任 江，汪高龍，王 瀟

(連云港明達(dá)工程爆破有限公司，連云港 222021)

依據(jù)國(guó)家關(guān)于火力發(fā)電“上大壓小，加快關(guān)停小火電機(jī)組”文件要求，對(duì)于投產(chǎn)20年以上或裝機(jī)容量小的電廠需要進(jìn)行改造或者關(guān)停，因此相關(guān)機(jī)組的建(構(gòu))筑物需要拆除，特別是一些高大鋼筋混凝土煙囪需要集中爆破拆除。雖然這些煙囪所處的環(huán)境條件不一樣，但是還是有許多共同點(diǎn)：(1)拆除煙囪高度很高，爆破塌落產(chǎn)生的振動(dòng)和飛濺物對(duì)周圍建(構(gòu))筑物危害較大，因此需要做好防振動(dòng)和飛濺物的防護(hù)措施。(2)爆破施工中還要確保四周其他機(jī)組正常安全的運(yùn)行。(3)對(duì)于煙囪倒塌方向要準(zhǔn)確控制，

確保煙囪按照預(yù)定的位置傾倒。(4)爆破拆除施工工期短，時(shí)間緊，任務(wù)重[1]。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

本工程位于江蘇射陽(yáng)港發(fā)電有限責(zé)任公司內(nèi)，待拆工程為電廠原一、二期發(fā)電機(jī)組，東側(cè)為廠區(qū)的在用辦公區(qū)，西側(cè)為正在運(yùn)行的三期2×660 MW機(jī)組及其附屬設(shè)施。南北兩側(cè)均有廠區(qū)內(nèi)部道路，周邊道路敷設(shè)有電纜溝、蒸汽管溝等各類地上、地下管線。爆破環(huán)境復(fù)雜(見(jiàn)圖1)。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

兩座煙囪底部中心距離103 m，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高150 m。

1#煙囪底部位外直徑17.64 m，壁厚為0.40 m，南向有一個(gè)出灰口(底標(biāo)高與地坪齊平，規(guī)格為1.8 m×2.4 m)。煙囪上部+6.55 m處有鋼筋混凝土灰斗板(厚0.35 m)，+6.9 m處設(shè)有東西方向?qū)ΨQ的兩個(gè)煙道口(煙道標(biāo)高為+6.9～+12.0 m，寬度5.4 m)，+6.9 m以上部位煙囪整體壁厚為0.74 m(其中鋼筋混凝土厚0.4 m、耐火磚厚0.24 m、隔熱層厚0.1 m)。

2#煙囪底部位外徑16.52 m，底部壁厚為0.40 m，底部南北向各有一個(gè)出灰口(底標(biāo)高與地坪齊平，規(guī)格均為2.85 m×2.4 m)。煙囪上部+9.8 m處有鋼筋混凝土灰斗板(厚0.16 m)，灰斗板為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，中間加四個(gè)500 mm×500 mm混凝土連體立柱支撐?；叶钒迳喜吭O(shè)有東西方向?qū)ΨQ的兩個(gè)煙道口(煙道標(biāo)高為+9.8～+18.75 m，寬度5.14 m)，+9.8 m部位以上煙囪整體壁厚為0.72 m(其中混凝土厚0.4 m、耐火磚厚0.24 m、隔熱層厚0.08 m)。

2 爆破拆除方案

2.1 爆破難點(diǎn)分析

(1)兩座鋼筋混凝土煙囪均高達(dá)150 m，塌落觸地沖擊振動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)烈，易產(chǎn)生觸地飛濺，尤其是2#煙囪靠近正在運(yùn)行的三期機(jī)組，三期機(jī)組的控制室對(duì)振動(dòng)要求較高。

(2)兩座煙囪下部均有煙道口、出灰口及內(nèi)部的灰斗板，很可能會(huì)影響煙囪的倒塌方向，必須有合理的處理措施。

2.2 爆破方案選擇

由于兩座煙囪東西兩側(cè)均有需保護(hù)的重要建構(gòu)筑物，特別是2#煙囪附近有運(yùn)行的三期機(jī)組，為確保機(jī)組的安全，2#倒塌中心盡可能往東偏移。初步擬定1#煙囪倒向?yàn)楸逼?°，2#煙囪倒向?yàn)楸逼珫|20°。經(jīng)計(jì)算此角度下兩煙囪在倒塌方向發(fā)生±5°偏差時(shí)，頂部不會(huì)發(fā)生碰撞重疊。

(1)采用低位爆破切口：煙囪上部煙道口較大，根據(jù)以往拆除經(jīng)驗(yàn)，煙囪倒塌方向極有可能改變。采取措施將煙道封堵后，再采用底部切口，考慮煙囪內(nèi)部的灰斗板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度大，結(jié)構(gòu)牢，整體性好，切口閉合時(shí)受灰斗板的保護(hù)，灰斗板以上筒體不易破碎，可能出現(xiàn)煙囪不倒或傾倒時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重偏移的事故。

