陳飛權(quán) 汪 澤 劉 桐

（浙江省高能爆破工程有限公司 杭州 310030）

1 工程概況

1.1 爆區(qū)環(huán)境

某熱電廠內(nèi)一座使用中的煙囪需要盡快拆除重建，周邊環(huán)境極其復(fù)雜：

煙囪東側(cè)38.2m處為液堿、氮?dú)?、天然氣管線橋架，45m處為燒堿冷卻車間，冷卻車間內(nèi)設(shè)有灰塵濃度報(bào)警器，爆破時(shí)若溶入冷卻水內(nèi)的灰塵達(dá)到臨界值，會(huì)造成車間自動(dòng)停止冷卻水循環(huán)而導(dǎo)致整個(gè)廠區(qū)停產(chǎn)；南側(cè)3.5m處為引風(fēng)機(jī)房；西側(cè)12.5m處為輸煤皮帶車間；北側(cè)12.5m處為廢棄污水池，35m處為地下排水管道及氧氣管道，38m處為鍋爐渣場(chǎng)，62m處為廠區(qū)道路，75m處為液堿、氮?dú)?、天然氣管線橋架，見圖1。

圖1 周邊環(huán)境

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)

煙囪高80m，屬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)C30，內(nèi)外雙層布筋，鋼筋尺寸φ（6～25）mm不等；煙囪北側(cè)底部+0.3m處設(shè)有一斷面為高2.1m，寬1.5m矩形出入口；東西方向+5.75m處有一斷面為高2.45m，寬1.8m的矩形對(duì)稱煙道口，筒壁參數(shù)見表1。

表1 煙囪筒壁參數(shù)

2 爆破方案

2.1 工程特點(diǎn)

煙囪自身高80m，東北方向能提供的最大倒塌距離為71m，其倒塌范圍角度僅為10°，可供倒塌空間狹小，對(duì)于倒塌方向的準(zhǔn)確度提出了極高的要求。同時(shí)考慮到周邊環(huán)境復(fù)雜、煙囪自重較大，必須嚴(yán)格控制振動(dòng)、飛石、揚(yáng)塵等危害效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響。

2.2 總體方案

一般而言，煙囪定向爆破拆除所需的水平安全距離不小于倒塌高度達(dá)到1.0~1.2倍[1]，然而倒塌空間能夠提供的安全距離僅為71m。在倒塌空間不足的情況下可以采用原地倒塌、折疊倒塌與高位切口定向倒塌三種方案：原地倒塌是指煙囪利用自重在塌落沖擊地面時(shí)不斷解體，但待拆除鋼筋混凝土煙囪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好，無(wú)法適用；折疊倒塌需要除了底部切口外，在中部再形成一個(gè)或幾個(gè)切口，進(jìn)而分段起爆使其同向或不同向折疊倒塌，但該方法影響因素多，技術(shù)可控性不強(qiáng)。

因此最終采用高位切口定向倒塌方案：倒塌方向確定為北偏東13°，將爆破切口設(shè)置在+15m處，以此將所需的安全倒塌距離控制在65～71m之間，對(duì)剩余部分在爆后采用機(jī)械拆除。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 爆破切口

煙囪的定向爆破拆除中，決定其倒塌方向的關(guān)鍵就是切口，而切口成功與否的關(guān)鍵因素是應(yīng)力集中點(diǎn)，即所留支撐部的脆弱面，只有應(yīng)力集中點(diǎn)以設(shè)計(jì)倒塌中心線呈軸對(duì)稱，進(jìn)而使脆弱面的斷裂帶水平，才能夠使煙囪倒塌精準(zhǔn)度得到保障。常用的正梯形、倒梯形、矩形、人字形等切口形狀中，正梯形應(yīng)用面最廣，保留的支撐部后坐效應(yīng)小，同時(shí)可以利用兩個(gè)底角（即切口形成后的應(yīng)力集中點(diǎn)）來(lái)控制脆弱面斷裂帶的形成保持水平對(duì)稱。最終確定采用正梯形切口，中間設(shè)置導(dǎo)向窗，兩側(cè)設(shè)置定向窗。

結(jié)合以往煙囪爆破拆除經(jīng)驗(yàn)，正梯形爆破切口圓心角取α=225°，則切口弧長(zhǎng)L=（225°/360°）πD=14.1m；切口高度由經(jīng)驗(yàn)公式H=（5～10）δ，取H=1.75m。

圖2 爆破缺口斷面

圖3 爆破缺口展開

3.2 預(yù)處理

①爆破切口形成后，為了避免同水平剩余的筒壁對(duì)切口上方筒體產(chǎn)生的牽拉作用影響其傾倒過程及精準(zhǔn)度，對(duì)該部分進(jìn)行弱化處理：即在煙囪倒塌中心線背部采用風(fēng)鎬剔露出2m長(zhǎng)范圍的橫豎向外層主筋，并在爆破前將豎向鋼筋切斷。②導(dǎo)向窗及定向窗在試爆時(shí)初步形成，人工進(jìn)行二次修規(guī)。③內(nèi)襯和耐火磚采用爆破方法處理，即沿爆破切口范圍下底線每隔60cm穿鑿炮孔至筒壁和耐火磚之間，裝藥200g，與煙囪試爆時(shí)同時(shí)起爆。

3.3 爆破參數(shù)

