210 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

孫向陽，朱金華，郭天天

(1.湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410005； 2.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410003)

華潤(rùn)電力(錦州)有限公司一座210 m的煙囪需要通過爆破方式拆除。煙囪為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)，底部外半徑10.1 m，底部筒壁為C30混凝土，壁厚0.6 m，煙道積灰平臺(tái)坐落在圈梁上，距地面5 m，積灰平臺(tái)以下無耐火磚，圈梁高1 m ,厚度0.9 m。在煙囪積灰平臺(tái)上東南和西北方向各有一個(gè)高11 m、寬5.6 m的煙道口。平臺(tái)以下的煙囪筒壁為雙層布筋，外側(cè)豎筋Ф28×150、環(huán)筋Ф25 mm×200 mm，內(nèi)側(cè)豎筋Ф14×150 mm、環(huán)筋Ф12×200 mm。煙囪筒體底部地坪下5 m建有人防工程。煙囪混凝土體積約3600 m3，總質(zhì)量約為1萬 t。

待拆除的210 m高煙囪位于廠區(qū)的中間區(qū)域，東側(cè)為大面積的開闊地，距廠區(qū)院墻外的居民建筑在400 m以外，南側(cè)距220 kV升壓站的邊緣最近距離約210 m，爆破時(shí)升壓站保持正常運(yùn)行，為主要的保護(hù)設(shè)施。西側(cè)距電廠的辦公樓約280 m，北側(cè)200 m范圍內(nèi)無需要保護(hù)的建筑和設(shè)施，爆破環(huán)境相對(duì)較好。

1 爆破方案

1.1 傾倒方向

待拆除煙囪周邊環(huán)境條件相對(duì)較好，煙囪的東側(cè)場(chǎng)地寬闊，400 m范圍內(nèi)無任何建筑物，南側(cè)210 m處有升壓站，北側(cè)200 m處有居民房，煙囪的傾倒軸線選擇在東偏南20°方向。

1.2 爆破切口

爆破切口的形狀、切口所對(duì)應(yīng)的圓心角、切口高度等是影響煙囪失穩(wěn)及定向傾倒的關(guān)鍵因素，也是煙囪爆破拆除設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)，爆破切口如圖1所示。

(1) 爆破切口的位置。為了能夠滿足煙囪傾倒過程中切口完全閉合的設(shè)計(jì)要求，保證定向準(zhǔn)確，并考慮到施工的方便和盡量減少藥孔的數(shù)量，確定爆破切口的位置在煙囪底部0.1～5.0 m處，形式為正梯形。

(2) 爆破切口長(zhǎng)度。切口長(zhǎng)度的大小決定切口形成以后煙囪能否實(shí)現(xiàn)偏心失穩(wěn)。如果切口過大，可能導(dǎo)致支撐體沒有足夠的支撐力而使煙囪倒塌方向失去控制，反之可能出現(xiàn)傾而不倒的情況。根據(jù)煙囪結(jié)構(gòu)和實(shí)際受力情況，該煙囪切口下沿對(duì)應(yīng)的圓心角α取216°，切口的下沿長(zhǎng)度為38 m。

(3) 爆破切口高度。切口高度按常用的經(jīng)驗(yàn)公式確定:H=(1/4-1/6)D(D為切口部位筒壁直徑)。待爆破拆除煙囪底部直徑為20.2 m，依據(jù)上式計(jì)算切口高度在3.4～5.1 m范圍，由于煙囪底部的配筋較密，承載能力較強(qiáng)，因此，切口高度取大值為5 m。

(4) 定向窗的開設(shè)。為保證煙囪的定向準(zhǔn)確和順利倒塌，在爆破切口兩端各開設(shè)一個(gè)三角形定向窗，切口中間開設(shè)三個(gè)矩形減荷槽。爆破切口兩端三角形定向窗的尺寸為：寬度取3.0 m，傾倒角30°。在爆破切口中間平均開設(shè)三個(gè)寬2 m，高度5 m的減荷槽。

(5) 煙囪積灰平臺(tái)立柱爆破高度。煙囪爆破切口設(shè)置在積灰平臺(tái)下，積灰平臺(tái)有10根鋼筋混凝土立柱做支撐，對(duì)10根立柱采取不同的爆破高度，倒塌方向的3根立柱爆破高度為4 m，中間的4根立柱爆破高度為2.5 m，反向的3根立柱爆破高度為0.8 m。

