砖烟囱爆破拆除的优化措施

谢续文

（湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 长沙 410005）

近年来，作者参与了100多个砖烟囱的人工、机械、爆破拆除实践，对砖烟囱的结构以及倾倒失稳的条件有了进一步的认识，为了给实施砖烟囱爆破拆除提供有价值的经验，下面针对砖烟囱结构特点，对砖烟囱爆破拆除过程出现的特规律进行分析、总结，为高效、经济、安全地爆破拆除砖烟囱提供依据。

1 砖烟囱结构

砖烟囱一般由烟道、内衬、隔热层和筒壁几部分组成（见图1）。

图1 砖烟囱典型结构图

烟道宽度一般1.1～1.2 m，高为1.2～1.5 m。多数情况下，砖烟囱为单侧烟道。粘土砖厂烟囱位于窑中间部位时，则为双侧对称贯穿烟道。烟道位于地下、窑内、或烟囱底部。当爆破缺口取在烟道上一定高度时，烟道对爆破缺口参数选取无实质性影响，可视作无烟道。如砖厂烟囱位于窑中部、爆破缺口选在窑顶的情况。烟道对爆破方案影响见表1。

内衬由耐火砖砌成，厚度一般为12 cm和24 cm,高度一般为5 m，隔一定间距用砖搭砌在筒壁上，与筒壁形成一定牵扯。所以烟囱爆破时，必须要对爆破缺口内的内衬进行处理。

表1 烟道对爆破方案选取影响

隔热层厚度一般为5 cm左右，高度与内衬一致，材料有空气和炉渣两种，如果是炉渣，将严重地妨碍钻孔的穿越。位于地下的烟道较长时，烟囱可省掉内衬和隔热层两部分。

筒壁由红砖砌成，厚度从上至下，逐层增加，分别为24 cm、37 cm、50 cm、62 cm、75 cm等几种厚度。值得特别一提的是少数烟囱砖壁内设有钢筋混凝土圈梁，它的存在，极大地提高了烟囱壁的整体性，对爆破参数有较大的影响。

2 爆破缺口形状与参数

在多数情况下，砖烟囱爆破采用正梯形爆破缺口，见图2。

在烟囱壁上开设一缺口时，缺口上方将形成一个三角拱形拉应力区，缺口上方的砖块受力分析见图3。

图2 正梯形爆破缺口

图3 缺口上方砖块受力分析

式中：Mg——砌体，随缺口长度增加而增加；

F——砖块两端砂浆与砖块摩擦力，大小与两端侧压力P及摩擦系数有关；

f——砖块上方与砂浆的粘性力，随缺口长度增加而增加，但相较前两者，较小。

当缺口增加到一定长度时，Mg>F+f，上方砖块将掉落。特别是当爆破缺口形成时，作用在壁上的高压气体压力突然释放，在缺口处将产生回拉应力，更容易激发缺口上方砖块垮落（见图4）。下面烟囱爆破图片中，采用正梯形缺口，爆破后形成的实际缺口高度是设计缺口高度的 2～4倍，使保留的支撑体过高，在烟囱倾倒时抗弯能力大幅减低，容易使支撑体产生后折或下坐，实践中发生过后折5 m的情况。

要防止缺口上方砖块垮塌，必须减小缺口上方尺寸，从这个角度出发，缺口形状最好是正三角形（小角度梯形），其次是正梯形。斜形缺口[1-2]引发缺口上方砖块垮塌高度最大，其次是矩形、倒梯形和倒三角形。

图4 缺口上方砖块垮塌

为了保证烟囱倒塌的准确性，后支撑部分筒体必须有足够的支撑力和抗折能力。支撑力与后支撑弧长相关；抗折能力与后支撑弧长及缺口高度相关。后支撑弧长越小，缺口高度越高，烟囱在倒塌翻转过程中，越容易下坐和后折，烟囱倒塌的精准度越差，但倒塌的距离越小。烟囱支撑后折见图5。

图5 烟囱倾倒时支撑体后折

根据烟囱倒塌过程的受力分析[3]和上文缺口分析，各种典型爆破缺口优缺点和应用条件见表2。

表2 典型爆破缺口对拆除爆破效果的影响

采用炮机定向拆除砖烟囱时，缺口长度占筒壁周长的48%～51%，烟囱即发生定向倾倒。这主要与烟囱的牢固程度有关，烟囱越牢固，缺口长占比越大，但一般不会超过51%。以此为依据，适当留有安全系数，笔者在几十个烟囱爆破切口设计上均采用了52%～53%的切口长度，全部倾倒准确，因此，砖烟囱爆破缺口长度正常情况下取筒壁周长的52%～53%，可以很好地兼顾烟囱的倒塌精度和倒塌可靠性。只有受双侧烟道影响时，爆破缺口长度才取筒壁周长的55%以上。当缺口内遇有钢筋混凝土圈梁时，圈梁整体性好，爆破长度占圈梁周长的53%以上。

缺口内布4排炮孔，爆高为1.2～1.5 m。

3 内衬处理和炮孔深度

砖结构烟囱设计上最重要的依据就是筒壁的厚度，从外部判断往往难以准确判定，因此在钻孔施工时，首先垂直烟囱壁面向烟囱中心钻穿一个炮孔，以确定烟囱是否有内衬，内衬与筒壁是否有填料，探明筒壁的真实厚度。

如果烟囱有内衬和隔热层，则按以下方法和优先顺序进行处理：

（1）人工处理法：施工人员能进入烟囱内时，人工用大锤或风镐拆除缺口内的内衬，炮孔深度L为2/3壁厚（δ）；

（2）爆破处理法：人员不能进入烟囱内，且隔热层为空气时，可以采用爆破法处理内衬，在钻孔施工时将两排炮孔超深钻入内衬5cm，分两层装药，第一层装药炸内衬，第二层装药炸筒壁（见图 6）；

图6 双层装药结构

（3）爆炸产物摧垮法：人员不能进入烟囱内，且隔热层为炉渣无法成孔时，设计两排炮孔钻穿筒壁（见图7），加大装药量，实行偏内侧装药，让爆炸高压气体及爆破碎渣摧垮内衬。

图7 超深钻孔

4 炸药单耗

正常装药，炸药单耗选1100～1300 g/m3；实施偏内侧装药，让爆炸高压气体及爆破碎渣摧垮内衬时，炸药单耗选2000 g/m3左右，加上适当防护，都可以很好地控制爆破飞散物的距离。

5 结 论

（1）根据周边环境条件合理选用切口形式，特别是烟囱倒塌反方向空间受限时，应采取三角形（小角度梯形）切口，避免爆破后的切口上沿砖体大幅垮塌。

（2）砖结构烟囱切口长度为 52%～53%时可以保证烟囱的倾倒条件，并且是保证烟囱倾倒准确性最佳的切口长度条件。

（3）采用爆破法处理内衬是安全有效的方法，即避免人工处理的安全隐患和施工难度，又可确保内衬的处理效果。