广州南玻100m烟囱爆破拆除

刘 哲，杨志红（广东爆破工程有限公司，广东 广州 510000）

广州南玻100m烟囱爆破拆除

刘 哲，杨志红
（广东爆破工程有限公司，广东 广州 510000）

介绍了广州南玻厂两座100m高烟囱爆破拆除的工程实例。结合待拆除烟囱的结构特点及周边环境，针对高耸烟囱底部各种洞口及壁厚的现实条件，灵活选取爆破切口的位置和形状，确定爆破技术参数，辅以毫秒延期起爆、簇联接力复式网路及安全防护措施，取得了良好的爆破效果，可为同类工程提供参考。

烟囱；爆破拆除；切口位置；切口形状；安全

1 引言

城市爆破拆除技术在我国的广泛使用始于19世纪50年代，发展于改革开放以后。控制爆破拆除是一项带有高度危险性的工作，尤其是高耸建筑物的拆除，稍有不慎，后果不堪设想。在我国，许多前辈和专家在控制爆破拆除高耸建筑物方面做了大量研究。谢先启［1］、王希之［2］研究了百米以上烟囱爆破拆除技术；陶顺伯［3］、齐宪秀［4］介绍了复杂环境下高耸烟囱拆除的注意事项；杨建华［5］从烟囱倒塌折断力学方向进行了深入探讨。本文结合南坡两座100m高烟囱的爆破拆除的工程实践、总结烟囱拆除在设计与施工过程的经验，可为同类工程参考。

2 工程概况

2.1 爆区环境

广州市黄埔区云埔工业区南岗片广州南玻玻璃厂（以下简称“南玻厂”）内，两座待拆烟囱位于康南路以西的厂区范围内，为现浇钢筋混凝土结构，建于2005年，烟囱混凝土标号设计为C30，钢筋采用HPB235，HRB335钢。1号烟囱东面距康南路约15m，距离东北面水南村村口交叉路口约58m，距东面纽伦堡小区住宅楼最近为110m，2号烟囱距康南路约30m。其它三面均为厂区空地，没有需保护的重要建、构筑物。因此，爆破倾倒环境相对较好，重点需要保证和保护的是康南路以东的建（构）筑物。在爆破施工中，必须严格控制爆破飞石及倒塌方向，不允许任何爆破危害。

2.2 烟囱结构

烟囱底圆形外径约8m，烟囱顶内直径2.8m，烟囱总高为100m。烟囱基础采用预应力静压施工管桩基础，地面以上筒壁为钢筋混凝土厚约1.1m，另有隔热内衬厚约0.23m，竖向配筋为Φ22，为双层钢筋网片结构。外壁设有一座简易爬梯作上下检查使用，两座烟囱占地总面积约616m2。烟囱结构尺寸见图1所示。

图1 烟囱结构示意图

图2 爆区环境卫星图

2.3结构特色

通过实地勘察与竣工图纸比对，本待拆烟囱有两个特点。（1）底部洞口较多，形状与位置不规则。烟囱共布置3个洞口，西面为熔窑烟道口，底标高0.34m，顶标高3.76m，内径3420mm，洞口布设加强钢筋网；东面为出灰口，底标高0.34m，直墙圆顶拱行，直墙高960mm，顶拱内径473mm，顶标高1.773m；南面为余热锅炉烟道口，为圆形，内径1.1m，余热锅炉烟道口中心标高5.8m，底标高4.7m，顶标高6.9m。（2）壁厚大。国内同高度烟囱壁厚厚度均在30cm至70cm，很少有壁厚超出1.0m的实例，本项目烟囱壁厚达到1.1m，加上内衬厚度23cm，隔热层厚度20cm。厚度达到1.53m。

3 爆破拆除方案的选择

3.1 爆破难点分析

（1）底部洞口多，形状与位置不规则，对倒塌方向的控制不利。

（2）烟囱壁厚大，爆破切口的有效高度缩小，影响爆破参数的选取；在国内已爆破拆除的烟囱工程实例中，没有如此厚度的壁厚，无可供参考的工程实例。

（3）烟囱高，自重大，倒塌时倾覆力矩大，筒体着地触地振动大。

3.2 拆除方案

考虑到周边环境及烟囱结的底部洞口位置不规则及壁厚大的特点，本工程选择用单切口定向爆破拆除方案。综合对比不同开口位置的经济效益和安全性的各项指标，选择在地面以上+10.2m的位置设置爆破正梯形切口的爆破方案。

