何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學 能源與安全工程學院， 湖南 湘潭市 41120)

2座45 m磚煙囪的爆破拆除

何 松，林大能，喻 智，于明亮

(湖南科技大學 能源與安全工程學院， 湖南 湘潭市 41120)

在復雜環(huán)境條件下，成功爆破拆除了兩座45 m高的磚煙囪。詳細介紹了爆破缺口的圓心角、弧長、爆破參數(shù)以及安全措施設計，并對煙囪傾倒過程的時間進行了計算，為磚結構煙囪爆破拆除提供了借鑒。

爆破缺口；磚煙囪；定向爆破

0 前 言

隨著經濟的快速發(fā)展，環(huán)境建設顯得越來越重要，湖南省湘潭市某集團有限公司積極響應國家建立“環(huán)?！?、“文明”現(xiàn)代化城市的號召[1]，將兩座45 m磚結構煙囪進行拆除，為了實現(xiàn)“安全”、“高效”、“快速”、“經濟”的拆除，決定采用爆破定向拆除。

兩座煙囪由磚和砂漿砌成，高45 m，1號煙囪底部直徑為12.8 m，壁厚50 cm，東側缺口外邊緣為煙道口，事先砌筑好。2號煙囪底部直徑為14.5 m，南側缺口邊緣為煙道口，正好在缺口范圍內，北側為出灰口，在缺口范圍內。離地面3 m左右有一道圈梁，缺口布置在圈梁以下，不用對圈梁進行處理，兩側開設定向窗。外壁厚度70 cm，內襯為75#紅磚和25#石灰水泥混合砂漿砌筑,內襯紅磚厚24 cm。外壁和內襯之間有10 cm左右縫隙，縫隙中有大量保溫隔熱的充填料，煙囪頂部約3 m處已發(fā)生形變。

拆除1號煙囪東南方向為廠房，最近距離5 m，正北方向為廠區(qū)鐵路，相距約8 m，西南方向約40 m處為2號煙囪以及相距50 m處為廠房，煙道位于正東方向。2號煙囪正南方向為煙道，正西方向30 m處為廠房，東南方向45 m和53 m處分別為廠房，東北方向40 m處為1號煙囪，正北方向為廠區(qū)鐵路?？傊?，環(huán)境較為復雜。

1 爆破難點

(1) 煙囪所在的廠區(qū)位于人口稠密的市區(qū)，對噪聲、空氣沖擊波、爆破振動和煙囪落地撞擊振動的控制要求等級高，必須嚴格控制爆破的破碎程度和破壞范圍。

(2) 煙囪四周需要保護的對象多、距離近。廠房內都是重要的機器設備，距離最近的廠房只有5 m，廠區(qū)鐵路距離1號煙囪8 m，要求嚴格控制爆破飛散物的拋擲距離和塌落堆積的范圍。

(3) 2號煙囪的煙道口位于預留支撐部分中間位置，必須充分考慮封堵煙道口的新砌體對煙囪倒塌方向的影響，嚴格控制煙囪的倒塌方向。

因此，該拆除爆破工程周圍環(huán)境復雜，技術含量高，安全要求高，爆破施工工期緊，對組織協(xié)調要求高。

2 爆破方案設計

煙囪定向拆除最為關鍵的是在煙囪倒塌過程中缺口閉合時重心偏移的位移應大于缺口處煙囪的外半徑[2]。

2.1 缺口設計

(1) 缺口的最小圓心角。當爆破缺口形成后，預留支撐體立即發(fā)生形變，由原來的全部受壓變成部分受壓和部分受拉。在重力和受壓區(qū)的反力形成的傾覆力矩作用下，受拉區(qū)逐漸被拉裂，受壓區(qū)的面積減小，則壓應力δ迅速增加，進一步達到極限抗壓強度[δ]。因此，預留支撐體抗壓強度越大，缺口角度就越小。根據本次拆除煙囪的結構和材料特征，通過相關理論計算α大于149°，如果利用機械設備開缺口，這樣就有可能“爆而不倒”，實際工程中最小角度大于180°。

(2) 缺口的最大圓心角。缺口角度過大，預留支撐體相對于煙囪整體就是一個薄壁體，在傾倒的過程中可能出現(xiàn)“前沖”、“后坐”、“旋轉”等現(xiàn)象。

