一座處于復(fù)雜環(huán)境中的磚混煙囪的爆破拆除

劉永波,宋磊,張錄峰

（1.陜西鴻安爆破工程有限責(zé)任公司，陜西西安710015；2.陜西紅旗民爆集團(tuán)股份有限公司，陜西寶雞721013）

1 工程概況

淮南市山南新區(qū)管委會(huì)在新區(qū)場(chǎng)地土地治理平整時(shí)，遇原磚窯廠廢棄煙囪一座需要拆除。該煙囪為磚混結(jié)構(gòu)，煙囪底部外直徑D=4m，高H=45m，底部壁厚δ=0.63m；煙囪無內(nèi)襯，外部無明顯裂隙和損傷，整體性較好。煙囪在原窯廠圍墻院內(nèi)，周圍環(huán)境比較復(fù)雜。南側(cè)距離中鐵辦公樓30m，緊臨辦公樓為鄉(xiāng)村道路；東側(cè)距離高壓線路15m，再往東80m為圍墻；北側(cè)60m為圍墻，西北側(cè)距離煙囪60m有兩層樓房（待拆除違章建筑物），西側(cè)50m為圍墻，圍墻外為道路。周圍環(huán)境如圖1所示。

2 爆破拆除方案

圖1 煙囪周邊環(huán)境平面圖

2.1 方案選擇

當(dāng)前對(duì)于高聳建筑物，如煙囪、水塔等的爆破拆除方案主要有三種：一是定向倒塌；二是折疊式坍塌；三是原地坍塌。根據(jù)這三種方案的適用條件及其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本次煙囪及爆區(qū)的周圍環(huán)境等因素，決定采用定向倒塌方案[1]。在煙囪北偏西方向的倒塌場(chǎng)地，完全可以滿足L′≥1.2H（煙囪高）和B≥4D（煙囪直徑）的定向倒塌要求。定向倒塌方案與其他兩種方案相比具有施工方便、簡(jiǎn)單、易于控制，且經(jīng)濟(jì)、技術(shù)難度小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 爆破方案

定向倒塌爆破的基本原理就是通過一定形狀的開口爆破，破壞高聳建筑物的整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使重心失穩(wěn)，沿指定方向倒塌，再通過一定的安全保障措施，控制落地安全[2]。由于本次爆破拆除的煙囪，截面大，高度低，又是磚混結(jié)構(gòu)，具有鋼筋混凝土框架，因此，在倒塌傾覆過程中，重心低，極易由鋼筋牽拉作用而發(fā)生后座或偏轉(zhuǎn)，對(duì)倒塌范圍和安全帶來嚴(yán)重影響[3]。故，需要對(duì)爆破技術(shù)方案中：開口形狀與位置、開口圓心角及弧長、開口高度、孔網(wǎng)參數(shù)、單孔藥量等參數(shù)詳細(xì)、反復(fù)推斷和論證。

2.2.1 爆破切口設(shè)計(jì)

2.2.1.1 開口形狀及位置

開口是為了創(chuàng)造成失穩(wěn)條件，即人為造成煙囪的偏心受壓，形成一個(gè)強(qiáng)大的傾倒力矩，促使其定向倒塌。因此，開口形狀的好壞，將直接影響到煙囪定向倒塌的準(zhǔn)確性。當(dāng)前采用的開口形狀有正梯形、倒梯形、長方形、人字形、斜形等多種[1]。根據(jù)類似煙囪爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和安全易控因素考慮，本次爆破拆除采用正梯形開口，并設(shè)置于底部+0.5m處，倒塌方向：北偏西30°倒塌，開口形狀詳見圖2。

圖2 開口示意圖

2.2.1.2 開口弧長及圓心角

開口弧長是確保煙囪能順利定向倒塌的又一個(gè)十分重要的參數(shù)。一般開口弧長?。―為開口部位煙囪的直徑）。根據(jù)本次爆破煙囪的結(jié)構(gòu)和類似工程實(shí)例，綜合煙囪倒塌速度適當(dāng)、定向準(zhǔn)確和防止后座等因素綜合考慮，取L=0.62πD=0.62×3.1416×4=7.79m較為合適，這里取L=7.6m。

開口圓心角為開口斷面弧長所對(duì)應(yīng)開口斷面圓的圓心角，有于本次開口弧長取7.6m，開口斷面圓周長18.56m，開口圓心角為218°，煙囪開口斷面圖見下圖3[4]。

