆破效果。

3　爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1爆破方案選擇

根據(jù)煙筒周圍的環(huán)境及其結(jié)構(gòu)，考慮建設(shè)單位對爆破施工的安全要求等因素，經(jīng)方案比選，選取向西南側(cè)定向傾倒的爆破拆除方案。

3.2爆破切口位置和切口形狀

考慮到施工操作的方便性，煙囪的爆破切口均設(shè)置在煙囪底部標(biāo)高0.50m處，朝向南偏西27°方向。根據(jù)煙囪爆破拆除施工經(jīng)驗(yàn)，采用正梯形爆破切口。

部分煙道口位于支撐煙囪傾倒范圍內(nèi)，提前28d預(yù)留出定向窗位置之后用C50鋼筋混凝土填充密實(shí)?？紤]到煙囪距離車間A、B較近，為防止煙囪起爆后切口發(fā)生過早折斷，危及車間安全，在切口兩側(cè)設(shè)計(jì)30°的定向窗。

3.3爆破切口尺寸3.3.1爆破切口長度Lp計(jì)算

爆破切口形成后，要求煙囪重心對支撐中心產(chǎn)生偏移，既要保證煙囪順利失穩(wěn)傾倒，又要保留部分強(qiáng)度不產(chǎn)生后座甚至折斷。Lp計(jì)算如下[1]：

(1)

式中,D為切口處煙囪直徑，m；α為切口對應(yīng)的圓心角，(°)。

根據(jù)現(xiàn)場勘查情況，煙囪現(xiàn)狀質(zhì)量良好，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，選取α=220°，切口處D=9.60m，計(jì)算Lp=18.42m。

3.3.2爆破切口高度Hp計(jì)算

煙囪爆破切口高度要求滿足爆破切口閉合時煙囪重心偏移出支點(diǎn)以外，計(jì)算公式為：

(2)

計(jì)算得Hp=2.40～4.80m。

校核爆破切口最小高度：

(3)

式中，hmin為爆破切口最小高度，m；φ為爆破切口對應(yīng)的圓心角的一半，φ=110°；Hc為煙囪的重心高度，Hc=46.70m。

計(jì)算得hmin=1.30m。

鋼筋混凝土煙囪現(xiàn)狀質(zhì)量良好，不會出現(xiàn)爆破后下坐現(xiàn)象，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，取Hp=3.50m。

3.3.3定向窗、導(dǎo)向口布置

定向窗設(shè)于爆破切口兩側(cè)，開設(shè)定向窗是控制

切口爆破破碎范圍，保證爆破后形成需要形狀切口。如定向窗開設(shè)不恰當(dāng)，切口角尖端應(yīng)力集中，導(dǎo)致尖端發(fā)生剪切或壓碎破壞，定向窗夾角越大，尖端應(yīng)力集中影響范圍越大，剪切破壞區(qū)也越大，而且最大剪應(yīng)力越高，越容易發(fā)生后坐[2]。為此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，煙囪定向窗角度α=30°，定向窗長度為3.0m、高度為3.50m。

導(dǎo)向口設(shè)于爆破切口中間，呈矩形，水平長度2.0m，高度等于切口高度，即3.50m。

部分煙道口位于爆破切口內(nèi)，提前封堵填充密實(shí)，其余部位采用水鉆密孔切割分隔，窗內(nèi)通過試爆破碎混凝土，再用風(fēng)鎬修整出設(shè)計(jì)形狀。兩側(cè)定向窗完全對稱，露出的鋼筋全部割斷，兩邊割斷鋼筋數(shù)量及位置要對稱一致，窗體要開鑿準(zhǔn)確，邊角平直、整齊。

爆破切口見圖2所示。

圖2　爆破切口示意

3.4爆破參數(shù)及裝藥量計(jì)算

(1)孔網(wǎng)參數(shù)。爆破切口部位煙囪筒身壁厚δ=0.47m，切口總長18.42m，高3.5m。鉆鑿水平炮眼，選取炮孔參數(shù)：最小抵抗線W取切口處煙囪壁厚的一半，即W=23.5cm，炮孔孔距a、排距b均為35cm，孔深l=33cm。

(2)裝藥量計(jì)算。單孔裝藥量：

(4)

式中，q為炸藥單耗，根據(jù)試爆結(jié)果，選取q=2.6kg/m3。

計(jì)算得Q=150g。爆破切口不含定向窗、導(dǎo)向口試爆的炮眼總數(shù)為308個，總裝藥量46.20kg。

3.5裝藥結(jié)構(gòu)及爆破網(wǎng)絡(luò)

采取連續(xù)裝藥，孔口堵塞嚴(yán)密不留空隙。每個炮孔內(nèi)裝2發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管，管長5m，共分MS-1、MS-2、MS-3 3段，全部采取孔內(nèi)延時方式，自切口中間向兩側(cè)起爆，簇聯(lián)法聯(lián)接網(wǎng)路。

3.6爆破切口位置的確定

(1)煙囪傾倒方向的測量標(biāo)定。采用全站儀測量放線，在煙囪上標(biāo)出爆破切口的中心線，用紅色油漆做好標(biāo)記。

(2)爆破切口輪廓的測量標(biāo)定。采用水準(zhǔn)儀或水平管、鋼尺等工具，測量標(biāo)定出爆破切口的周圍輪廓線，以及定向窗、導(dǎo)向口的輪廓線，用紅油漆做好標(biāo)記。要保證爆破切口水平。

