陸  楠，胡曉艷，李  偉，劉貴清，譚勝禹

(沈陽(yáng)消應(yīng)爆破工程有限公司,遼寧 沈陽(yáng)  110136)

摘  要：本文介紹了鄒平縣發(fā)電廠兩座180 m鋼筋混凝土煙囪的爆破拆除，介紹了爆破工程環(huán)境、爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、爆破有害效應(yīng)控制以及爆破安全防護(hù)等。根據(jù)爆破后煙囪倒塌方向準(zhǔn)確，有害效應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有造成影響。此次爆破拆除安全、高效，可為類似工程爆破拆除提供參考。

關(guān)鍵詞：180米煙囪；爆破拆除；爆破參數(shù)；有害效應(yīng)

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  工程概況

待拆除的兩座180 m鋼筋混凝土煙囪位于山東鄒平二電廠區(qū)內(nèi)，建造于2003年8月，因廠區(qū)技術(shù)改造需要，經(jīng)安全論證決定采用爆破法拆除。

1.1 周圍環(huán)境

1#、2#煙囪相距153 m，在同一場(chǎng)地上。1#煙囪東側(cè)107 m是熱氣輸送管道、115 m是廠區(qū)圍墻、130 m是月河三路馬路、175 m是電廠；2#煙囪西側(cè)83 m是熱氣管道、85 m是廠區(qū)圍墻、135 m是紡織廠廠房；1#、2#煙囪南側(cè)8 m是電除塵器機(jī)組、32 m是配電室、70 m是廠房、144 m是變壓器群、214 m是廠區(qū)圍墻；1#、2#北側(cè)315 m是煤棚，550 m是廠區(qū)圍墻，其中2#煙囪西北側(cè)37 m是泵房。周圍環(huán)境圖如圖1所示。

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)

1#、2#煙囪高180 m，標(biāo)高±0.00 m外半徑8.29 m、內(nèi)半徑7.81 m；煙囪筒壁采用鋼筋混凝土材料，內(nèi)襯材料采用輕質(zhì)耐酸陶土磚；煙囪±0.00 m標(biāo)高處南北方向?yàn)榕呕铱冢呕铱诟?/span>2.4 m、寬1.8 m；煙囪6.25 m標(biāo)高東西方向?yàn)闊煹揽凇⒎e灰平臺(tái)；煙道口高7.75 m、寬4.5 m，積灰平臺(tái)厚0.25 m,平臺(tái)由井字梁支撐，煙囪井字梁端頭由12根構(gòu)造柱支撐，中間由四根60×60 cm的立柱支撐。

圖1  現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境圖

2  重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

從周圍環(huán)境和煙囪結(jié)構(gòu)上看，有以下幾個(gè)特點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)：1）煙囪體積大、質(zhì)量大。其底部直徑16.58 m，自重約6290T，兩座煙囪爆破時(shí)觸地振動(dòng)大，增加安全防護(hù)難度。2）煙囪積灰平臺(tái)由井字梁支撐，端頭由12根構(gòu)造柱支撐，中間由四根60×60 cm的立柱支撐，增加了爆破倒塌難度，需精細(xì)處理。3）由于拆除的煙囪南側(cè)是電除塵機(jī)組、配電室、西北側(cè)是泵房，距離很近，安全要求高，對(duì)倒塌方向、爆破振動(dòng)、爆破飛散物的防護(hù)增加了難度，要求精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工、科學(xué)管理、使周邊的設(shè)備設(shè)施完好無(wú)損，達(dá)到零事故率的安全指標(biāo)。

3  爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 方案選擇

本次兩座180 m煙囪采取定向倒塌爆破拆除方案。根據(jù)周圍環(huán)境及場(chǎng)地大小，在兩座煙囪底部分別開一個(gè)切口，使1#煙囪向正北方向倒塌，2#煙囪向北偏東22°方向倒塌^[1,2]。如圖2所示：