1.3 爆破參數(shù)

鉆孔選用氣腿式鉆機(jī)在煙囪筒壁上鉆水平孔，炮孔直徑為40 mm，從煙囪內(nèi)部鉆孔，爆破參數(shù)選取見表1。

1.4 起爆網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路全部采用非電元件，起爆元件使用毫秒(MS3、MS5)塑料導(dǎo)爆管雷管；傳爆元件使用毫秒MS1塑料導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆管和四通聯(lián)接件；擊發(fā)元件使用起爆器。煙囪起爆劃分為二個(gè)起爆區(qū)段，切口中間部位采用MS3起爆雷管，切口兩側(cè)采用MS5起爆雷管，二區(qū)段間延期時(shí)間為60 ms,每段最大齊爆藥量為80 kg。

每個(gè)炮孔的藥卷用1發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆，每20-25發(fā)導(dǎo)爆管雷管并聯(lián)后用2發(fā)MS1導(dǎo)爆管雷管傳爆，將傳爆雷管分別用四通連接到復(fù)式導(dǎo)爆管網(wǎng)路上，導(dǎo)爆管網(wǎng)路端頭用一個(gè)高能起爆器作起爆源，引爆整個(gè)網(wǎng)路。

圖1 爆破切口

1.5 預(yù)處理

在爆破前采用機(jī)械和人工方式開設(shè)定向窗和減荷槽，拆除煙囪筒體內(nèi)地表以上的人防工程。

(1) 使用普通炮機(jī)在標(biāo)定的位置開設(shè)三個(gè)矩形減荷槽和切口兩側(cè)的三角形定向窗，并將減荷槽、定向窗范圍內(nèi)的鋼筋全部切除。

(2) 使用小型炮機(jī)在煙囪內(nèi)部對(duì)地表上爆破切口范圍內(nèi)的人防工程進(jìn)行拆除。

2 安全防護(hù)措施

由于爆破周邊環(huán)境較好，安全防護(hù)的重點(diǎn)主要是控制塌落振動(dòng)、減小振動(dòng)對(duì)升壓站的影響；控制煙囪落地后的二次飛濺，避免周邊建筑和設(shè)施受到損壞，采取的主要手段有：

(1) 開挖減震溝。在煙囪倒塌軸線與變電站之間開挖一條長(zhǎng)200 m，深2 m，寬1m的減震溝，以減小煙囪落地振動(dòng)對(duì)升壓站的影響。

(2) 構(gòu)筑緩沖堤。在煙囪預(yù)定的傾倒方向200、150、100 m處各設(shè)置一道緩沖堤，用以減小煙囪塌落時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和飛濺的影響。緩沖堤就地挖土堆積長(zhǎng)30 m、上表面寬3 m、高3 m的三道堤坎，上表面覆蓋一層沙袋。

(3) 加大警戒范圍。對(duì)煙囪倒塌方向警戒范圍設(shè)定為350 m。

3 爆破效果與分析

3.1 爆破效果

該煙囪起爆后，煙囪緩慢向預(yù)定方向傾轉(zhuǎn)，起爆1.95 s后，煙囪預(yù)留支撐體發(fā)生斷裂，煙囪開始下座，下座的同時(shí)緩慢傾轉(zhuǎn)，4.8 s后煙囪停止下座，并繼續(xù)向預(yù)定方向傾倒，16 s后煙囪標(biāo)高145 m處發(fā)生折斷，18.5 s后煙囪全部著地，煙囪落地后的軸線位置比設(shè)計(jì)軸線向右側(cè)偏離了8°。煙囪落地的飛濺物和塌落振動(dòng)均控制在安全范圍內(nèi)，未對(duì)周邊的建筑和設(shè)施造成有害影響。煙囪145 m折斷處上部向前沖出約10 m，整個(gè)煙囪傾倒距離約220 m。

