郝震宇，高 翔

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

在21 世紀，隨著國家社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，越來越多的老舊生產(chǎn)線，因高污染、高排放而被逐漸淘汰，因此，越來越多的老舊生產(chǎn)線的拆除過程中，存在著大量的煙囪需要拆除。煙囪的拆除是建筑拆除作業(yè)里最危險的作業(yè)之一，目前常用的方法有人工、機械、爆破及靜力破碎等方法［1-2］。老舊廠區(qū)普遍具有復雜的環(huán)境，甚至部分廠區(qū)距離居民區(qū)較勁，因此，針對此類區(qū)域的煙囪，采用機械拆除具有效率高、操作性好、成本低、影響小等優(yōu)勢［3］。目前，隨著大型機械設備的發(fā)展及普及，老舊廠區(qū)復雜環(huán)境下的煙囪拆除，越來越多的選擇機械拆除。

1 工程概況

1.1 煙囪情況

本文所述拆除的煙囪建于1976年，為鋼筋砼結構，下大上小，下部外徑約9.08 m，上部外徑約5.76 m，標高100 m，總重量約1 800 t，煙囪外部用扁鋼條抱箍加固，使用水泥砂漿抹灰防護?，F(xiàn)場已在煙囪進行取樣分析，分析結果顯示混凝土抗壓強度為29.5 MPa。

1.2 周圍環(huán)境

煙囪兩側分別分布著煤氣、氧氣管道、鐵路、建筑物及住宅小區(qū)，詳細分布距離見圖1，其中距離住宅小區(qū)約300 m，傾倒方向距離道路距離為230 m，氧氣管道距離較近（約23 m），拆除前停運廢棄。

圖1 待拆除煙囪周邊環(huán)境

2 拆除施工方案

綜合考慮煙囪周圍復雜的環(huán)境及緊張的施工工期，因此本次煙囪拆除根據(jù)伐樹原理，破壞煙囪底部，使其結構失穩(wěn)定向倒塌的機械拆除方法。根據(jù)煙囪的結構情況，為保證施工安全有效的進行，此次選用小松PC200-8 履帶式液壓挖掘機及日立360加長臂液壓剪等大型機械設備進行施工。

2.1 傾倒中心線的確認

煙囪的拆除若采用定向倒塌的機械拆除方式，則需要倒塌方向的場地要兼具足夠的安全長度及寬度，長度、寬度方向的安全距離應分別不小于其高度的1.0～1.2倍（從煙囪的中心點起算）、切口部位外徑的2.0～3.0 倍（垂直于傾倒中心線）［4］。而此次拆除的煙囪為鋼筋混凝土煙囪，水平安全距離應適當放大一些。

根據(jù)上述要求，本次煙囪拆除，需要不小于120 m 長、30 m 寬的場地。根據(jù)本文“1.2 周圍環(huán)境”，分析可得確定傾倒方向為正東偏南30°。

2.2 切口位置及形狀

煙囪的切口形成后，保留弧段的抗壓、抗剪強度，一旦低于軸向壓力、切向推力，會使得整個煙囪開始下沉，而在下沉時，壁體介質強度的不均勻性，將導致壓縮破壞過程中，煙囪產(chǎn)生不對稱性，進而影響煙囪最終傾倒的定向性，因此，切口的設計十分重要。

經(jīng)現(xiàn)場測量得煙道口高度為6 m，寬度為4 m，兩側立柱為0.5×1 m 鋼筋混凝土立柱，切口底部由距地表1.0 m 位置開始。切口高度h 一般取切口部位壁厚 δ 的 1.5～2.0 倍［4］，故此次切口高度 h 取值為1.5～2.0 m，考慮到機械遠程操作的可控性，為保證順利拆除，此次拆除切口高度取2.5 m。切口弧長一般不宜小于筒體圓周的1/2，宜取L=（1/2-2/3）πd［4］，D 為切口部位筒壁的外直徑，故此次切口弧長宜取14.26 m～19.01 m，根據(jù)現(xiàn)場具體條件，取15 m。

綜上，結合現(xiàn)場實際情況，此次煙囪機械拆除的切口設計如下，如圖3。

（1）以該立柱的下端內壁向上1 m 用油漆做標識“A”點，“B”點，沿“A”點，“B”點，向上垂直測量2.5 m 分別標識“C”點，“D”點，即形成 AC、BD 兩條2.5m長的線段。

（2）以“A”點平行于煙囪外壁向外側測量6.5 米處做標記“E”點，以“B”點平行于煙囪外壁向外側測量4.5 m處做標記“F”點。

圖2 切口位置及形狀示意圖

2.3 內襯的處理

煙囪內襯的厚度約為12～24 cm，在破碎切口的時候，為了確保倒塌方向的準確性，應同時將內襯破碎。

2.4 煙囪拆除塌落振動速度計算

根據(jù)周家漢教授對塌落振動的研究成果［5-6］，煙囪拆除時，塌落振動速度計算的經(jīng)驗公式如下：

式中，Vt——塌落引起的地面振動速度，cm/s；

M——下落構件的質量，t；

g——重力加速度，9.8 m/s2；

h——構件的高度，m；

R——觀測點至沖擊地面中心的距離，m；

σ——塌落地面介質破壞強度，一般取10 MPa；

Kt、β——塌落振動速度衰減系數(shù)和指數(shù)，分別取3.37和-1.8。

根據(jù)煙囪建筑設計圖紙，煙囪質量M 約為1 800 t，煙囪高度 h 為 100 m，這里 Kt 取 3.37，β取-1.8。

實際施工時，通過在地面開挖減震溝，布設減震堤的方式，改變煙囪的觸地狀況，可減小塌落振度，因此，公式中衰減系數(shù)Kt為原狀地面的 1/3［6］，則計算如表1 所示，均小于國家相關標準［7］。故可以將煙囪塌落振動控制在周邊建構筑物的安全允許振速范圍內。