4 爆破设计

4.1 切口位置

根据本工程烟囱结构的特殊性，底部（标高0～8.0m范围内）壁厚1.1m，竖向及环向钢筋直径均为22mm，孔网间距150mm×150mm，且由于烟道口及出灰口的布置，其周围钢筋加密，局部钢筋间距仅20mm。第10节筒身（标高8.0～10.0m范围内），因牛腿布置的原因，壁厚不均，逐渐变化，且该段环向钢筋加密，间距仅75mm。在国内已爆破拆除的烟囱工程实例中，没有如此厚度的壁厚，无可供参考的工程实例。工程中，若装药量小则导致筒壁混凝土不能顺利脱笼，影响有效的切口高度，若装药量大，则增加了爆破防护的难度，爆破飞石难以控制。为了避免上述矛盾，本工程选取切口的位置与第9节筒身范围段，即爆破切口底部选择在标高10.2m的位置。该段筒壁外直径7366mm，周长23.13m，筒壁厚度320mm，隔热层厚度200mm，内衬厚度230mm。竖向及环向钢筋直径均为22mm，孔网间距150mm×150mm。

4.2 切口形状

爆破切口的形状直接影响烟囱倒塌的准确性，一般为长方形、梯形、倒梯形、两翼形等。本设计考虑，为了保证切口的对称和保留部分的稳固，选择定向较为准确、易于控制的梯形切口，如图3、图4所示。

图3 爆破切口范围示意图

图4 爆破切口展开示意图

4.3 切口高度［6］

爆破切口高度，根据经验公式：H= 3.0～5.0 δ= 3.0～5.0 ×0.32 =0.96～1.6 m

式中：δ为烟囱外壁厚，m；H为烟囱底部外径，m。

为了确保爆破切口形成后，烟囱能够顺利倒塌，且有足够的触地冲量，以便使烟囱大部破碎解体，根据我司类似工程实践经验，并结合实际布孔需要，取开口高度H=2.1m，如图4、图5所示。

4.4 定向窗

为了确保烟囱按设计方向倒塌，在爆破切口两侧各开一个定向窗，即在保留部分与炸毁部分的分界线两侧，按要求设计的梯形两下底端，用取芯钻或水钻开出三角形对称定向窗口，三角形倾角取38.9°，底边长取为2.6 m。（如图3、图4所示）。

4.5 切口弧长

爆破切口圆心角是爆破的重要参数，其值大小对烟囱爆破倾覆态势、平稳程度、扭折、后坐等至关重要。考虑到本烟囱为高、重及其特殊结构，为保证其倾覆过程平稳，防止后坐等，爆破切口弧长L，按以下经验公式确定：

L= 210 /360 ～240 /360 πD

= 210 /360 ～240 /360 ×3.14×7.366

=13.49～15.42 m

本工程取切口对应圆心角a =230,则L=14.80m。梯形切口，斜段倾角取α=38.9，则梯形上底长度为9.6m。

4.6 爆破参数设计

爆破参数设计如下:

（1）孔深1= 0.65～0.7 δ=0.208～0.224m;本工程取孔深21cm。

（2）孔距a取0.30m。

（3）排距b=a=0.30 m，正方形布置。

（4）单耗：底部3排q取3.5kg/m3；上部4排q取2.5kg/m3。

（5）单孔药量：

Q = qabδ

= 2.5～3.5×0.30×0.30×0.32

= 0.072～0.10 kg

均采用集中装药。根据布孔安排，孔排数为8排，总孔数约为176个孔，底部3排孔（66个）孔深取21cm，单孔装药取100g，上部5排孔（110个），孔深取20cm，单孔装药量取75g，单个烟囱总药量约14.85kg。

4.7 起爆网路设计

为了保证爆破切口所有炮孔同时安全准爆，采用瞬发导爆管雷管起爆系统。采用簇连方式连接（俗称“大把抓”），将炮孔引出的导爆管反向捆绑在双发导爆管传爆雷管上，以保证传爆的可靠性和准确性。孔内雷管用ms5段，孔外传爆雷管用ms1段，如图5所示。

图5 起爆网路示意图

5 预处理与安全控制

5.1 预处理

预拆除工作在本次爆破中极为重要，其目的是解除倒塌障碍，增强定向倒塌可靠性，减少后期爆破的炸药量和爆破器材消耗量。主要工作内容是：

（1）爆破前，在设计位置按要求开出定向窗，定向窗范围内的钢筋全部割断。

（2）在倒塌方向轴心线中心的窗口开1个宽2.4m高2.1m的中间窗，定向窗与中间窗口开设采用风镐或水钻沿轮廓线钻一排孔，然后采用爆破法爆破破碎，切断全部钢筋。

（3）预拆除爆破切口范围内的内衬、隔热层。将烟囱内部所有碎渣全部从烟道口清除出去。爆前清扫钻孔部位内衬壁上的粉尘，避免可能产生的粉尘危害。

5.2 安全控制

支撑体强度验算。由于爆破切口位置的提高，爆破时是否发生后坐是影响倒塌方向的关键，故支撑体强度验算尤为重要。

高耸筒状构筑物采用定向倾倒爆破拆除，筒体下部预留支撑体，由于高耸筒状构筑物结构几何尺寸不同，支撑体大小不同，在爆破切口形成瞬间，一般会产生支撑体局部受力下沉现象，这种现象作用范围小、时间短，属正常现象。但是支撑体强度若不能抵抗筒体压力时，有可能形成支撑体大面积的破坏，这样就会造成筒体倾倒失控和方向偏离，危害环境安全，造成不良后果，因此在设计时必须验算预留支撑体强度。

