陳飛權 汪 澤 劉 桐

（浙江省高能爆破工程有限公司 杭州 310030）

1 工程概況

1.1 爆區(qū)環(huán)境

某熱電廠內(nèi)一座使用中的煙囪需要盡快拆除重建，周邊環(huán)境極其復雜：

煙囪東側(cè)38.2m處為液堿、氮氣、天然氣管線橋架，45m處為燒堿冷卻車間，冷卻車間內(nèi)設有灰塵濃度報警器，爆破時若溶入冷卻水內(nèi)的灰塵達到臨界值，會造成車間自動停止冷卻水循環(huán)而導致整個廠區(qū)停產(chǎn)；南側(cè)3.5m處為引風機房；西側(cè)12.5m處為輸煤皮帶車間；北側(cè)12.5m處為廢棄污水池，35m處為地下排水管道及氧氣管道，38m處為鍋爐渣場，62m處為廠區(qū)道路，75m處為液堿、氮氣、天然氣管線橋架，見圖1。

圖1 周邊環(huán)境

1.2 煙囪結構

煙囪高80m，屬鋼筋混凝土結構，混凝土標號C30，內(nèi)外雙層布筋，鋼筋尺寸φ（6～25）mm不等；煙囪北側(cè)底部+0.3m處設有一斷面為高2.1m，寬1.5m矩形出入口；東西方向+5.75m處有一斷面為高2.45m，寬1.8m的矩形對稱煙道口，筒壁參數(shù)見表1。

表1 煙囪筒壁參數(shù)

2 爆破方案

2.1 工程特點

煙囪自身高80m，東北方向能提供的最大倒塌距離為71m，其倒塌范圍角度僅為10°，可供倒塌空間狹小，對于倒塌方向的準確度提出了極高的要求。同時考慮到周邊環(huán)境復雜、煙囪自重較大，必須嚴格控制振動、飛石、揚塵等危害效應對環(huán)境的影響。

2.2 總體方案

一般而言，煙囪定向爆破拆除所需的水平安全距離不小于倒塌高度達到1.0~1.2倍[1]，然而倒塌空間能夠提供的安全距離僅為71m。在倒塌空間不足的情況下可以采用原地倒塌、折疊倒塌與高位切口定向倒塌三種方案：原地倒塌是指煙囪利用自重在塌落沖擊地面時不斷解體，但待拆除鋼筋混凝土煙囪結構強度良好，無法適用；折疊倒塌需要除了底部切口外，在中部再形成一個或幾個切口，進而分段起爆使其同向或不同向折疊倒塌，但該方法影響因素多，技術可控性不強。

因此最終采用高位切口定向倒塌方案：倒塌方向確定為北偏東13°，將爆破切口設置在+15m處，以此將所需的安全倒塌距離控制在65～71m之間，對剩余部分在爆后采用機械拆除。

3 爆破設計

3.1 爆破切口

煙囪的定向爆破拆除中，決定其倒塌方向的關鍵就是切口，而切口成功與否的關鍵因素是應力集中點，即所留支撐部的脆弱面，只有應力集中點以設計倒塌中心線呈軸對稱，進而使脆弱面的斷裂帶水平，才能夠使煙囪倒塌精準度得到保障。常用的正梯形、倒梯形、矩形、人字形等切口形狀中，正梯形應用面最廣，保留的支撐部后坐效應小，同時可以利用兩個底角（即切口形成后的應力集中點）來控制脆弱面斷裂帶的形成保持水平對稱。最終確定采用正梯形切口，中間設置導向窗，兩側(cè)設置定向窗。

結合以往煙囪爆破拆除經(jīng)驗，正梯形爆破切口圓心角取α=225°，則切口弧長L=（225°/360°）πD=14.1m；切口高度由經(jīng)驗公式H=（5～10）δ，取H=1.75m。

圖2 爆破缺口斷面

圖3 爆破缺口展開

3.2 預處理

①爆破切口形成后，為了避免同水平剩余的筒壁對切口上方筒體產(chǎn)生的牽拉作用影響其傾倒過程及精準度，對該部分進行弱化處理：即在煙囪倒塌中心線背部采用風鎬剔露出2m長范圍的橫豎向外層主筋，并在爆破前將豎向鋼筋切斷。②導向窗及定向窗在試爆時初步形成，人工進行二次修規(guī)。③內(nèi)襯和耐火磚采用爆破方法處理，即沿爆破切口范圍下底線每隔60cm穿鑿炮孔至筒壁和耐火磚之間，裝藥200g，與煙囪試爆時同時起爆。

3.3 爆破參數(shù)