最小抵抗線：w=（1/3）δ=1/3×35=11.7cm；

孔距：a=（1.0～1.5）δ=1×35=35cm；

排距：b=（0.8～1.2）a=1×35=35cm；

孔深：L=（0.6～0.8）δ=0.68×35=24cm；

單孔裝藥量：q=K×a×b×δ=2300×0.35×0.35×0.35=98.6g，取q=100g。

共設(shè)置6排炮孔，總孔數(shù)為156個(gè)，總起爆藥量為15.6kg。

3.4 爆破網(wǎng)路

為減少爆破振動(dòng)對(duì)周邊設(shè)施的影響，煙囪分2段對(duì)稱起爆，孔內(nèi)使用Ms2和Ms3段導(dǎo)爆管雷管對(duì)稱布置在導(dǎo)向窗中心線兩側(cè)，最后用四通連接成閉合復(fù)式網(wǎng)路引至起爆站。

4 安全與防護(hù)

4.1 爆破振動(dòng)校核

本次爆破最近主要保護(hù)對(duì)象是東側(cè)38.2m處的管線橋架，根據(jù)拆除爆破震動(dòng)計(jì)算公式[2]：式中：Q-最大單響藥量，7.8kg；R-爆破中心至保護(hù)目標(biāo)的距離，38.2m；k-地質(zhì)條件系數(shù)，取200；k′-折減系數(shù)，取0.5；v-地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；ɑ-衰減系數(shù)，取1.7；得v=0.65cm/s。

4.2 倒塌觸地振動(dòng)校核

煙囪塌落振動(dòng)引起的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，按照下式計(jì)算[3]：

式中：V-塌落引起的地面振動(dòng)速度；M-下落結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量，1450t；g-重力加速度，9.8m/s2；H-結(jié)構(gòu)物中心所在位置高度，40m；R-保護(hù)物至塌落中心的距離，38.2m；σ-地面介質(zhì)破壞強(qiáng)度，20MPa；衰減系數(shù)取K=3.37，β=-1.66；得V=2.32cm/s。

根據(jù)我國(guó)爆破安全規(guī)程，38.2m處管線橋架安全允許振速為3.5cm/s，可確保安全。

4.3 飛石防護(hù)措施

高位切口所帶來(lái)的飛石危害效應(yīng)較一般情況輻射面更廣，因此采取措施如下：

①嚴(yán)格檢查并驗(yàn)收炮孔的填塞長(zhǎng)度和質(zhì)量；②嚴(yán)禁超量裝藥；③在煙囪爆破切口位置交錯(cuò)覆蓋兩層草簾、毛竹片、密目網(wǎng)，每一層防護(hù)均用數(shù)道鐵絲沿?zé)焽枰恢軘Q牢；④對(duì)周圍距離過近的被保護(hù)對(duì)象利用木板和密目網(wǎng)進(jìn)行近體被動(dòng)防護(hù)。

4.4 減振預(yù)防措施

對(duì)于煙囪等高聳建筑物爆破拆除工程，爆破本身產(chǎn)生的振動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其倒塌觸地引起的地震動(dòng)[4]。

因此，在煙囪的倒塌方向上設(shè)置了5道緩沖堤和1道防沖堤，分別位于距離煙囪12.9m、24m、37m、48m、57m、65m處，緩沖堤用沙袋壘墊高2.6m寬2.5m。通過沙土來(lái)吸收沖擊能，可有效降低塌落振動(dòng)危害效應(yīng)以及煙囪倒塌后對(duì)水泥地面的沖擊破。

4.5 除塵措施

煙囪本體在日常工作中會(huì)殘留較多粉塵，爆破解體過程難以避免產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，為了確保東側(cè)冷卻車間能夠正常運(yùn)行，首先在爆破前對(duì)切口部分及筒體內(nèi)部進(jìn)行灑水，其次在煙囪倒塌解體穩(wěn)定后，利用若干高壓水槍向揚(yáng)塵點(diǎn)噴水降塵。

另外，為防止粉塵對(duì)循環(huán)冷卻系統(tǒng)造成影響，單獨(dú)對(duì)循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用密目網(wǎng)進(jìn)行了近體全覆蓋防護(hù)，以此作為粉塵的被動(dòng)硬隔離措施。

5 爆破效果與分析

煙囪在切口起爆后按設(shè)計(jì)方向倒塌，傾倒方向向北偏離了1°，未對(duì)周邊環(huán)境造成安全影響。倒塌過程中下坐較多，爆堆長(zhǎng)度為62m，根部部緊挨保留煙囪。塌落筒體前部38m破碎較好，后部24m結(jié)構(gòu)較完整。余下15m未爆破煙囪被上部煙囪下座后斷面不規(guī)整，遺留下高度約為14m，整體達(dá)到預(yù)期效果，體會(huì)如下：

（1）熱電廠復(fù)雜空間下鋼筋混凝土煙囪設(shè)置高位爆破切口，要適度把握爆破切口角度，角度過大易造成煙囪下坐嚴(yán)重，方向不易控制。

（2）對(duì)于設(shè)置高位切口的煙囪爆破工程，人工拆除耐火磚和內(nèi)襯較困難，危險(xiǎn)系數(shù)大，可采用小藥量爆破的方法進(jìn)行拆除。

（3）對(duì)稱于倒塌中心線切斷鋼筋混凝土煙囪保留支撐部的主筋，可有效解除其部分抗拉強(qiáng)度，降低對(duì)上部筒體傾倒過程的牽拉作用，能提高煙囪定向的準(zhǔn)確性。