圖2  煙囪傾倒方向示意圖

3.2  爆破切口設(shè)計(jì)

3.2.1 切口形狀

煙囪采用正梯形切口^[3]。如圖3所示：

圖3  爆破切口展開示意圖

3.2.2 切口高度

根據(jù)理論和類似工程經(jīng)驗(yàn)，煙囪爆破切口高度可按下式設(shè)計(jì)確定：

(1)

得出結(jié)合工程情況取切口高度為2.5 m，距離地面標(biāo)高為0.5 m。如圖5所示：

3.2.3 爆破切口長(zhǎng)度設(shè)計(jì).

煙囪采用定向倒塌設(shè)計(jì)方案一般是對(duì)其底部筒壁實(shí)施爆破。爆破范圍一般是筒壁的周長(zhǎng)的即：

(2)

根據(jù)計(jì)算得，切口長(zhǎng)度取31.2 m，所對(duì)應(yīng)的開口角度為216°。如圖4所示：

3.2.4 定向窗的設(shè)計(jì)

定向窗的底腳一般選取。三角的底邊長(zhǎng)為2～3倍壁厚，確定定向窗底邊長(zhǎng)為1.6 m,底腳為30°。如圖3所示

          圖4  爆破切口平面圖                                                圖5  爆破切口位置示意圖

3.2.5 爆破預(yù)拆除

為使煙囪順利倒塌，對(duì)于關(guān)鍵部位及對(duì)倒塌有影響的部分在爆破前采用人工或機(jī)械拆除進(jìn)行預(yù)處理。

使用人工機(jī)械開設(shè)爆破切口兩側(cè)定向窗，要求開口角度準(zhǔn)確，邊線整齊。

沿切口底邊水平位置割斷筒壁支撐部分中心點(diǎn)左右各三根外側(cè)豎筋，減小倒塌時(shí)的抗拉力矩。

將切口位置支撐部份筒壁內(nèi)部的構(gòu)造柱在切口底邊位置將鋼筋割斷；出灰口兩側(cè)的框架柱在切口底邊處的鋼筋割斷。

煙囪積灰平臺(tái)由井字梁支撐，煙囪井字梁端頭由12根構(gòu)造柱支撐，中間由四根60×60 cm的立柱支撐，為減少中間立柱對(duì)爆破倒塌的影響，在爆破前采用人工機(jī)械方式預(yù)先拆除2根，剩余立柱同煙囪一起爆破拆除。1#煙囪預(yù)先拆除Z13和Z15立柱，2#煙囪預(yù)先拆除Z14和Z16立柱。如圖6、圖7所示

圖6  1#煙囪積灰平臺(tái)立柱預(yù)處理示意圖                       圖7  2#煙囪積灰平臺(tái)立柱預(yù)處理示意圖

3.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）煙囪爆破切口筒壁孔網(wǎng)參數(shù)^[4]

a、本次爆破炮孔直徑為φ=0.05 m

b、最小抵抗線：W=δ/2 =240 mm(δ為壁厚)；

c、炮孔間距：a=(1.2～2.0)W=288 mm～480 mm取0.35 m

d、藥孔排距：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、炸藥單耗：q=3.8 kg/m3

g、單孔裝藥量：Q=qV=0.225 kg

（2）煙囪爆破切口立柱孔網(wǎng)參數(shù)^[5]

a、最小抵抗線（W）：取斷面短邊（B）的一半，W=B/2=0.23 m～0.3 m

b、炮孔間距（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、單孔藥量（Q）：Q=KV=0.18 kg～0.40 kg

3.4 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

采用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管的復(fù)式起爆網(wǎng)路，四通連接，高能電容式起爆器起爆。