3.2 爆破分析

210 m煙囪因其質(zhì)量大、重心高等特點(diǎn)，對(duì)其爆破拆除在控制倒向的準(zhǔn)確性和控制有害效應(yīng)上存在較大的難度。

(1) 傾倒偏差。本次煙囪爆破落地后的位置比預(yù)定的傾倒軸線向右偏差了8°。分析其產(chǎn)生的原因，主要是對(duì)煙囪底部筒體內(nèi)的人防工程處理得不徹底，在煙囪底部左側(cè)有長(zhǎng)12 m、厚0.4 m、高2 m的鋼筋混凝土墻與煙囪筒體內(nèi)側(cè)緊密相鄰，在預(yù)處理中已將切口范圍內(nèi)的墻體徹底拆除，但受施工條件限制，支撐體前端還保留了長(zhǎng)2 m、高1.2 m的墻體未拆除，使得煙囪支撐體兩側(cè)前端的承載能力不均衡，導(dǎo)致煙囪在下座、傾覆過程中向承壓能力較弱的一邊偏移。因此，為保證煙囪的傾倒準(zhǔn)確，除設(shè)計(jì)合理的方案，也要在施工中精益求精，避免細(xì)節(jié)處理不到位可能產(chǎn)生的不良影響。

(2) 下座控制。能否保證煙囪爆破傾倒的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，一個(gè)關(guān)鍵的因素是能否控制煙囪不下座或推遲下座，即當(dāng)煙囪傾覆角度足以滿足煙囪定向傾倒條件后，煙囪再產(chǎn)生下座。本次煙囪起爆后不到2 s即發(fā)生下座，此時(shí)煙囪向預(yù)定方向僅偏轉(zhuǎn)了1°左右，在下座過程中繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，至下座結(jié)束后煙囪偏轉(zhuǎn)約5°，煙囪在相對(duì)穩(wěn)定后，在新形成的支撐體以及傾倒慣性的作用下繼續(xù)偏轉(zhuǎn)直至傾倒落地。在煙囪倒向還未完全形成前產(chǎn)生較大的下座是影響煙囪傾倒準(zhǔn)確性的主要原因，煙囪提前下座對(duì)倒向的準(zhǔn)確性影響較大，甚至可能發(fā)生座而不倒的嚴(yán)重后果，因此，要通過合理的設(shè)計(jì)，避免煙囪下座可能產(chǎn)生的不良影響。在此提出改進(jìn)做法供探討：一是增大支撐體的長(zhǎng)度，切斷支撐體外部鋼筋，減小煙囪傾覆時(shí)的抗拉強(qiáng)度，爆破切口所對(duì)應(yīng)的圓心角控制在200°～210°；二是定向窗的傾倒角不宜過大，可控制在20°～25°。

(3) 塌落振動(dòng)。210 m煙囪自重在8000～10000 t之間，傾倒落地時(shí)對(duì)地面產(chǎn)生的塌落振動(dòng)較大，特別是距煙囪質(zhì)心落地位置100 m范圍內(nèi)的振動(dòng)峰值超過2.5 cm/s。本次爆破布設(shè)了4個(gè)振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)震結(jié)果：距煙囪質(zhì)心落地位置100 m的振動(dòng)峰值為2.63 cm/s，200 m位置的振動(dòng)峰值為0.77 cm/s，由此說明對(duì)210 m煙囪塌落振動(dòng)的控制是有害效應(yīng)控制的重點(diǎn)，對(duì)于較近距離的建筑物或設(shè)施影響較大。

(4) 二次飛濺。高大煙囪因重心高、質(zhì)量大，觸地后會(huì)產(chǎn)生大量的二次飛濺物。本次煙囪倒塌在硬化的地面上，煙囪倒地后產(chǎn)生的二次飛濺物飛散距離較遠(yuǎn)，主要是向煙囪倒塌軸線兩側(cè)飛散，大量的飛散物在120 m范圍內(nèi)，個(gè)別飛散物達(dá)到200 m，，按有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式估算該煙囪的二次飛濺距離應(yīng)小于100 m，但實(shí)際情況與預(yù)期相差較大。因此，爆破高大的煙囪要重點(diǎn)考慮周邊的環(huán)境，高度重視二次飛散物產(chǎn)生的有害影響，由于對(duì)二次飛散物控制難度較大，因此，除采取緩沖等防護(hù)措施外，特別要加大安全警戒范圍，警戒范圍至少要在300 m以上。

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