支撑体抵抗强度决定于其横截面形状，可近似地用下式表示：

式中：kR—支撑体截面抗压强度，MPa; S—支撑体横截面面积，m2;

h—支撑体高度，m;

u—支撑体横截面周长，m；

a—混凝土抗压强度，Pa；

b—钢筋抗压强度，Pa。

代入数据得：

=18.44

支撑体在构筑物重量作用下，保留支撑体横截面积S= 3.14×7.366-14.8 ×0.32=2.665，承受的垂直压应力σR=P/S=15×106/2.665=5.628Mp

因为σR＜kR，因此安全。

烟囱倒塌所产生的触底振动安全验算

高耸建筑物的倒塌，必须预防二次振动的危害。建筑倒塌冲击地面引起振动大小与被爆体的质量、刚度、重心高度和触地点土层条件等有关，中国科学院工程力学研究所根据大量的实测数据提出了硬质地面触地的震动公式：

式中：Vt为爆破坍塌物触地引起的地表振动速度，cm/s；

R为观测点至冲击地面中心的距离，m；

M为下落构件的质量，t；由计算可知，切口范围以上部位筒壁及内衬总重约1500t。

g为重力加速度，m/s2；

Kt、β—衰减系数，Kt=3.37，β=1.66；

H为构件中心的高度，m；本项目取烟囱切口范围以上部分的重心的总高度H=33.9m。

σ为地面介质的破坏强度，MPa；一般取10 MPa。

烟囱总质量：M约1500t；H=33.9m；g=10m/s2; R=110+23.9=133.9m。

代入上式计算，求解Vt=0.399cm/s。

由以上计算可知， Vc小于5cm/s，对待爆烟囱以东110m的建筑不会造成触地振动危害。

6 爆破效果与体会

6.1 爆破效果

两个烟囱同时起爆，同时倾倒。起爆约3s后烟囱开始有倾倒趋势，7s时烟囱倾倒角度达到20度，倒塌速度逐渐加快，整个倒塌过程共用时约12s，烟囱按指定方向倒入减震沟内，彻底破碎，无飞石，落地后无侧向飞石。周围震感不强，未对居民区房屋造成损坏。整个爆破取得圆满成功，爆破效果如图6所示。

图6 爆破效果

6.2 体会（1）灵活选择爆破切口的位置，同时避开了烟囱底部多洞口及壁厚大的特点，是本次爆破成功的关键。（2）提高切口的位置，为拆除爆破节约了钻孔及防护的工程量，减少了预处理内衬的工作量，提高了经济效益。

［1］谢先启, 刘昌邦, 贾永胜, 等. 100m钢筋砼烟囱爆破拆除[J]. 工程爆破, 2009, 15(4):47-49.

［2］王希之, 谢兴博, 谭雪刚, 等. 210m高烟囱爆破拆除技术[J]. 工程爆破, 2011, 17(2):53-55.

［3］陶顺伯. 复杂环境下的烟囱爆破拆除[J]. 西部探矿工程, 1998, 10(3):38-39.

［4］齐宪秀, 张义平, 池恩安, 等. 复杂条件下4座烟囱拆除爆破[J]. 爆破, 2010, 27(3):64-66.

［5］杨建华, 马玉岩, 卢文波, 等. 高烟囱爆破拆除倾倒折断力学分析[J].岩土力学, 2011, 32(2):459-464.

［6］汪旭光, 于亚伦. 爆破拆除理论与工程实例[M]. 北京:人民交通出版社, 2008:124-138.

［7］GB 6722-2003爆破安全规程[S]. 北京:中国标准出版社, 2004.

Blasting Demolition of a 100m Chimney in Guangzhou South Glass Co., LTD

LIU Zhe, YANG Zhi-hong
（Guangdong Blasting Engineering Co. Ltd., Guangzhou 510000, Guangdong, China）

This essay illustrates the engineering example of blasting demolition of two 100m-high chimneys in Guangzhou South Glass Co., Ltd. With the consideration of the dismantled chimneys' structure and surroundings, as well as taking all of the holes at the bottom of chimneys and the walls' thickness into account, the position and shape of the blasting cutting was neatly selected and designed. After determining the technical parameters of blasting, assisting with millisecond delay blasting, cluster relay duplex network and. safety protection measures, favorable blasting demolition was achieved which can be the reference for similar engineering.

chimney；blasting demolition；cutting location；cutting shape；safety

TB41

B

1009-3842（2015）03-0056-05

2015-04-03

刘哲（1984-），女，广东潮州人，工程师，主要从事工程爆破方面研究工作。E-mail: 492966874@qq.com