1#煙囪以導(dǎo)向窗為中心，將爆破切口從中間往外劃分為對(duì)稱的4個(gè)區(qū)域Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)，每孔藥包裝2發(fā)相同段別7 m的非電毫秒導(dǎo)爆管雷管。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)裝毫秒導(dǎo)爆管雷管3段（延期時(shí)間為50 ms），Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)裝毫秒導(dǎo)爆管雷管7段（延期時(shí)間為200 ms），孔外采用四通連接，孔內(nèi)延期方式，使用高能電容式起爆器做起爆能源。如圖8、圖9所示。

2#煙囪以導(dǎo)向窗為中心，將爆破切口從中間往外劃分為對(duì)稱的4個(gè)區(qū)域Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)，每孔藥包裝2發(fā)相同段別7 m的非電毫秒導(dǎo)爆管雷管。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)裝毫秒導(dǎo)爆管雷管4段（延期時(shí)間75 ms），Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)裝毫秒導(dǎo)爆管雷管8段（延期時(shí)間250 ms），孔外采用四通連接，孔內(nèi)延期方式，使用高能電容式起爆器做起爆能源。如圖10、圖11所示

為減小爆破塌落振動(dòng)，1#和2#煙囪采用15段毫秒導(dǎo)爆管雷管（延期時(shí)間880 ms）進(jìn)行延期，使其不同時(shí)落地。

圖8  1#煙囪炮孔分布及段位布置示意圖

圖9  1#煙囪網(wǎng)路連接示意圖

圖10  2#煙囪炮孔分布及段位布置示意圖

圖11  2#煙囪網(wǎng)路連接示意圖

4  爆破安全控制與防護(hù)

高煙囪爆破拆除的安全防護(hù)重點(diǎn)包括控制倒塌方向、飛石和塌落振動(dòng)。

4.1 倒塌方向的控制

高聳建筑物爆破，控制好倒塌方向，是決定爆破成功與否的關(guān)鍵，也是安全防護(hù)的重點(diǎn)。為了確保煙囪準(zhǔn)確按設(shè)計(jì)方向倒塌，應(yīng)嚴(yán)格把好以下技術(shù)關(guān)：

（1）精心技術(shù)設(shè)計(jì)

首先應(yīng)根據(jù)煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心的技術(shù)設(shè)計(jì)，包括確定倒塌方向，選擇切口位置、切口參數(shù)（切口形狀、切口長(zhǎng)、寬、定向窗角度）設(shè)計(jì)等。

（2）準(zhǔn)確測(cè)量定位

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)方案，1#煙囪向正北方向倒塌，2#煙囪向北偏東22°方向倒塌，施工時(shí)采用全站儀將爆破切口標(biāo)繪在煙囪上，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。

（3）做好預(yù)拆除、控制施工質(zhì)量

按技術(shù)設(shè)計(jì)開好導(dǎo)向槽、定向窗，控制好定向窗的角度。

4.2 塌落振動(dòng)的控制^[6-8]

高聳的煙囪爆破倒塌落地瞬間會(huì)觸地沖擊地面，在地面內(nèi)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)效應(yīng)，在拆除爆破高聳建（構(gòu)）筑物時(shí)，沖擊震動(dòng)效應(yīng)為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。

根據(jù)中科院提出的公式：

(3)

(4)

式中，Vc為爆破坍塌物觸地引起的地表振動(dòng)速度，cm/s；R為坍塌物重心觸地點(diǎn)距建筑物的距離，m；I為坍塌物觸地沖量；M—坍塌物的質(zhì)量，kg；G—重力加速度，m/s²，9.8 m/s；H為爆破坍塌建筑物重心落差，m；

本次煙囪總質(zhì)量約為6290 t，所以取m=6.29×106 kg；塌落物重心取77 m。

表1  1#煙囪塌落振動(dòng)安全校核

表2  2#煙囪塌落振動(dòng)安全校核

經(jīng)計(jì)算得：爆破坍塌物觸地引起的地表振動(dòng)速度與上表中進(jìn)行對(duì)比結(jié)果顯示本次煙囪爆破拆除不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。爆破可以保證周圍建（構(gòu)）筑物的安全。