(3)炮眼的定位標(biāo)定。采用鋼尺測量，標(biāo)出孔眼位置。

3.7爆破前預(yù)處理

(1)避雷針和金屬爬梯預(yù)處理。切除從地面往上5.0m范圍內(nèi)的避雷針及金屬爬梯，防止其牽連對爆破傾倒產(chǎn)生影響[1]。

(2)對切口范圍內(nèi)的煙囪隔熱層、內(nèi)襯、積灰等均用風(fēng)鎬清理干凈。

(3)以傾倒中心線為中點(diǎn)，將圍墻拆除20m。

4　塌落振動安全校核及安全措施

4.1塌落振動安全校核

爆破時，總裝藥量分散為308個炮眼，每孔藥量150g，分3個段別的雷管微差起爆，發(fā)電機(jī)車間A、B內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備已先行拆除，兩車間也計(jì)劃后續(xù)拆除，對振動的要求不嚴(yán)格，故對爆破振動不作校核。爆破時會產(chǎn)生噪聲，但持續(xù)時間短，不會對爆破警戒范圍外的人及周圍建筑物造成損傷。煙囪傾倒場地淤泥河灘，十分松軟，煙囪塌落到地面時，將沖擊地面產(chǎn)生振動，強(qiáng)度比爆破振動大，頻率低、危害大。塌落振動vc計(jì)算如下[3]：

(5)

式中，vc為煙囪塌落地面引起的地表振速，cm/s；m為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；g為重力加速度，m/s2；H為構(gòu)件中心高度，m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10MPa；R為觀測點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；kt、β為衰減參數(shù)，分別取kt=3.37，β=1.66；R為距建筑物距離，m。

煙囪總質(zhì)量2 100t，爆破時以爆破切口處為中心作傾倒運(yùn)動，非自由落體，按總質(zhì)量1/3估算，質(zhì)心落差取50m，與發(fā)電車間B的距離R取40m。計(jì)算得vc=2.32cm/s。

4.2爆破振動飛石的控制措施[4-5]

(1)減小煙囪觸地振動安全技術(shù)措施。煙囪傾倒范圍位于廠內(nèi)混凝土路面，測量放出傾倒中心線，沿中心線兩側(cè)各10m范圍鋪上一層建筑廢料，厚度1.50m，使煙囪爆破傾倒觸地時得到緩沖，減小振動。

(2)防止爆破飛石危害安全技術(shù)措施。在爆破部位搭設(shè)防護(hù)架，外包3層防護(hù)覆蓋：第一層為裝滿稻草的雙層麻袋，第二層為雙層竹笆，第三層為鐵線安全網(wǎng)，用鐵線綁扎牢固；保證炮眼的堵塞長度和填塞質(zhì)量，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)計(jì)算控制裝藥量。

(3)防止煙囪觸地引起的飛濺物危害的安全技術(shù)措施。煙囪傾倒場地部分位于淤泥河灘，煙囪筒體倒地時，對地面的沖擊作用很大，河灘淤泥容易濺起，因煙囪上部傾倒飛行距離較大，極易造成意外事故，另河灘淤泥較軟，大型機(jī)械無法在其上面施工。在淤泥河灘部分沿?zé)焽鑳A倒中心線兩側(cè)各10m范圍先鋪上一層新鮮的小雜樹，厚約 1.0m；再鋪上兩層竹芭，然后鋪上一層河沙，厚約 1.0m；最后再鋪一層小雜樹，厚約 1.0m，并用鐵絲將小雜樹連成一個整體。

5　爆破效果

所有炮孔裝填完畢并對起爆線路檢查無誤、對周邊300m范圍內(nèi)進(jìn)行警戒后實(shí)施爆破。起爆后，煙囪向設(shè)計(jì)方向緩緩傾倒，至煙囪倒塌至地面，歷時約8s。經(jīng)檢查，煙囪未發(fā)生壓碎性下坐現(xiàn)象，在爆破切口處折斷傾倒，其傾倒方向與設(shè)定方向相符，煙囪倒塌到地面后與發(fā)電機(jī)車間B相距很近，但未對車間造成損壞。爆破飛石、煙囪觸地引起的飛濺物等均控制在安全范圍內(nèi)，周圍建筑物未受到損壞，爆破取得圓滿成功。爆破前后見圖3。

圖3　煙囪爆破前后

6　結(jié)　論

采用定向控制爆破技術(shù)，通過精細(xì)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格施工，成功拆除了廣州市番禺區(qū)某電力有限公司的104m煙囪。在整個施工過程中，煙囪向設(shè)計(jì)方向緩緩傾倒，爆破飛石、煙囪觸地引起的飛濺物等均控制在安全范圍內(nèi)，周圍建筑物未受到損壞，爆破取得了圓滿成功。

[1]王希之,謝興博，譚雪剛,等.210m高煙囪爆破拆除技術(shù) [J].工程爆破，2011，17(2)：53-55.

[2]檀純錦,黃躍,汪浩.電廠發(fā)電機(jī)組廠房及高150m煙囪定向爆破拆除 [J].工程爆破，2011，17(4)：53-57.

[3]謝先啟.精細(xì)爆破[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[4]徐冬春，蔣躍飛，張正忠，等.復(fù)雜環(huán)境下高位切口爆破拆除鋼筋混凝土煙囪[J].工程爆破，2013，19(4)：34-37.

[5]韓芳,鐘冬望,陳德志,等.210m高煙囪爆破拆除觸地振動控制措施研究[J].工程爆破，2013，19(4)：30-33.

2016-03-24

蔡澤軍(1984—)，男，工程師，526020 廣東省肇慶市梅庵路9號。