120 m钢筋混凝土烟囱控制爆破拆除

郑桂初，邢光武

120 m钢筋混凝土烟囱控制爆破拆除

郑桂初，邢光武

(广东中人集团建设有限公司，广东 广州 510515)

某120 m钢筋混凝土烟囱待爆破拆除，根据其爆破环境，设计布置了复合爆破切口，定位窗，定向窗以及辅助窗。为防止烟囱爆后下坐，爆破前采用砖块配水泥砂浆将两侧的烟道口砌筑，并采用减振沟、缓冲堤、防冲堤、20层密目安全网以及消防车洒水等措施控制爆破危害。爆破后，烟囱按设计方向倾倒落地，倒塌长度约 116 m，爆堆高度约3 m，无飞石，二次飞溅最大距离约20 m，东北侧60 m处振动监测最大值0.74 cm/s，西侧140 m古祠堂处振动监测最大值0.15 cm/s，对周围环境设施没有影响。

120 m烟囱;爆破拆除;定位窗;定向窗;安全防护

1 项目概况

1.1 烟囱结构特点

待爆破烟囱为钢筋混凝土结构，建于上世纪90年代初，烟囱高120 m。其结构参数及特点如下：

（1）筒身混凝土强度：+0.0～+70.0 m为C30；+71.0～+120.0 m为C25。

（2）+0.0 m水平：钢筋混凝土筒壁外半径5.70 m，壁厚50 cm；烟囱顶部外半径1.83 m，壁厚16 cm。

（3）+3.5 m水平烟囱剖面：由外到内，依次为钢筋混凝土筒壁、珍珠岩隔热层、耐火砖内衬。其中，筒壁厚50 cm，隔热层厚8 cm，内衬厚24 cm，见图1。

（4）筒身配筋情况：主筋：0～70 m外侧Φ20 mm、内侧Φ18 mm；71～120 m外侧Φ16 mm、内侧Φ12 mm；其余主筋为Φ12 mm和Φ14 mm；拉筋Φ6 mm，环向钢筋为Φ10～Φ14 mm。

（5）烟道口对称分布在烟囱东南−西北两侧，烟道口下沿标高+5.03 m、烟道净高4.8 m、宽3.84 m；烟道口左右宽度1.0 m处加强配筋，内外主筋均为11 mm×Φ25 mm、侧向6 mm×Φ25 mm、箍筋为Φ8 mm×200 mm。

（6）烟囱正北侧底部有1个出灰口，尺寸为2.0 m（宽）×3.2 m（高）。

（7）烟囱总质量约2700 t。

1.2 爆破环境

待爆破拆除的烟囱位于广州市番禺区北约大路永大集团厂区，东侧距低层钢混框架结构厂房约60 m、距离北丽园高尚住宅小区约90 m，南侧距万豪儒林小学约100 m，西侧距市头村祠堂古建筑约140 m，北侧距市头码头约130 m，东南侧100 m及西侧100 m以外存在较多的砖混结构民居。其爆破环境见图2。

图1 +3.5 m烟囱结构示意图

图2 烟囱爆破环境及倒塌方向示意图

1.3 工程难点

（1）烟囱结构强度高，整体稳定性好，爆破难度大。

（2）环境复杂，拆除爆破影响范围内存在厂房、民居、学校、文物。

（3）祠堂历史悠久，不得有半点闪失，万一受到影响，将引发社会稳定问题。

（4）烟囱质量大，重心高，倒塌触地振动不得对祠堂、民居及其它建构筑物造成有害影响。

（5）环境复杂，人口密度大，必须采取措施，防止烟囱爆破及触地引起的二次飞溅危及人员的生命财产安全。

2 总体爆破方案

根据该烟囱的结构特点和难点、周围环境特点，采用定向爆破拆除方案，在烟囱底部布置一个爆破切口，向正北方向定向倾倒。参见图2。

爆破时对爆破切口进行严密防护，并采用减振堤、减振沟等安全措施，严格控制爆破个别飞散物及拆除爆破振动等有害效应。

3 爆破切口及爆破参数

3.1 爆破切口位置选择

为了达到倒塌方向易控制和安全、方便施工，针对本烟囱特点及实际情况，爆破切口选在距地面标高为1.0～3.5 m范围内，即切口上沿位于灰斗平台以下1.5 m处。

3.2 爆破切口参数

3.2.1 定位窗和定向窗的开设

烟囱切口爆破前，在对称于倾倒中心线的切口两侧开设定位窗，定位窗之间开设定向窗，定向窗的中心设置在倾倒中心线上（见图3），定位窗与定向窗之间对称开设辅助窗，为了确保位置准确，定位窗与辅助窗的边界采取镐头机破碎，采用砂轮机修整磨平。