為降低塌落振動(dòng)，通過(guò)鋪設(shè)緩沖層減緩?fù)搀w直接沖擊地面的速度，同時(shí)在需保護(hù)的一側(cè)開挖寬0.5 m、深2 m、長(zhǎng)120 m的減震溝。緩沖材料為黃土、黃沙等，首先在倒塌方向70～200 m處垂直于傾倒軸線，成條狀堆放寬約2～3 m長(zhǎng)約15～20 m，厚度2～3.5 m緩沖土堤，個(gè)別緩沖土堤可以加寬加高，每道緩沖堤后面設(shè)減震溝一條，深2～3 m。堤間距為40 m左右，200 m處設(shè)防沖墻加高加厚。

4.3 爆破飛石的控制

爆破飛石的飛散距離是劃定爆破安全警戒范圍的確定防護(hù)等級(jí)的主要依據(jù)。對(duì)拆除爆破飛石的飛散距離，大連理工大學(xué)對(duì)拆除爆破工程產(chǎn)生的飛石距離與單位炸藥用量之間的關(guān)系：

(5)

式中，為無(wú)覆蓋條件的下拆除爆破飛石的飛散距離，m，為拆除爆破單位用量，kg/m³

計(jì)算得出在無(wú)覆蓋條件下爆破飛石飛散物飛散的距離為142 m，因此本次爆破采取飛石防護(hù)措施，將爆破飛石控制在安全允許范圍內(nèi)。

飛石防護(hù)措施采取對(duì)裝藥部位用草簾（其他柔性材料）進(jìn)行近體防護(hù)，每三層用鋼筋進(jìn)行捆扎三道，共計(jì)九層防護(hù)。對(duì)周圍需要防護(hù)設(shè)施采用懸掛草簾、建筑模板、竹笆等遮擋防護(hù)。嚴(yán)格控制飛石飛出對(duì)周圍的建筑物產(chǎn)生危害，保障周圍環(huán)境安全。

5  爆破效果

爆破于2016年9月23日按期進(jìn)行，起爆后，兩座煙囪按照設(shè)計(jì)的倒塌方向傾倒著地。經(jīng)過(guò)安全檢查確認(rèn)，煙囪倒塌方向準(zhǔn)確，解體后全部在預(yù)先構(gòu)筑的減振土壩上，對(duì)爆破飛石的防護(hù)效果好，煙囪傾倒的塌落振動(dòng)控制有效，未對(duì)周圍環(huán)境造成影響，破碎效果良好，煙囪筒壁均完全解體。本次爆破拆除施工作業(yè)，達(dá)到預(yù)計(jì)目標(biāo)，圓滿成功。

圖12  爆破照片

6  結(jié)  論

（1）兩座180 m高大煙囪采用一次定向傾倒爆破方案實(shí)施拆除時(shí)，由于煙囪高度大、質(zhì)量重，塌落觸地振動(dòng)危害較大，應(yīng)選取沙土質(zhì)等柔性材料作為緩沖墊層，對(duì)倒塌區(qū)域內(nèi)的建筑廢料進(jìn)行清除，壘筑減震壩，開挖減震溝可大大減小振動(dòng)的影響。

（2）在施工過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)采用精密儀器進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量、放樣，確保定向窗、切口尺寸及角度準(zhǔn)確，復(fù)核準(zhǔn)確再進(jìn)行施工，可準(zhǔn)確控制倒塌方向。

（3）爆破拆除采用大切口，高精度定位，控制最大單響藥量和孔間爆破時(shí)差，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)爆破。

（4）對(duì)倒塌產(chǎn)生阻力的支撐柱，事先進(jìn)行預(yù)處理和爆破過(guò)程中采用弱化處理，達(dá)到準(zhǔn)確倒塌的目的。

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