王 凱，張智宇，黃永輝

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學(xué)爆破新技術(shù)應(yīng)用研究所，云南 昆明 650093；3.昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在城市擴(kuò)建和企業(yè)升級(jí)改造中不可避免會(huì)遇到高聳建筑物的拆除，如煙囪、水塔等。這種高聳建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是高度遠(yuǎn)大于直徑，當(dāng)這些建筑物位于人口集中的城市或企業(yè)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，采用機(jī)械方法拆除，容易存在安全隱患。采用爆破方法拆除，在建筑物底部進(jìn)行鉆孔爆破，可以使建筑物失穩(wěn)倒塌，不僅效率高且可以保證施工安全，在工程實(shí)踐中得到了大量應(yīng)用。

1 工程概況

為防止瑞麗市粵麗輪機(jī)磚廠(chǎng)內(nèi)的45 m廢棄傾斜磚煙囪因長(zhǎng)期風(fēng)化導(dǎo)致垮塌事故發(fā)生，瑞麗市安監(jiān)局決定對(duì)這座廢棄煙囪進(jìn)行爆破拆除，以消除安全隱患。擬拆除的磚煙囪位于云南省德宏州瑞麗市粵麗輪機(jī)磚廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，煙囪為磚混結(jié)構(gòu)，下部為已廢棄磚窯，自磚窯以上標(biāo)高45 m，底部周長(zhǎng)11.6 m，壁厚63 cm，通過(guò)觀察和測(cè)量得出煙囪頂部約10 m部分向西北方向傾斜0.5°(圖1)。待拆除煙囪東側(cè)41 m為廠(chǎng)區(qū)內(nèi)職工住房，東偏北方向43 m處有一廠(chǎng)棚，東北方70 m為碎料場(chǎng)，西南方40 m有變壓器，南側(cè)20 m為池塘，煙囪周?chē)h(huán)境詳見(jiàn)圖2。

圖1 煙囪傾斜情況

圖2 待拆煙囪周?chē)h(huán)境示意圖

2 爆破方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘了解的煙囪高度、結(jié)構(gòu)尺寸資料及周?chē)h(huán)境情況和業(yè)主方對(duì)爆破施工的安全要求等，確定采用定向控制爆破技術(shù)予以拆除煙囪，即在底部通過(guò)相應(yīng)的爆破技術(shù)形成一個(gè)切口，使煙囪失穩(wěn)傾斜，當(dāng)切口閉合時(shí)，煙囪重心投影偏出支撐面，從而完成在重力作用下的定向加速傾倒。力求通過(guò)精心設(shè)計(jì)和采取有效的防護(hù)措施將爆破振動(dòng)、塌落振動(dòng)、爆破飛散物等爆破有害效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。

2.1 倒塌方向及爆破切口確定

本次爆破拆除煙囪采用單切口定向倒塌方式。根據(jù)業(yè)主要求必須保留底部磚窯及周?chē)ㄖ锏耐旰茫手荒芡u窯原有坍塌缺口及東邊廠(chǎng)區(qū)住房和廠(chǎng)棚之間進(jìn)行倒塌，最終煙囪頂部落地位置左右偏差不能超0.5 m，倒塌方向如圖2所示。參考類(lèi)似工程選定本次爆破方案的切口形式為梯形爆破切口[1-2]。

煙囪切口圓心角直接決定切口展開(kāi)長(zhǎng)度，而切口長(zhǎng)度決定了傾覆力矩的大小，切口偏長(zhǎng)，傾覆力矩偏大，爆破切口形成瞬間形成鉸支的保留壁面易在煙囪上部重量作用下破壞而產(chǎn)生后座，不利于煙囪的平穩(wěn)倒塌，甚至可能導(dǎo)致煙囪傾倒發(fā)生偏斜。參考類(lèi)似工程取爆破切口圓心角為200°[3-4]，如圖3所示。同時(shí)因煙囪本身存在傾斜，且風(fēng)化嚴(yán)重，所以需要開(kāi)設(shè)定位窗來(lái)保證傾倒方向，如圖4所示。

圖3 煙囪余留截面及爆破切口

圖4 定位窗

2.2 爆破切口的幾何參數(shù)