(2)采用高位爆破切口：適當(dāng)提高爆破切口至灰斗板以上，避開(kāi)灰斗板對(duì)倒塌方向的影響。如果利用現(xiàn)有不封堵的煙道，因倒塌中心線有角度，煙道處于不對(duì)稱的情況，極易影響倒塌方向，并且2#煙囪開(kāi)口角度會(huì)超過(guò)240°，超過(guò)煙囪的設(shè)計(jì)安全要求,所以爆破前需對(duì)煙道進(jìn)行封堵[2-4]。

2.3 總體拆除方案

為確保施工安全，本次拆除對(duì)煙道進(jìn)行封堵，采用提高切口至灰斗板以上的定向爆破傾倒拆除方案。1#煙囪倒向?yàn)楸逼?°，2#煙囪倒向?yàn)楸逼珫|20°。待拆除兩座煙囪采用一次點(diǎn)火，煙囪間采用6段半秒雷管孔外延時(shí)的爆破方案，1#煙囪先于2#煙囪起爆。

2.4 預(yù)處理

(1)將煙囪上部的煙道兩側(cè)鑿毛露出原始鋼筋，沖洗干凈，按原設(shè)計(jì)配筋參數(shù)進(jìn)行植筋，搭設(shè)模板，采用同等級(jí)的混凝土澆筑封堵，并及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(2)當(dāng)澆筑封堵的煙道達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，用測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確地把傾倒方向標(biāo)在煙囪的圓形筒壁上，從中心線向兩側(cè)對(duì)稱均勻布置炮孔及導(dǎo)向窗、定向窗。

(3)定向窗、導(dǎo)向窗的周邊按照標(biāo)注線采用水鉆鉆孔機(jī)切邊，剝離露出鋼筋后用液壓機(jī)切割斷鋼筋，結(jié)合使用破碎錘施工到設(shè)計(jì)尺寸。

(4)切口范圍內(nèi)的煙道構(gòu)造鋼筋預(yù)先機(jī)械切斷，煙囪內(nèi)部耐火磚爆破區(qū)域上部橫向機(jī)械切割開(kāi)縫。

(5)切割移除+0～+20 m范圍內(nèi)的爬梯和避雷線。

2.5 爆破切口設(shè)計(jì)

(1)爆破切口

兩座煙囪均采用復(fù)式正梯形，底部梯形底角30°，上部梯形底角45°的開(kāi)口形式[5]。切口均在高于灰斗板0.5 m處以上水平鉆孔。

(2)切口長(zhǎng)度

爆破切口的長(zhǎng)度一般為煙囪周長(zhǎng)的1/2～2/3。待拆煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外徑較大，為確保爆破效果，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)[6,7]，本工程切口圓心角取218°。

1#煙囪切口底邊在+6.9 m灰斗板上部的0.5 m處。此處煙囪外徑16.812 m，周長(zhǎng)52.79 m，煙囪壁厚0.74 m。煙囪切口展開(kāi)長(zhǎng)度L=218/360×52.79=31.96 m，取32 m。

2#煙囪切口底邊在+9.8 m灰斗板上部0.5 m處。此處煙囪外徑14.952 m，周長(zhǎng)46.95 m，煙囪壁厚0.72 m。煙囪切口展開(kāi)長(zhǎng)度L=218/360×46.95=28.43 m，取28.4 m。

(3)切口高度H

爆破切口的高度確定主要與筒壁的材質(zhì)和厚度有關(guān)[8]，煙囪的拆除爆破要求爆破切口的筒壁瞬間要離開(kāi)原來(lái)的位置，使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：爆破部位的切口高度H=(3.0～5.0)δ(δ為煙囪爆破切口部位的壁厚)，計(jì)算得1#煙囪H1=(3.0～5.0)×0.74=(2.22～3.7)m，2#煙囪H2=(3.0～5.0)×0.72=(2.216～3.6)m。為確保爆破效果，兩座煙囪實(shí)際切口高度均取3.6 m。見(jiàn)圖2。

(4)切口形成保留面強(qiáng)度校核

由煙囪自重引起的壓應(yīng)力

σ壓=P×g/S

S=[(360-216)/360]×π×(R2-r2)

式中：σ壓為煙囪自重引起的壓應(yīng)力，MPa；P為切口底邊以上煙囪自重，kg；g為重力加速度，取9.8 N/kg；S為預(yù)留截面的面積，m2；R為爆破切口處外半徑，m；r為爆破切口處內(nèi)半徑，m。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件1#煙囪的混凝土標(biāo)號(hào)為C25，取σ0=16.7 MPa；2#煙囪的混凝土標(biāo)號(hào)為C35，取σ0=23.4 MPa。(σ0為混凝土抗壓強(qiáng)度。)