經過相關理論計算處理[3]，α小于245°，實際工程中最大取240°。

實際工程中，1號煙囪的圓心角為225°，2號煙囪的圓心角為219°。

(3) 缺口形狀。缺口形狀設計是煙囪等高聳構筑物爆破拆除的核心技術，缺口形狀的選擇是否科學，是決定拆除是否成功的關鍵。缺口形狀是煙囪失穩(wěn)傾倒的關鍵因素，我國目前在水塔、煙囪的爆破拆除工程中常用的缺口形狀有：長方形、矩形、梯形、倒梯形、斜形、反斜形、反人字形等形狀。魏德[4]認為缺口的形狀應該根據現(xiàn)場情況綜合考慮，根據工程實踐經驗得出結論：對于長方形或倒梯形缺口，煙囪倒塌時前沖的距離較大；對于梯形缺口和組合形缺口，煙囪倒塌時后坐的距離較大，根據現(xiàn)場實際情況和煙囪的結構特征，兩座煙囪均采用長方形缺口。

(4) 缺口的弧長和高度。根據類似工程經驗，缺口長度L:(1/2)πD≤L≤(2/3)πD，H=(1/6～1/4)D。1號煙囪缺口直徑12.8 m，設計缺口弧長8 m，缺口高度2.0 m，2號煙囪缺口直徑14.5 m，設計缺口弧長8.8 m，缺口高度2.0 m，兩煙囪的缺口均位于煙囪的底部。

2.2 煙囪傾倒時間的計算[5]

在倒塌過程中，各個時間點的傾倒角加速度ε和角速度ω是不同的。將傾倒角度分成若干個小區(qū)段，求出每個區(qū)段的時間▽t，然后利用t=∑▽t求出整個傾倒過程的時間。通過理論計算得出：

ε=0.04sinφ，ω=0.08(1-cosφ)

(1)

把dω/ε=dt等式兩邊積分，得：

(2)

通過式(2)進行相關數(shù)據的計算處理，其結果見表1。

表1 煙囪傾倒角度與時間

2.3 預處理

(1) 后側煙道口的砌筑，由于1號煙囪的煙道口位于預留支撐體的范圍內。為了確保預留支撐部分具備相應穩(wěn)定的支撐強度，提前用磚和砂漿對煙道口進行砌筑，以預防煙囪倒塌過程中產生后座或者旋轉。內襯開切槽處理，兩個切槽分別位于定向窗缺口位置，倒塌中心線處開小窗口，裝藥時分別從缺口和小窗口向剩余內襯位置布置1支藥卷，共4支藥卷。

(2) 2號煙囪煙道口和出灰口沿煙囪傾倒方向基本對稱，對出灰口進行一定的處理，使預留支撐體的兩邊緣沿煙囪的傾倒方向對稱。

(3) 鋼制爬梯和避雷針的切割[6]，借鑒相關工程經驗，用氧氣切割爬梯和避雷針。同時，切割所有與煙囪相關的設備，盡量降低相關設備裝置對煙囪整體性的影響。

2.4 爆破參數(shù)設計

(1) 兩座煙囪的炮孔直徑為40 cm，孔距為40 cm，排距為40 cm。1號煙囪孔深為33 cm，最下排單孔裝藥量為180 g，第二排單孔裝藥為150 g，第三排單孔裝藥量為120 g，其余炮孔的單孔裝藥量為100 g。2號煙囪孔深為54 cm，最下面兩排炮孔的單孔裝藥量為200 g，其余炮孔的單孔裝藥量均為150 g，炮孔布置在煙囪爆破部分范圍內，沿傾倒方向中心線兩側均勻對稱布置。

(2) 在試爆的基礎上，用體積法計算出1號煙囪的炸藥單耗q為1.35 kg/m3，2號煙囪的炸藥單耗q為0.75 kg/m3，將煙囪的數(shù)據進行一定處理后，計算得到的爆破參數(shù)見表2。

表2 煙囪爆破參數(shù)