3.2.2 爆破切口形式

为了使烟囱倒塌过程中切口完全闭合，确保倒塌方向的准确性，也为减少定位窗工作量，采用近似正梯形与三角形相结合的复合型爆破切口（见图4）。切口定位窗底角为25°，爆破切口圆心角为216°。

定位窗底角为25°，1取75 cm。

图3 烟囱余留截面及爆破切口范围

图4 烟囱爆破切口形式

3.2.3 爆破切口高度P

为了使切口形成后，切口内裸露的竖向钢筋必须失稳。同时，烟囱在倾倒至较大角度时，切口的上下沿才闭合相撞，防止相撞时使倾倒方向发生偏离。因此，其倾倒至爆破切口闭合时，重心位置必须偏移到切口标高处筒壁范围以外。

根据经验取P=（1/6～1/4），式中，p为切口高度，m；为烟囱切口处的直径，m。

经计算烟囱的最大切口高度为：p=1.9～2.85 m，取2.50 m。烟囱爆破切口展开情况见图5。

3.2.4 爆破切口长度p

切口底部长度p1=（/360°）π=21.48 m；

切口顶部长度p2= 15.24 m。

图5 爆破缺口展开平面（单位：m）

考虑预处理内衬，烟囱爆破切口的装药参数参见表1。

表1 药孔及装药参数表

4 预处理

（1）定位窗和辅助窗的开凿。用经纬仪测量放线，确定定位窗和辅助窗位置，采用人工机械方法在倒塌中心线两侧对称开凿定位窗和辅助窗，定位窗和辅助窗的边界采取镐头机和砂轮机修整。

（2）积灰的处理。为减小尘源，爆破前将筒壁内积灰清理，同时采用了高压水对挡灰板上的积灰冲洗干净，彻底清理平台上的碎渣等。

（3）金属构件的处理。为了防止烟囱金属构件影响倒塌方向，爆破前将避雷针和铁爬梯从5 m标高处用气割割断。

（4）内衬及隔热层的处理。切口范围内的内衬和隔热层，采用了人工机械方法，在爆破前实施预拆除且清理干净。支撑部位的内衬和隔热层完整保留。

（5）烟道口的处理。完成以上预处理后，采用了红砖配水泥砂浆将东南−西北两侧的烟道口砌筑并达到足够强度后再实施烟囱爆破拆除，确保爆破时烟囱底部支撑平衡，防止烟囱倒塌方向偏移。

5 爆破网路

采用复式导爆管传爆网路（见图6）。每个炮孔内设置2发MS-9段非电延期导爆管雷管，孔外采用簇联，每10～15根导爆管为1把，用2发MS-3段导爆管雷管连接，连接处用电工胶布包扎好，并用橡胶包覆，用导爆管引至起爆站，采用起爆器击发起爆。爆破总延迟时间约为460 ms。

6 爆破安全控制

6.1 预处理烟囱稳定性校核

烟囱预处理后，不考虑内衬及隔热层的支撑作用，经计算爆破切口底部筒壁支撑面积为=11.76 m2，而烟囱自重=2700000 kg，计算得烟囱荷载在切口底部剩余支撑筒壁上产生的压应力：=/=2.296 MPa，远小于混凝土抗压强度30 MPa。因此，预处理后烟囱不会因载荷作用而使剩余支撑筒壁压溃而坍塌。

图6 起爆网路示意图

6.2 爆破瞬间烟囱支撑部强度校核

烟囱爆破瞬间，切口在闭合过程中，烟囱支撑部面积支撑部=6.845 m2，切口上部烟囱筒体在支撑部筒壁产生的压应力支撑部=/支撑部=3.945 MPa，远小于混凝土抗压强度30 MPa。因此，拆除爆破瞬间烟囱不会因载荷作用而使支撑部压溃而下坐。