1#煙囪：P1=4500000 kg，R1=8.406 m，r1=8.006 m，計(jì)算得σ壓=5.42 MPa<16.7 MPa。

2#煙囪：P2=3500000 kg，R2=7.476 m，r2=7.076 m，計(jì)算得σ壓=4.76 MPa<23.4 MPa。

說(shuō)明爆破切口形成的余留截面面積能承受煙囪上部重量引起的壓應(yīng)力，所以煙囪在起爆后不會(huì)產(chǎn)生后座。

(5)傾倒可靠性的校核

爆破缺口閉合時(shí)，煙囪的重心必須偏移至煙囪筒體以外才能保證其傾倒可靠性[9]。

爆破缺口的閉合角β為

式中：HP為爆破缺口高度；R、r分別為切口底部的外、內(nèi)半徑；α為設(shè)計(jì)方案中兩側(cè)定向窗的夾角。

兩煙囪的夾角相同，α=30°。代入數(shù)值得1#煙囪β1=16.17°；2#煙囪β2=18.1°。

缺口閉合后，煙囪的重心偏移距離用下式計(jì)算

式中：ZC煙囪相對(duì)爆破缺口位置的重心高度；Xi重心偏移至煙囪筒壁以外的距離。

1#煙囪ZC=53 m，代入公式計(jì)算得X1=14.6 m>8.406 m。

2#煙囪ZC=43 m，代入公式計(jì)算得X2=13.18 m>7.476 m。

由此可以看出，煙囪的重心完全能夠移至筒壁以外。因此，上述爆破缺口高度的設(shè)計(jì)是合理的，煙囪能夠按照設(shè)計(jì)的形式傾倒。

2.6 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)孔網(wǎng)參數(shù)：考慮到煙囪的混凝土與耐火磚之間的隔熱層縫隙影響，為確保裝藥質(zhì)量，采用內(nèi)外分別鉆孔的方式。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)部耐火磚為砌體結(jié)構(gòu)，中間抽空后易塌落，鉆孔高度可取1.8 m。炮孔直徑選取d=36 mm，孔距取a=0.35 m,排距b=0.30 m,采用梅花形方式布孔。

(2)炮孔深度L：一般采取L=2/3δ(δ表示壁厚)。因內(nèi)外分別鉆孔，則混凝土部分L1=0.28 m；耐火磚側(cè)L2=0.16 m。

(3)炸藥單耗q值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取q=3 kg/m3。

(4)單孔藥量：混凝土Q單1=qabδ=0.126 kg，取120 g；耐火磚：Q單2=qabδ=75.6 g，取75 g。混凝土孔裝藥120 g/孔，堵塞16 cm。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，為使爆破體充分破碎，考慮采取底部藥量加強(qiáng)的方式，因此底部?jī)膳艈慰籽b藥為150 g/孔，堵塞13 cm；耐火磚孔底裝藥75 g/孔，堵塞9 cm。裝藥時(shí)炮泥須填滿、搗實(shí)。

(5)單孔裝藥結(jié)構(gòu)：采用單孔集中裝藥方式。

(6)爆破參數(shù)表1。

表1 爆破參數(shù)表Table 1 Blasting parameters

2.7 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

本次爆破采用煙囪內(nèi)同段雷管(MS-1)，考慮到其他段別導(dǎo)爆管雷管里的延期藥延期時(shí)間可能存在誤差，如果分段，不能確保切口部分左右對(duì)稱同時(shí)起爆，為使煙囪按照預(yù)定位置傾倒，所以單個(gè)煙囪全部采用瞬發(fā)雷管。

兩座煙囪間采用半秒雷管延時(shí)。

每個(gè)孔裝一發(fā)導(dǎo)爆管雷管，采用集中裝藥方式，裝藥填塞完畢后，將相鄰炮孔引出的20根以下的導(dǎo)爆管連接為1個(gè)集束把，每個(gè)集束把連接2枚非電雷管，即單個(gè)煙囪所有孔內(nèi)和孔間連接全部采用MS-1導(dǎo)爆管雷管，爾后使用導(dǎo)爆管和四通將各集束把的非電毫秒雷管連接起來(lái)，形成非電復(fù)式閉合起爆網(wǎng)路(見(jiàn)圖3)。兩座煙囪之間采用6段半秒雷管連接，引出線引至起爆點(diǎn)。