最小抵抗線：w=（1/3）δ=1/3×35=11.7cm；

孔距：a=（1.0～1.5）δ=1×35=35cm；

排距：b=（0.8～1.2）a=1×35=35cm；

孔深：L=（0.6～0.8）δ=0.68×35=24cm；

單孔裝藥量：q=K×a×b×δ=2300×0.35×0.35×0.35=98.6g，取q=100g。

共設置6排炮孔，總孔數(shù)為156個，總起爆藥量為15.6kg。

3.4 爆破網(wǎng)路

為減少爆破振動對周邊設施的影響，煙囪分2段對稱起爆，孔內(nèi)使用Ms2和Ms3段導爆管雷管對稱布置在導向窗中心線兩側(cè)，最后用四通連接成閉合復式網(wǎng)路引至起爆站。

4 安全與防護

4.1 爆破振動校核

本次爆破最近主要保護對象是東側(cè)38.2m處的管線橋架，根據(jù)拆除爆破震動計算公式[2]：式中：Q-最大單響藥量，7.8kg；R-爆破中心至保護目標的距離，38.2m；k-地質(zhì)條件系數(shù)，取200；k′-折減系數(shù)，取0.5；v-地面質(zhì)點振動速度；ɑ-衰減系數(shù)，取1.7；得v=0.65cm/s。

4.2 倒塌觸地振動校核

煙囪塌落振動引起的地面質(zhì)點振動速度，按照下式計算[3]：

式中：V-塌落引起的地面振動速度；M-下落結構物的質(zhì)量，1450t；g-重力加速度，9.8m/s2；H-結構物中心所在位置高度，40m；R-保護物至塌落中心的距離，38.2m；σ-地面介質(zhì)破壞強度，20MPa；衰減系數(shù)取K=3.37，β=-1.66；得V=2.32cm/s。

根據(jù)我國爆破安全規(guī)程，38.2m處管線橋架安全允許振速為3.5cm/s，可確保安全。

4.3 飛石防護措施

高位切口所帶來的飛石危害效應較一般情況輻射面更廣，因此采取措施如下：

①嚴格檢查并驗收炮孔的填塞長度和質(zhì)量；②嚴禁超量裝藥；③在煙囪爆破切口位置交錯覆蓋兩層草簾、毛竹片、密目網(wǎng)，每一層防護均用數(shù)道鐵絲沿煙囪一周擰牢；④對周圍距離過近的被保護對象利用木板和密目網(wǎng)進行近體被動防護。

4.4 減振預防措施

對于煙囪等高聳建筑物爆破拆除工程，爆破本身產(chǎn)生的振動遠遠小于其倒塌觸地引起的地震動[4]。

因此，在煙囪的倒塌方向上設置了5道緩沖堤和1道防沖堤，分別位于距離煙囪12.9m、24m、37m、48m、57m、65m處，緩沖堤用沙袋壘墊高2.6m寬2.5m。通過沙土來吸收沖擊能，可有效降低塌落振動危害效應以及煙囪倒塌后對水泥地面的沖擊破。

4.5 除塵措施

煙囪本體在日常工作中會殘留較多粉塵，爆破解體過程難以避免產(chǎn)生大量揚塵，為了確保東側(cè)冷卻車間能夠正常運行，首先在爆破前對切口部分及筒體內(nèi)部進行灑水，其次在煙囪倒塌解體穩(wěn)定后，利用若干高壓水槍向揚塵點噴水降塵。

另外，為防止粉塵對循環(huán)冷卻系統(tǒng)造成影響，單獨對循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用密目網(wǎng)進行了近體全覆蓋防護，以此作為粉塵的被動硬隔離措施。

5 爆破效果與分析

煙囪在切口起爆后按設計方向倒塌，傾倒方向向北偏離了1°，未對周邊環(huán)境造成安全影響。倒塌過程中下坐較多，爆堆長度為62m，根部部緊挨保留煙囪。塌落筒體前部38m破碎較好，后部24m結構較完整。余下15m未爆破煙囪被上部煙囪下座后斷面不規(guī)整，遺留下高度約為14m，整體達到預期效果，體會如下：

（1）熱電廠復雜空間下鋼筋混凝土煙囪設置高位爆破切口，要適度把握爆破切口角度，角度過大易造成煙囪下坐嚴重，方向不易控制。

（2）對于設置高位切口的煙囪爆破工程，人工拆除耐火磚和內(nèi)襯較困難，危險系數(shù)大，可采用小藥量爆破的方法進行拆除。

（3）對稱于倒塌中心線切斷鋼筋混凝土煙囪保留支撐部的主筋，可有效解除其部分抗拉強度，降低對上部筒體傾倒過程的牽拉作用，能提高煙囪定向的準確性。