陆 楠，胡晓艳，李 伟，刘贵清，谭胜禹
(沈阳消应爆破工程有限公司,辽宁 沈阳 110136)
摘 要：本文介绍了邹平县发电厂两座180 m钢筋混凝土烟囱的爆破拆除，介绍了爆破工程环境、爆破参数设计、爆破有害效应控制以及爆破安全防护等。根据爆破后烟囱倒塌方向准确，有害效应控制在设计范围内，对周围环境没有造成影响。此次爆破拆除安全、高效，可为类似工程爆破拆除提供参考。
关键词：180米烟囱；爆破拆除；爆破参数；有害效应
EXAMPLE OF DEMOLITION OF TWO 180M REINFORCED CONCRETE CHIMNEYS
LU Nan，HU Xiaoyan，LI Wei，Liu Guiqing，TAN Shengyu
(Shenyang Xiaoying Blasting Engineering,Liaoning,Shenyang 110136，China)
Abstract:This paper introduces the demolition of two 180m reinforced concrete chimneys in zouping county power plant,the blasting engineering environment,blasting parameter design,blasting harmful effect control and blasting safety protection.According to the accurate direction of chimney collapse after blasting,the harmful effect is controlled within the design range and has no effect on the surrounding environment.The blasting demolition is safe and efficient,which can provide reference for similar blasting demolition.
Key words:180meters chimney, blasting demolition, blasting parameters, harmful effects
1 工程概况
待拆除的两座180 m钢筋混凝土烟囱位于山东邹平二电厂区内，建造于2003年8月，因厂区技术改造需要，经安全论证决定采用爆破法拆除。
1.1 周围环境
1#、2#烟囱相距153 m，在同一场地上。1#烟囱东侧107 m是热气输送管道、115 m是厂区围墙、130 m是月河三路马路、175 m是电厂；2#烟囱西侧83 m是热气管道、85 m是厂区围墙、135 m是纺织厂厂房；1#、2#烟囱南侧8 m是电除尘器机组、32 m是配电室、70 m是厂房、144 m是变压器群、214 m是厂区围墙；1#、2#北侧315 m是煤棚，550 m是厂区围墙，其中2#烟囱西北侧37 m是泵房。周围环境图如图1所示。
1.2 烟囱结构
1#、2#烟囱高180 m，标高±0.00 m外半径8.29 m、内半径7.81 m；烟囱筒壁采用钢筋混凝土材料，内衬材料采用轻质耐酸陶土砖；烟囱±0.00 m标高处南北方向为排灰口，排灰口高2.4 m、宽1.8 m；烟囱6.25 m标高东西方向为烟道口、积灰平台；烟道口高7.75 m、宽4.5 m，积灰平台厚0.25 m,平台由井字梁支撑，烟囱井字梁端头由12根构造柱支撑，中间由四根60×60 cm的立柱支撑。
图1 现场环境图
2 重点、难点分析
从周围环境和烟囱结构上看，有以下几个特点，也是设计施工的重点和难点：1）烟囱体积大、质量大。其底部直径16.58 m，自重约6290T，两座烟囱爆破时触地振动大，增加安全防护难度。2）烟囱积灰平台由井字梁支撑，端头由12根构造柱支撑，中间由四根60×60 cm的立柱支撑，增加了爆破倒塌难度，需精细处理。3）由于拆除的烟囱南侧是电除尘机组、配电室、西北侧是泵房，距离很近，安全要求高，对倒塌方向、爆破振动、爆破飞散物的防护增加了难度，要求精心设计、严格施工、科学管理、使周边的设备设施完好无损，达到零事故率的安全指标。
3 爆破技术设计
3.1 方案选择
本次两座180 m烟囱采取定向倒塌爆破拆除方案。根据周围环境及场地大小，在两座烟囱底部分别开一个切口，使1#烟囱向正北方向倒塌，2#烟囱向北偏东22°方向倒塌[1,2]。如图2所示：
图2 烟囱倾倒方向示意图
3.2 爆破切口设计
3.2.1 切口形状
烟囱采用正梯形切口[3]。如图3所示：
图3 爆破切口展开示意图
3.2.2 切口高度
根据理论和类似工程经验，烟囱爆破切口高度可按下式设计确定：
(1)
得出结合工程情况取切口高度为2.5 m，距离地面标高为0.5 m。如图5所示：
3.2.3 爆破切口长度设计.