表1 塌落振動計算結果表

3 施工過程及安全保障

3.1 機械拆除步驟

根據(jù)計算及現(xiàn)場情況，確定機械拆除步驟如下，示意圖如圖3。

圖3 拆除步驟示意圖

（1）拆除前先用氣割割斷傾倒方向背側與切口記號范圍內的扁鋼。然后用加長臂破碎機在以煙囪為圓心，距離圓心15 m 安全距離的圓弧上進行破拆作業(yè)。

（2）首先機械站位在煙囪的側后方，對AC 立柱（1 點）從上而下進行破碎，破碎以AC 線段中點進行劃分，為上下兩步進行。

（3）然后機械逆時針繞行至煙囪的側后方，對BD 立柱（2 點）從上而下進行破碎，破碎以BD 線段中點進行劃分，為上下兩步進行。

（4）立柱破碎后，機械順時針繞行至煙囪的側后方，以AC軸線逆時針后退破拆ACGH（3點），破碎按照從上到下的順序破除。

（5）3 點區(qū)域拆除后，機械逆時針繞行至煙囪側后方，對4點區(qū)域破除。

（6）4 點區(qū)域拆除后，機械順時針繞行至煙囪側后方，對5點區(qū)域破除。

（7）5 點區(qū)域拆除后，機械逆時針繞行至煙囪側后方，對6點區(qū)域破除。

（8）6 點區(qū)域拆除后，機械順時針繞行至煙囪側后方，對7點區(qū)域破除。

（9）7 點區(qū)域拆除后，機械逆時針繞行至煙囪側后方，對8點區(qū)域破除。

（10）8 點區(qū)域拆除后，機械順時針繞行至煙囪側后方，對9點區(qū)域破除。

（11）機械破除時按照從上到下的順序進行拆除。拆除時機械應側向站位，機械邊拆邊移動，始終處于煙囪的側后方，機械移動位置示意圖如圖4所示。當煙囪承重墻壁被破拆掉后，煙囪的重心將發(fā)生改變，向已拆方向偏移，剩下的未拆部分無法支撐，煙囪將因失重向沒有支撐的一側倒去，即達到定向傾倒的目的。

圖4 機械移動位置示意圖

3.2 施工安全保障

（1）飛石的防范

飛石是指在拆除作業(yè)時，因煙囪倒地而釋放出的能量，將砂石、泥土及雜物等物質從作業(yè)點或面拋擲至遠處，主要體現(xiàn)在造成人員傷亡、建（構）筑物損壞、機器設備損毀等方面。飛石的飛行距離的影響因素眾多，主要有煙囪結構、煙囪質量、地質條件、氣象條件等。

考慮到煙囪倒地后產(chǎn)生的飛石可能會對周邊的人員及介質管道等建構筑物造成損傷，因此選擇晴天進行拆除，同時現(xiàn)場通過用無碎石的松土布設減震堤、滿鋪安全密目網(wǎng)及部分鋪設橡膠皮帶等防飛石措施后，將其飛行距離控制在安全范圍內。

（2）減震布置

在距離煙囪低部按照50 m、75 m、87.5 m、100 m位置上［8］，垂直于傾倒方向處，設置減震堤和減震溝，如圖5所示。減震堤減震溝截面為梯形結構，減震堤采用松軟泥土及黃沙，堤下底寬2 m，上底寬1.5 m，高2.5 m。減震溝下底寬2 m，上底寬1.5 m，深度2.5 m。

圖5 減震堤、減震溝設置示意圖

定向傾倒區(qū)間與減震堤、減震溝用雙層2000目安全密目網(wǎng)進行覆蓋，防止石子飛濺。同時減震堤上部使用現(xiàn)場拆除的廢舊皮帶進行覆蓋，增加減震效果。

3.3 拆除效果

較大的風力會對煙囪倒塌方向產(chǎn)生一定的影響，因此此次施工，選定在風力在2級以下的天氣實施，同時拆除期間，氧氣管道停運廢棄，周邊鐵路及其余介質管道臨時停運。煙囪拆除倒塌時，經(jīng)觀測，其傾倒方向與設計方向基本一致，并未產(chǎn)生明顯后座、前沖現(xiàn)象，倒塌后臨時停運的鐵路及介質管道專業(yè)，經(jīng)檢查合格后恢復運行。煙囪本體，從15 m 處摔成扁平狀，20 m 以上混凝土破碎，飛散物的范圍約為20～38 m。距離煙囪75 m 處的煤氣管道區(qū)域，振動速度為0.59 cm/s，距離煙囪50 m 處的鐵路區(qū)域，振動速度為1.34 cm/s，均符合國家相關標準。通過整個拆除過程觀測，此次高大煙囪的機械拆除，各類防護措施均達到預想效果，同時未對周圍建筑物及人員造成明顯的影響及損害，本次煙囪拆除取得了圓滿成功。

4 結論

（1）高大煙囪定向倒塌的機械拆除方法，具有施工周期短、費用低、手續(xù)簡單的特點，具有很高的推廣價值。

（2）切口的設置，是煙囪傾倒的定向性控制的重要參數(shù)。

（3）煙囪傾倒方向設置減震堤、減震溝，更好的降低塌落振動；

（4）機械拆除施工，距離煙囪本體較近，為保證施工安全與質量，須在施工前對作業(yè)人員進行全面交底，并在施工時做好各類監(jiān)控。