徐順香，謝廣波，陳德志，羅 鵬，吳賽格

(1.武漢科技大學(xué) a.資源與環(huán)境工程學(xué)院;b.理學(xué)院，武漢 430081；2.武漢爆破有限公司，武漢 430056；3.江漢大學(xué) 精細爆破國家重點實驗室，武漢 430056)

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境

待拆三座煙囪位于臺州發(fā)電廠廠區(qū)西部，沿鐘山路南北并排布置。1#、2#、3#煙囪分別距北側(cè)7#冷卻塔282 m、193 m、104 m；距東側(cè)升壓站197 m、193 m、193 m，距1#機組煤倉間101 m、105 m、168m；距東南生產(chǎn)辦公樓136 m、199 m、279 m；距南側(cè)電纜溝142 m、231 m、320 m；距西側(cè)山體邊坡10 m、11 m、11 m，距西側(cè)新機組水泵房176 m、91 m、22 m；距西南側(cè)洗衣房135 m、224 m、313 m，距雷達站245 m、311 m、384 m。工程環(huán)境見圖1。

圖 1 工程環(huán)境圖(單位：m)Fig. 1 Engineering Environment(unit:m)

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)

1#煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高150.00 m，底部半徑5.83 m，+5.00 m處半徑5.705 m；0.00 m～+5.00 m處煙囪壁厚420 mm，無隔熱層和無內(nèi)襯，雙層鋼筋網(wǎng)。+5.00 m～+17.50 m，有80 mm厚隔熱層，240 mm厚內(nèi)襯；+17.50 m以上隔熱層均為80 mm，內(nèi)襯厚度均為120 mm。標(biāo)高+40.00 m外徑4.83 m，壁厚320 mm。標(biāo)高+150.00 m處外徑為3.27 m，壁厚為220 mm。1#煙囪沿南北方向布置有兩個煙道口、煙道口寬3.42 m、高7.50 m，位于標(biāo)高+5.00m處；煙囪東側(cè)有一個出灰口，1.80 m寬、2.50 m高，位于標(biāo)高0.00 m處。標(biāo)高+40.00 m以上，筒身混凝土體積662.34 m3，隔熱層體積205.55 m3，內(nèi)襯297.16 m3。計算得出標(biāo)高+40.00 m以上煙囪自重為1875.8 t，+40.00 m以上煙囪重心高度+85.1 m。標(biāo)高+40.00 m處豎向筋布置為雙層布筋，外布設(shè)52φ20豎向筋，內(nèi)側(cè)布設(shè)200φ16豎向筋。環(huán)向筋采用螺旋式箍筋布置方式，外側(cè)鋼筋布置規(guī)格為φ18@200，內(nèi)側(cè)布筋規(guī)格為φ14@200。

2#、3#兩座煙囪結(jié)構(gòu)相同，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高210.00 m，底部半徑10.75 m?！?.00～+7.93 m處煙囪壁厚700 mm無隔熱層和內(nèi)襯，雙層鋼筋網(wǎng)。+7.93～+17.15 m，有80 mm厚的隔熱層和230 mm內(nèi)襯；+17.15 m以上隔熱層均為80 mm，內(nèi)襯厚度均為120 mm。標(biāo)高+40.00 m處，兩煙囪外半徑均為7.95 m，2#煙囪內(nèi)半徑7.42 m，壁厚530 mm，3#煙囪內(nèi)半徑7.45 m，壁厚500 mm；標(biāo)高+210 m處外徑為3.60 m，壁厚為380 mm。煙囪沿南北方向布置有兩個煙道口，煙道口寬3.94 m、高9.22 m，位于標(biāo)高+7.93m處；煙囪東西側(cè)有兩個出灰口，1.80 m寬、2.50 m高，位于標(biāo)高0.00 m處。標(biāo)高+40.00 m以上，筒身混凝土體積1935.693 m3，內(nèi)襯624.1 m3，計算得標(biāo)高+40.00 m以上煙囪自重6087.43 t,標(biāo)高+40.00 m以上重心高度+109.7 m。標(biāo)高+40.00 m處豎向筋布置為雙層布筋，外側(cè)布設(shè)58φ28豎向鋼筋，內(nèi)側(cè)布設(shè)46φ16豎向鋼筋。環(huán)向筋布置為環(huán)向筋采用螺旋式箍筋布置方式，外側(cè)鋼筋布置規(guī)格為φ22@150，內(nèi)側(cè)布筋規(guī)格為φ12@200。