6.3 爆破振动安全控制

根据前苏联萨道夫斯基公式，爆破产生的质点振动速度为：

式中，为最大一段（次）齐爆药量，35 kg；为爆点中心至被保护目标的距离，m；为拆除爆破装药分散系数，、为与地形、地质条件有关的系数和衰减系数，根据类似工程经验，取 7.06，取1.6。经计算，爆破时距离60 m处的质点振动速度为0.067 cm/s，小于国家标准允许振速 2.0 cm/s。

6.4 塌落振动危害控制

根据中科院力学所的建筑物拆除爆破塌落振动公式计算烟囱塔落振动：

V=K×[(/)1/3/]（2）

式中，V为构件塌落引起的地表振动速度，cm/s；为下落构件质量，t；为重力加速度，m/s2；为构件质量中心的高度，m；为地面介质的破坏强度，MPa，一般取10 MPa；为观测点至冲击地面中心的距离，m；K、为衰减参数，根据类似工程经验，分别取K=3.37，=1.66。

本烟囱总质量约为=2700 t，质心高度经计算为=45.84 m，经式（2）计算的塌落振动值见表2。

表2 烟囱塌落振动计算值

为了确保安全，采用以下措施降低塌落振动及防止烟囱头部前冲：

（1）在烟囱倒塌中心线方向，自烟囱底部至50 m的地面上，采用灰土铺设0.3～0.5 m的柔性垫层，上覆双层密目尼龙网。

（2）在烟囱倒塌中心线方向50，80，110 m位置地面采用沙包构筑底宽4 m、上宽2 m、高2 m的缓冲堤，防止烟囱倾倒时直接作用在刚性地面上；同时在烟囱倒塌中心线方向120 m位置地面采用沙包构筑1道底宽5 m、上宽2 m、高2.5 m的防冲堤。缓冲堤、防冲堤的上方覆盖双层密目尼龙网。

（3）在烟囱倒塌场地的东侧、南侧与西侧分别开挖了一条深约1.5 m、宽约1 m的减振沟，使倒塌场地与保护目标隔离，进一步削弱了爆破振动与烟囱落地振动强度，确保了保护目标的安全。

6.5 爆破飞散物及二次飞溅的控制

爆破前采取了被动防护措施对飞石进行直接防护，并在爆破部位用20层密目安全网覆盖的方式进行飞石防护。

采取上6.4节所述的安全措施，有效控制钢筋混凝土烟囱筒体撞击地面产生的飞溅碎片，确保其飞散距离控制在较小的范围内。

6.6 爆破粉尘的控制

（1）爆破前采用了高压水将烟囱内灰斗的积灰清理干净；

（2）爆破前对烟囱倒塌中心线两侧各50 m范围内的尘土清扫干净，再洒水湿润；

（3）在爆破后及时采用了2部消防车喷淋降尘，有效减小了爆破粉尘污染。

7 爆破效果

2018年1月12日下午3:00在实施安全警戒250 m确认环境安全之后，对烟囱实施爆破拆除。爆破后，烟囱沿着预定正北方向精准定向倾倒，烟囱落地最远点约116 m，爆堆高度约2.5 m，烟囱中部先触地，烟囱中部至烟囱头部裂成6块，烟囱没有下坐、后坐，切口无飞石，烟囱落地二次飞溅的最大距离20 m，爆破拆除取得圆满成功。经现场测振，测得靠近烟囱根部60 m的东北侧厂房地面测点的爆破垂直振动最大值为0.74 cm/s，水平振动最大值为0.63 cm/s；距离烟囱根部140 m的市头村祠堂古建筑地面垂直振动最大值为0.15 cm/s。爆破作业对周围环境设施没有造成有害影响，不影响周边工厂、学校和居民的正常工作和生活，成功折除了该120 m高烟囱。

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[5] 邢光武,张北龙.厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法研究[J].爆破,2016,33(4):98-101.

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[7] 邢光武.一种厚壁砖烟囱定向窗的爆破施工方法[P].中国, 201510873796.6,2015-12-02.

(2018-11-30)

郑桂初(1965—),男,广西人，本科, 工程师,主要从事爆破工程设计和施工管理工作, Email:1729512028@ qq.com。

邢光武(1965—),男,广东人，本科,高级工程师,主要从事爆破工程设计施工及安全技术方面的实践及研究工作,Email: 457941553@ qq.com。