烟囱采用定向倒塌设计方案一般是对其底部筒壁实施爆破。爆破范围一般是筒壁的周长的
即：
(2)
根据计算得，切口长度取31.2 m，所对应的开口角度为216°。如图4所示：
3.2.4 定向窗的设计
定向窗的底脚一般选取
。三角的底边长为2～3倍壁厚，确定定向窗底边长为1.6 m,底脚为30°。如图3所示
图4 爆破切口平面图 图5 爆破切口位置示意图
3.2.5 爆破预拆除
为使烟囱顺利倒塌，对于关键部位及对倒塌有影响的部分在爆破前采用人工或机械拆除进行预处理。
使用人工机械开设爆破切口两侧定向窗，要求开口角度准确，边线整齐。
沿切口底边水平位置割断筒壁支撑部分中心点左右各三根外侧竖筋，减小倒塌时的抗拉力矩。
将切口位置支撑部份筒壁内部的构造柱在切口底边位置将钢筋割断；出灰口两侧的框架柱在切口底边处的钢筋割断。
烟囱积灰平台由井字梁支撑，烟囱井字梁端头由12根构造柱支撑，中间由四根60×60 cm的立柱支撑，为减少中间立柱对爆破倒塌的影响，在爆破前采用人工机械方式预先拆除2根，剩余立柱同烟囱一起爆破拆除。1#烟囱预先拆除Z13和Z15立柱，2#烟囱预先拆除Z14和Z16立柱。如图6、图7所示
图6 1#烟囱积灰平台立柱预处理示意图 图7 2#烟囱积灰平台立柱预处理示意图
3.3 爆破参数设计
（1）烟囱爆破切口筒壁孔网参数[4]
a、本次爆破炮孔直径为φ=0.05 m
b、最小抵抗线：W=δ/2 =240 mm(δ为壁厚)；
c、炮孔间距：a=(1.2～2.0)W=288 mm～480 mm取0.35 m
d、药孔排距：b=(0.8～1.0)a=280 mm～350 mm取0.35 m
e、炮孔深度：L=(0.67～0.7)δ=321 mm～336 mm取0.40 m
f、炸药单耗：q=3.8 kg/m3
g、单孔装药量：Q=qV=0.225 kg
（2）烟囱爆破切口立柱孔网参数[5]
a、最小抵抗线（W）：取断面短边（B）的一半，W=B/2=0.23 m～0.3 m
b、炮孔间距（a）：a＝(1.2～2.0)W=0.4 m～0.5 m
c、炮孔深度（L）：L=0.8B=0.33 m～0.48 m
d、单孔药量（Q）：Q=KV=0.18 kg～0.40 kg
3.4 爆破网路设计
采用非电毫秒导爆管雷管的复式起爆网路，四通连接，高能电容式起爆器起爆。
1#烟囱以导向窗为中心，将爆破切口从中间往外划分为对称的4个区域Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，每孔药包装2发相同段别7 m的非电毫秒导爆管雷管。Ⅰ区和Ⅱ区装毫秒导爆管雷管3段（延期时间为50 ms），Ⅲ区和Ⅳ区装毫秒导爆管雷管7段（延期时间为200 ms），孔外采用四通连接，孔内延期方式，使用高能电容式起爆器做起爆能源。如图8、图9所示。
2#烟囱以导向窗为中心，将爆破切口从中间往外划分为对称的4个区域Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，每孔药包装2发相同段别7 m的非电毫秒导爆管雷管。Ⅰ区和Ⅱ区装毫秒导爆管雷管4段（延期时间75 ms），Ⅲ区和Ⅳ区装毫秒导爆管雷管8段（延期时间250 ms），孔外采用四通连接，孔内延期方式，使用高能电容式起爆器做起爆能源。如图10、图11所示
为减小爆破塌落振动，1#和2#烟囱采用15段毫秒导爆管雷管（延期时间880 ms）进行延期，使其不同时落地。
图8 1#烟囱炮孔分布及段位布置示意图
图9 1#烟囱网路连接示意图
图10 2#烟囱炮孔分布及段位布置示意图
高烟囱爆破拆除的安全防护重点包括控制倒塌方向、飞石和塌落振动。
4.1 倒塌方向的控制