2 爆破方案

2.1 總體方案

根據(jù)各煙囪結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境特點，采用分三次實施向南偏東定向傾倒爆破的方案[1,2]。三座煙囪均采用高切口定向爆破方案。1#煙囪在+40 m處設(shè)置切口，傾倒方向為南偏東11°。2#210 m高鋼筋混凝土煙囪在+40 m處設(shè)置切口，傾倒方向為南偏東6°。3#210 m高鋼筋混凝土煙囪在+40 m處設(shè)置切口，傾倒方向為南偏東9°。

2.2 爆破切口

根據(jù)煙囪的結(jié)構(gòu)和布筋情況，3座煙囪均采用正梯形爆破切口，位于地面以上+40.00 m標(biāo)高處。用風(fēng)鎬、鉆孔取芯機開爆破切口的定向窗與導(dǎo)向窗，具體操作為：首先利用鉆孔取芯機按照標(biāo)注點依次對窗口各條邊進行鉆孔，最后利用滑輪將切下的混凝土構(gòu)件推入煙囪內(nèi)側(cè)，再利用風(fēng)鎬將殘余部分清除。爆破切口參數(shù)見表1，爆破切口見圖2、圖3。

表 1 爆破切口參數(shù)

圖 2 1#煙囪爆破切口圖(單位:m)Fig. 2 1# Chimney blasting cut diagram(unit:m)

圖 3 2#、3#煙囪爆破切口圖(單位:m)Fig. 3 2#、3# Chimney Blasting cut diagram(unit:m)

2.3 爆破參數(shù)

(1)炮孔深度L=(0.6-0.85)δ，其中δ為爆破切口處的筒壁厚度，1#煙囪壁厚320 mm，L=0.19～0.27 m，炮孔深度L取0.22 m；2#煙囪壁厚530 mm，L=0.32～0.45 m，炮孔深度L取0.37 m，3#煙囪壁厚500 mm，L=0.30～0.43 m，炮孔深度L取0.35 m。

(2)1#煙囪孔距a=0.30 m，排距b=0.30 m，2#、3#煙囪孔距a=0.40 m，排距b=0.40 m。

(3)1#煙囪炸藥單耗q=2.32～3.47 kg/m3，單孔裝藥量Q=67～100 g。共布置8排孔，上部2排和下部2排取2.32 kg/m3，中間4排取3.47 kg/m3。2#煙囪炸藥單耗q=2.36～2.95 kg/m3，3#煙囪炸藥單耗q=2.50～3.13 kg/m3，單孔裝藥量均為Q=200～250 g，共布置9排孔，上部3排和下部2排取2.36 kg/m3，中間4排取2.95 kg/m3。爆破參數(shù)見表2。

表 2 爆破參數(shù)

2.4 內(nèi)襯及隔熱層處理

鉆孔時將混凝土筒壁穿透，并打入內(nèi)襯及隔熱層中，保證內(nèi)襯及隔熱層中孔深不小于其壁厚的2/3。單耗取3.0 kg/m3?？孜粸楸魄锌诘南虏績膳牛惶孢x取，內(nèi)襯及隔熱層爆破穿孔見圖4。

圖 4 內(nèi)襯及隔熱層爆破穿孔選取示意圖Fig. 4 Perforation schematic diagram of the inner lining and insulation blast

2.5 起爆網(wǎng)路

采用非電導(dǎo)爆管雷管延時起爆系統(tǒng)，分二段起爆。爆破切口中間采用MS-1段非電雷管，兩側(cè)采用MS-3段非電雷管，每18～20發(fā)非電雷管組成一簇用2發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管連接，采用雙發(fā)MS-1段非電雷管大把抓，形成交叉復(fù)式網(wǎng)路用起爆器起爆[3-5]。

3 安全防護

3.1 爆破飛散物及觸地飛濺防護

(1)爆破切口采用覆蓋防護，由內(nèi)至外分別為5層6針密目防曬網(wǎng)、3層網(wǎng)格為3 cm×3 cm土工格柵、2層6針密目防曬網(wǎng)[6,7]，然后用鐵絲捆扎牢固。飛散物防護圖見圖5。