因設(shè)計(jì)倒塌方向與煙囪頂部?jī)A斜方向夾角約為120°，且周?chē)h(huán)境較復(fù)雜，故不能忽略煙囪因傾斜而引起的倒向偏差，必須采取有效措施對(duì)煙囪的傾斜偏差加以控制,糾偏角公式見(jiàn)式(1)[5-8]。

α=arcsin(Mesinθ/M1)

(1)

式中：α為糾偏角；Me為煙囪傾斜產(chǎn)生的偏心矩，N·m；M1為爆破切口產(chǎn)生的力矩；θ為傾斜方向與設(shè)計(jì)倒塌方向夾角。

代入數(shù)值求得糾偏角為14°，即設(shè)計(jì)切口方向應(yīng)向東南方向偏轉(zhuǎn)14°。

煙囪高度為45 m，考慮到傾倒方向有建筑物，且業(yè)主要求煙囪倒塌不能對(duì)廠(chǎng)棚和住房造成破壞，倒塌距離必須控制在43 m以?xún)?nèi)，所以設(shè)計(jì)切口底部高出鉆孔作業(yè)平臺(tái)(即磚窯頂部)1.0 m。爆破切口高度H應(yīng)使煙囪傾倒至爆破切口閉合時(shí)，重心位置偏移到切口標(biāo)高處筒壁范圍以外，且應(yīng)防止切口的上下沿閉合相撞時(shí)使傾倒方向發(fā)生偏離,采用如下經(jīng)驗(yàn)公式確定：H=(1.5～3)δ=(1.5～3)×0.65=(1.0～2.0)m。

實(shí)際爆破切口高度取1.2 m，爆破切口定位窗的開(kāi)口角度取39°。

煙囪切口底部的筒體周長(zhǎng)為11.6 m，在爆破切口形成瞬間至煙囪傾倒到地面的這個(gè)過(guò)程中,煙囪容易產(chǎn)生后座,從而影響傾倒方向。為了使煙囪傾倒時(shí)有較大的加速度,以縮短傾倒空中停留時(shí)間,設(shè)計(jì)采用了較大的爆破切口長(zhǎng)度，切口圓心角為200°，爆破切口的底端開(kāi)口長(zhǎng)度L=(200°/360°)πD≈6.4 m。

實(shí)際爆破切口底端的開(kāi)口長(zhǎng)度取6.4 m，上端開(kāi)口長(zhǎng)度取3.5 m。

2.3 爆破參數(shù)確定

炮孔直徑d：采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，炮孔直徑取40 mm。

最小抵抗線(xiàn)W：取切口處煙囪壁厚的一半，即W=δ/2=0.32 m。

孔深L：L=(0.65～0.7)δ，取L=0.45 m。

孔間距a：a=(0.8～0.95)L，取a=0.4 m。

孔排距b：b=0.4 m。

藥量：?jiǎn)慰姿幜縌1=qabδ，式中q為單位炸藥耗藥量，g/cm3，據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)[9-11]，取1.0 kg/m3，計(jì)算得到Q1=102.6 g，取100 g，為了確保爆破效果，最下一排炮孔藥量增至150 g。炮孔總數(shù)N=40個(gè)?？偹幜縌總=N·Q1=4 500 g。

爆破切口的炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)值見(jiàn)表1。

表1 煙囪炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)值

2.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

本次爆破起爆網(wǎng)路采用導(dǎo)爆管雷管簇聯(lián)網(wǎng)路，所有炮孔一次起爆，孔內(nèi)雷管均為MS1導(dǎo)爆管雷管，孔外接力也均采用MS1導(dǎo)爆管雷管，用電雷管起爆激發(fā)塑料導(dǎo)爆管雷管。起爆網(wǎng)路如圖5所示。

圖5 起爆網(wǎng)路示意圖

3 振動(dòng)校核與安全措施

3.1 振動(dòng)校核

根據(jù)蘇聯(lián)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式(式(2))校核爆破振動(dòng)[12-13]。

V=K′K(Q1/3/R)α

(2)