2.5 起爆網路設計

由于煙囪周圍環(huán)境復雜，1號煙囪炮孔內全采用單發(fā)Ms1段導爆管雷管起爆，把導爆管抓成3把，每把分別用2發(fā)Ms1導爆管內管過橋，6發(fā)過橋雷管上綁扎2發(fā)串聯(lián)電雷管。2號煙囪孔內為Ms1導爆管雷管，抓成3把，每把用2發(fā)Ms1導爆管雷管過橋，然后用3發(fā)HS10導爆管雷管綁扎到6發(fā)過橋雷管導爆管上，再在3發(fā)HS10導爆管雷管上綁扎2發(fā)串聯(lián)電雷管，然后與第一個煙囪的電雷管用雙股起爆線串聯(lián)，再聯(lián)入主線。

2.6 安全措施設計

拆除爆破中由于小孔單孔藥量小、炮孔多、裝藥分散的特點，爆破產生的沖擊波，爆破振動及噪音3種效應基本不會對周圍的基礎設施產生影響。安全防護的重點在于煙囪倒塌落地撞擊產生的地震波、飛濺物和爆破飛石。

(1) 觸地震動效應。觸地產生的沖擊振動效應按中國科學院周家漢提出的觸地振動計算公式[7]，計算得出煙囪倒塌觸地振速V=0.95 cm/s，根據國家爆破安全規(guī)程塌落振動的要求標準，符合一般民用建筑物、工業(yè)和商業(yè)建筑物的上限允許振動速度標準。落地振速基本上不會對周圍的建筑物及重要設備設施產生不利影響。

(2) 爆破飛石。在無防護的情況下，根據類似爆破工程提供的經驗公式計算得Lf=82 m。根據計算結果，本次爆破采取主動防護措施，用大量樹枝打成捆，將打成捆的樹枝用12#鐵絲固定在爆破部位，用尼龍布覆蓋在樹枝上，然后用鋼絲網外罩扎緊。

(3) 飛濺物的防護。煙囪倒塌觸地的動能非常大，有利于解體的同時也容易產生飛濺物，為了預防飛濺物，在煙囪傾倒方向一定長度和寬度范圍內清理干凈容易產生飛濺的物體。

3 爆破效果及經驗

(1) 起爆后，煙囪按預期設定的時間、方向順利倒塌，無后坐現(xiàn)象,飛濺物和爆破飛石都控制在標準允許的范圍內，倒塌后煙囪解體充分，本次拆除成功完成。

(2) 在復雜環(huán)境下，兩座煙囪在實施拆除的過程中，落地震動沒有對周圍的建筑物及重要的設備設施產生不良影響，完全按照設定方向傾倒，各種不利因素都控制在規(guī)程標準允許的范圍內。

(3) 1號煙囪由于煙道新砌磚強度等影響，向煙道側偏離了約5°，但未影響周圍建筑物安全。今后遇到煙道在缺口邊緣的情況，建議根據倒塌側場地情況，考慮煙道口對倒塌方向的影響。如缺口邊緣與新砌筑煙道封堵墻很近時，新砌筑的煙道封堵墻寬度的一半或1/3，應該視同為切口長度來確定倒塌方向。

[1]王希之,吳建源，柴金泉，等.3座180 m高的鋼筋混凝土煙囪爆破拆除[J].爆破，2012，29(4)：76-79.

[2]李守巨，劉玉晶.爆破拆除磚煙囪爆破切口范圍的計算[J].工程爆破，1999，5(2):1-4.

[3]宋常燕，等.非常規(guī)和常規(guī)切口角爆破拆除磚煙囪的實驗分析[M]//鄭炳旭.中國爆破新技術Ⅲ.北京：冶金工業(yè)出版社，2012:652-658.

[4]魏 德，李玉岐.切口形狀對煙囪拆除爆破倒塌過程的影響分析[J].爆破，2008，25(4)：92-95.

[5]沈朝虎，杜云鶴.鋼筋混凝土煙囪折疊爆破時間間隔確定[A]//鄭炳旭.中國爆破新技術Ⅲ.北京：冶金工業(yè)出版社，2012:666-669.

[6]李玉岐，謝 康，焦永斌，等.磚煙囪爆破切形狀對切角和切口高度的影響分析[J].爆破，2004，21(1):47-50.

[7]王希之，謝興博，譚雪剛，等.210 m高煙囪爆破拆除技術[J].工程爆破，2011，17(2)：53-55.(收稿日期：2016-10-13)

何 松(1992-)，男，四川巴中人，碩士研究生，主要從事爆破爆破理論及技術方面的研究，Email：1757698509@qq.com。