(2)在緩沖層上覆蓋防曬網(wǎng)，在防曬網(wǎng)上堆設(shè)土袋，提高土堆的整體性。

(3)爆破時，自1期廠房開始，沿南北方向平行于3#煙囪西向最大傾倒邊界(距離3#煙囪西向最大傾倒邊界28 m)，掛設(shè)60 m長，6 m高防曬網(wǎng)。

(4)在煙囪傾倒方向正前方堆設(shè)寬6 m，高4 m的防沖堤。

(5)利用預(yù)留1期汽輪機廠房阻擋爆破飛散物。

圖 5 飛散物防護示意圖Fig. 5 Schematic diagram of protection for flying objects

3.2 觸地振動控制

(1)選擇碎砼塊作為主體材料，在距煙囪60～190 m以及傾倒中心線±19°范圍內(nèi)敷設(shè)橫截面為下寬6.0 m，上寬2.5 m，高4.0 m的等腰梯形緩沖層，在中間鋪設(shè)漁網(wǎng)對緩沖層進行加筋，上部加蓋防曬網(wǎng)和沙土袋[8,9]。緩沖層見圖6。

圖 6 緩沖層示意圖(單位:m)Fig. 6 Schematic diagram of buffer layer(unit:m)

(2)在煙囪傾倒方向兩側(cè)挖兩條長200 m，寬2 m，深1.5 m的減震溝。

3.3 其他安全防護

(1)利用10 mm厚鋼板對地下管網(wǎng)進行第一層覆蓋，鋼板覆蓋范圍延伸至地下管網(wǎng)溝兩側(cè)30 cm；利用廠房拆除的渣土在鋼板上方敷設(shè)4 m高的緩沖層；緩沖層上覆蓋防曬網(wǎng)；在防曬網(wǎng)上堆設(shè)土袋。

(2)爆后使用消防車在下風(fēng)向灑水降塵。

4 觸地振動分析

采用TC-4850測振儀監(jiān)測爆破振動。通過對3個測點實測的振動數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)煙囪觸地振動要大于爆破振動，煙囪傾倒正前方檢修倉庫處觸地振動速度最大，主振頻率為42～58 Hz，最大振速為0.88 cm/s，小于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的安全振動速度2 cm/s，不會對周圍建(構(gòu))筑物造成危害[10-14]。

5 爆破效果與分析

通過分析爆破過程的錄像，1#煙囪整個倒塌過程約11 s，2#、3#煙囪整個倒塌過程約13 s，煙囪在爆破后約2 s均開始微微傾斜，6 s時切口完全閉合，此時，煙囪從開始下坐并伴隨傾倒，在此過程中下坐的速度大于傾倒的速度，在下坐到積灰平臺后煙囪快速傾倒。爆破后煙囪倒塌方向與設(shè)計方向基本一致，傾倒后1#煙囪爆堆長度100 m，2#、3#煙囪爆堆長度165 m，剩余部分約40 m，受到煙囪上部倒塌、下坐的影響，剩余筒體部分被破壞，剩余部分筒體如圖7所示，圖中(a)為1#煙囪倒塌剩余部分、(b)為2#煙囪倒塌剩余部分 、(c)3#煙囪倒塌剩余部分。

圖 7 各煙囪剩余部分筒體示意圖Fig. 7 Schematic diagram of the remaining cylinders of each chimney

6 結(jié)語

(1)采用高位切口爆破，可以消除煙囪底部煙道口、積灰平臺等的影響，保證煙囪定向傾倒的準(zhǔn)確性。

(2)采用高位切口爆破，可以有效解決空間有限的問題并減小爆堆長度，保證周圍待保護設(shè)施的安全。

(3)采用高位切口爆破高大煙囪，能減少觸地飛濺物的距離，降低觸地振動和爆破振動。

(4)爆破效果證明，近體防護、緩沖層和減震溝能有效地控制爆破飛石、觸地振動等危害。

(5)導(dǎo)向窗的開鑿有利于減少用藥量，有利于切口破碎，確保切口順利閉合。

(6)將鉆孔鉆透煙囪混凝土壁，打入內(nèi)襯和隔熱層中進行爆破，能夠有效地處理煙囪內(nèi)襯。