3 爆破安全防護(hù)措施

本項(xiàng)目煙囪的西側(cè)有正在運(yùn)行的電廠機(jī)組(爆破振動(dòng)要求V允=(0.7～0.9)cm/s)，需特別控制的爆破危害主要是爆破振動(dòng)、煙囪塌落觸地振動(dòng)及飛散物[10]。通過(guò)理論核算振動(dòng)與飛散物均可滿足施工要求。但為了確保施工的絕對(duì)安全，本工程采取了如下措施控制爆破有害效應(yīng)。同時(shí)在三期機(jī)組附近布設(shè)測(cè)振點(diǎn)，確定爆破振動(dòng)速度對(duì)機(jī)組的影響值。

3.1 減少振動(dòng)強(qiáng)度的措施

(1)為減小爆破振動(dòng)的影響，東向兩側(cè)各開(kāi)挖一條寬2 m×深3 m的減振溝(見(jiàn)圖4)。

(2)在煙囪的倒塌方向上預(yù)先修筑五道土堤，頂面采用鋪設(shè)密目網(wǎng)覆蓋(見(jiàn)圖4)。緩沖墊層的鋪墊范圍：土堤寬度范圍以設(shè)計(jì)傾倒中心線為準(zhǔn)±15°，每隔20 m構(gòu)筑一道高度不小于3 m(含頂部壓三層沙袋)，底寬不小于6 m的減振墻。這樣煙囪塌落著地時(shí)先經(jīng)過(guò)砂包緩沖，再觸及地面，不僅可以減小煙囪塌落沖擊地面的振動(dòng)效應(yīng)，還可大大減小煙囪撞擊地面時(shí)的碎塊飛散。

(3)煙囪間采用延時(shí)爆破的方式，減小兩座煙囪同時(shí)觸地的振動(dòng)影響[11,12]。

3.2 爆破個(gè)別飛散物的防護(hù)措施

(1)直接覆蓋爆破部位。采用2層草簾、6層密目網(wǎng)及2層硬質(zhì)塑料網(wǎng)，靠近運(yùn)行機(jī)組側(cè)再附加竹笆，嚴(yán)密覆蓋煙囪的外炮孔位置,搭接長(zhǎng)度不小于20 cm。用細(xì)鐵絲將覆蓋材料上中下捆綁密實(shí)，同時(shí)，要注意保護(hù)好爆破網(wǎng)路。

(2)在拆除施工區(qū)域西側(cè)用架子管、建筑防護(hù)網(wǎng)從煙囪根部向北50 m開(kāi)始搭設(shè)高度不低于12 m，長(zhǎng)度不小于120 m的防護(hù)幕墻(見(jiàn)圖5)；另外用竹笆、建筑模板封堵東西向建筑物的門窗及埋地管溝，以確保安全。

4 爆破效果與結(jié)論

本次爆破兩座煙囪起爆后先下座后傾倒，筒體下座30 m左右，1#、2#煙囪整體爆破傾倒過(guò)程持續(xù)20 s。切口底部有灰斗板增強(qiáng)支撐，未明顯損壞。煙囪按照預(yù)定方向倒塌，后座不明顯，觸地后解體充分，爆破飛散物、觸地振動(dòng)、飛濺均未對(duì)周邊建構(gòu)物造成損壞。放在西側(cè)三期機(jī)組主控樓附近的測(cè)振儀器結(jié)果顯示觸地振動(dòng)最高振速為0.394 cm/s，未對(duì)三期機(jī)組正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，可見(jiàn)減振溝與防撞土堤的減振效果良好。爆破效果如圖6所示。

通過(guò)對(duì)兩座150 m高鋼筋混凝土煙囪同時(shí)爆破拆除實(shí)踐，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)為了保證煙囪按照預(yù)定方向傾倒，需要對(duì)煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，對(duì)于煙囪傾倒的不利影響因素如煙道、灰斗板、隔熱層、爬梯等，應(yīng)提前進(jìn)行處理。尤其對(duì)切口位置、定向窗、導(dǎo)向窗要精準(zhǔn)定位。

(2)兩座煙囪同時(shí)起爆對(duì)周邊建(構(gòu))物的振動(dòng)影響大，為了減小振動(dòng)，采用了2座煙囪間延時(shí)爆破的方式。同時(shí)采用了在東西兩側(cè)開(kāi)挖減振溝，倒塌方向修筑土堤，土堤頂部密目網(wǎng)覆蓋的減振措施。有效的控制爆破振動(dòng)對(duì)周圍建筑物以及運(yùn)行機(jī)組的影響。

(3)對(duì)爆破部位采用2層草簾、6層密目網(wǎng)及2層硬質(zhì)塑料網(wǎng)再附加竹笆的方式嚴(yán)密覆蓋煙囪的外炮孔位置，最后用細(xì)鐵絲將覆蓋材料上中下捆綁密實(shí)。并且在靠近機(jī)組側(cè)搭設(shè)防護(hù)幕墻，確保了機(jī)組不受飛散物的影響。