高耸建筑物爆破，控制好倒塌方向，是决定爆破成功与否的关键，也是安全防护的重点。为了确保烟囱准确按设计方向倒塌，应严格把好以下技术关：
（1）精心技术设计
首先应根据烟囱结构进行精心的技术设计，包括确定倒塌方向，选择切口位置、切口参数（切口形状、切口长、宽、定向窗角度）设计等。
（2）准确测量定位
根据技术设计方案，1#烟囱向正北方向倒塌，2#烟囱向北偏东22°方向倒塌，施工时采用全站仪将爆破切口标绘在烟囱上，严格按设计施工。
（3）做好预拆除、控制施工质量
按技术设计开好导向槽、定向窗，控制好定向窗的角度。
4.2 塌落振动的控制[6-8]
高耸的烟囱爆破倒塌落地瞬间会触地冲击地面，在地面内产生冲击振动效应，在拆除爆破高耸建（构）筑物时，冲击震动效应为重点监测对象。
根据中科院提出的公式：
(3)
(4)
式中，Vc为爆破坍塌物触地引起的地表振动速度，cm/s；R为坍塌物重心触地点距建筑物的距离，m；I为坍塌物触地冲量；M—坍塌物的质量，kg；G—重力加速度，m/s2，9.8 m/s；H为爆破坍塌建筑物重心落差，m；
本次烟囱总质量约为6290 t，所以取m=6.29×106 kg；塌落物重心取77 m。
表1 1#烟囱塌落振动安全校核
表2 2#烟囱塌落振动安全校核
经计算得：爆破坍塌物触地引起的地表振动速度与上表中进行对比结果显示本次烟囱爆破拆除不会对周围环境产生影响。爆破可以保证周围建（构）筑物的安全。
为降低塌落振动，通过铺设缓冲层减缓筒体直接冲击地面的速度，同时在需保护的一侧开挖宽0.5 m、深2 m、长120 m的减震沟。缓冲材料为黄土、黄沙等，首先在倒塌方向70～200 m处垂直于倾倒轴线，成条状堆放宽约2～3 m长约15～20 m，厚度2～3.5 m缓冲土堤，个别缓冲土堤可以加宽加高，每道缓冲堤后面设减震沟一条，深2～3 m。堤间距为40 m左右，200 m处设防冲墙加高加厚。
4.3 爆破飞石的控制
爆破飞石的飞散距离是划定爆破安全警戒范围的确定防护等级的主要依据。对拆除爆破飞石的飞散距离，大连理工大学对拆除爆破工程产生的飞石距离与单位炸药用量之间的关系：
(5)
式中，
为无覆盖条件的下拆除爆破飞石的飞散距离，m，
为拆除爆破单位用量，kg/m3
计算得出在无覆盖条件下爆破飞石飞散物飞散的距离为142 m，因此本次爆破采取飞石防护措施，将爆破飞石控制在安全允许范围内。
飞石防护措施采取对装药部位用草帘（其他柔性材料）进行近体防护，每三层用钢筋进行捆扎三道，共计九层防护。对周围需要防护设施采用悬挂草帘、建筑模板、竹笆等遮挡防护。严格控制飞石飞出对周围的建筑物产生危害，保障周围环境安全。
5 爆破效果
爆破于2016年9月23日按期进行，起爆后，两座烟囱按照设计的倒塌方向倾倒着地。经过安全检查确认，烟囱倒塌方向准确，解体后全部在预先构筑的减振土坝上，对爆破飞石的防护效果好，烟囱倾倒的塌落振动控制有效，未对周围环境造成影响，破碎效果良好，烟囱筒壁均完全解体。本次爆破拆除施工作业，达到预计目标，圆满成功。
图12 爆破照片
6 结 论
（1）两座180 m高大烟囱采用一次定向倾倒爆破方案实施拆除时，由于烟囱高度大、质量重，塌落触地振动危害较大，应选取沙土质等柔性材料作为缓冲垫层，对倒塌区域内的建筑废料进行清除，垒筑减震坝，开挖减震沟可大大减小振动的影响。
（2）在施工过程中，根据设计采用精密仪器进行精准测量、放样，确保定向窗、切口尺寸及角度准确，复核准确再进行施工，可准确控制倒塌方向。
（3）爆破拆除采用大切口，高精度定位，控制最大单响药量和孔间爆破时差，实现了精细爆破。
（4）对倒塌产生阻力的支撑柱，事先进行预处理和爆破过程中采用弱化处理，达到准确倒塌的目的。
参考文献：
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