式中：R為爆源中心到被保護(hù)建筑物距離，m；Q為最大單響藥量，4.5 kg；K′為爆破拆除修正系數(shù)，取K′=0.2；K、α分別為與爆破點(diǎn)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，分別取150、1.5。

計(jì)算距離煙囪爆破切口不同距離處的爆破振動(dòng)速度，見(jiàn)表2。

表2 爆破振動(dòng)速度

煙囪倒塌沖擊地面產(chǎn)生的落地振動(dòng)速度可根據(jù)量綱分析方法確定，見(jiàn)式(3)[13]。

Vt=Kt[(M·g·H/σ)1/3/R]β

(3)

式中：Vt為塌落振動(dòng)速度，cm/s；Kt為衰減系數(shù)，Kt取3.37；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，MPa，一般取σ=10 MPa；β為衰減指數(shù)，β取1.66；R為測(cè)點(diǎn)至撞擊中心的距離，m；M為下落煙囪的質(zhì)量，t；H為煙囪重心高度，m。

待爆破煙囪M=450 t、H=17 m，根據(jù)式(3)計(jì)算距落地重心不同距離上的振動(dòng)速度Vt見(jiàn)表3。

表3 塌落振動(dòng)速度

需保護(hù)的廠(chǎng)棚或其他建筑設(shè)施均距離預(yù)計(jì)的煙囪塌落重心25 m以外，塌落振動(dòng)速度v≤1.4 cm/s，距煙囪30 m以外的爆破振動(dòng)速度v≤0.38 cm/s，按照GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，周邊需保護(hù)建筑最大允許振動(dòng)速度為1.5～2.0 cm/s，因此塌落振動(dòng)和爆破振動(dòng)均不會(huì)對(duì)附近建筑產(chǎn)生不良影響。

3.2 安全防護(hù)措施

預(yù)防爆破空氣沖擊波和爆破噪音的措施：①保證填塞長(zhǎng)度，提高填塞質(zhì)量；②在爆炸氣體易于逸散的部位和方向上實(shí)施覆蓋或遮擋；③對(duì)暴露在外的雷管，用松散的土壤進(jìn)行掩埋。

預(yù)防爆破飛散物的措施：①加強(qiáng)填塞質(zhì)量，嚴(yán)格控制單耗藥量；②在爆破部位懸掛2層鐵絲網(wǎng)作為防護(hù)材料。

煙囪落地撞擊地面時(shí)會(huì)產(chǎn)生比爆破地震波大得多的振動(dòng)危害效應(yīng)，并濺起大量飛散物。為防止或避免出現(xiàn)煙囪爆破落地飛散物飛濺傷人傷物的事故，采取了以下技術(shù)措施確保安全：①為了控制煙囪倒塌距離，設(shè)計(jì)開(kāi)口位置為磚窯頂部以上1 m；②爆前在煙囪倒塌方向鋪墊一層沙土，并用編織袋裝沙土壘筑數(shù)道一定寬度和高度的緩沖堤，為防止煙囪頂部倒塌后前沖破壞廠(chǎng)棚，在預(yù)計(jì)頂部倒塌處往外一點(diǎn)用廢棄輪胎壘筑一道更高的防護(hù)緩沖堤；③爆破的安全半徑以及人員參觀點(diǎn)、起爆站和警戒人員所處的位置，均設(shè)在300 m安全距離以外。

4 爆破效果與分析

起爆后煙囪緩慢傾倒，飛散物飛濺距離均在設(shè)計(jì)安全范圍內(nèi)。煙囪傾倒方向與設(shè)計(jì)倒向完全吻合，對(duì)近在咫尺的住房及廠(chǎng)棚沒(méi)有造成任何影響，如圖6所示。

此次爆破拆除傾斜磚煙囪的成功得益于采取的如下一些措施：①為了控制煙囪倒塌距離，將切口開(kāi)在磚窯頂部上方1 m位置以上；②為了糾正傾斜煙囪倒塌方向，計(jì)算出施工開(kāi)口角度與設(shè)計(jì)倒塌方向夾角(即糾偏角)為14°，從而確保煙囪實(shí)際倒塌方向不受自身上部10 m傾斜影響，與設(shè)計(jì)倒塌方向一致。

圖6 爆后效果圖