圖3 開口斷面圖

2.2.1.3 開口高度

開口高度是確保倒塌的一個(gè)十分重要的條件，在拆除爆破時(shí)，一定要保障煙囪開口爆破后，開口部位上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌過程中，不能出現(xiàn)上部煙囪觸底碰撞后，結(jié)構(gòu)重心穩(wěn)定，爆而不倒現(xiàn)象[5]。對(duì)于一般磚混砌體，其開口高度取H=(1.5～3.0)δ(δ為煙囪開口部位的壁厚)，即為 H=(1.5～3.0)0.63=(0.95～1.89)m,為了能可靠倒塌，最后確定取H=1.6m。

2.2.1.4 定向窗及定位窗

為了保證煙囪按預(yù)定方向倒塌，必須在倒塌中心軸設(shè)置定向窗和爆破開口兩邊設(shè)置定位窗。定向窗取1.0m×1.6m，定位窗1.0m×1.3m，開口角度38°。詳見圖4。

圖4 開口形狀及炮孔布置圖

2.2.2 爆破孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)

本次煙囪爆破部位的筒壁厚度一般，且為磚混結(jié)構(gòu)。為了爆破的安全可靠，本著多打孔、少裝藥的原則來確定孔網(wǎng)參數(shù)[6]。

1）炮孔直徑d，采用手持式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，鉆孔直徑40mm。

2）炮孔深度l,一般采用公式l=(0.65～0.72)δ來計(jì)算孔深，孔深取l=0.42m。

3）炮孔間距a=0.85l=0.35m。

炮孔排距b=a=0.35m。根據(jù)爆破區(qū)域尺寸，本次爆破共布置98個(gè)孔。

4）單孔藥量計(jì)算,查閱大量磚混砌體爆破資料和類似工程實(shí)例，取單耗K=1000g/m3。

q=Kabδ=1000×0.35×0.35×0.63=46.31g=77g，這里取q=75g。

5）總裝藥量Q=98×75=7350g。

2.2.3 起爆網(wǎng)路

起爆器材選用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，采用孔內(nèi)延期起爆技術(shù)，其段別為1、6、10三個(gè)段位。2、3兩排孔裝1段導(dǎo)爆管雷管；1排裝6段雷管；4、5兩排裝10段雷管（排號(hào)從下往上數(shù)為1～5排）。

網(wǎng)路連接方法為：每20發(fā)左右導(dǎo)爆管雷管并聯(lián)為一束，并聯(lián)后用兩發(fā)串聯(lián)的瞬發(fā)電雷管引爆，最后把所有電雷管串聯(lián)起來引入起爆站。電雷管一定要嚴(yán)格篩選，用電阻值比較接近的雷管。如圖5。

3 安全校核及防護(hù)措施

3.1 安全校核

圖5 爆破網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

高聳建筑物爆破拆除時(shí)，易引起飛石、振動(dòng)及沖擊波等方面的危害，引起這些危害的因素主要有三方面：一是炸藥爆炸本身引起的；二是建筑物失穩(wěn)后，后座撞擊地面引起的；三是建筑物倒塌落地引起的。相對(duì)于建筑物塌落落地引起的飛石、震動(dòng)和沖擊波，爆破本身和后座撞地引起的都是非常渺小的，通過一定的技術(shù)措施是完全可以控制的。從大量的工程實(shí)踐中也可以得出，在上述三種危害中以落地危害最大。但至今為止，對(duì)落地振動(dòng)速度的計(jì)算還未有一個(gè)大家公認(rèn)的計(jì)算公式。中科院力學(xué)所周家漢[1]在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上總結(jié)出如下公式：

式中，v——測(cè)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；m——下落物體的質(zhì)量，kg；H——物體的質(zhì)心高度，m，20 m；σ——物體材料的破壞應(yīng)力，kg/cm2，σ=24；g——重力加速度；R——測(cè)點(diǎn)距離，m；k,α——系數(shù)，k=1.86,α=1.4。

依據(jù)上式，降本次爆破參數(shù)代入公式得，

從計(jì)算結(jié)果看，落地振動(dòng)在《爆破安全規(guī)程》允許范圍內(nèi)[7]。

3.2 防護(hù)措施

在鉆孔爆破部位采用三層草簾，二層鋼絲網(wǎng)，二層橡膠板覆蓋，防止爆破飛石及沖擊波。在倒塌位置開挖長48m，寬5m，深1.5m條形坑，并在靠近高壓線的一側(cè)，搭設(shè)鋼腳架用鋼絲網(wǎng)覆蓋以防護(hù)飛石對(duì)高壓線的破壞。

4 爆破效果

爆破完成后，煙囪完全按照設(shè)計(jì)要求倒塌在開挖坑內(nèi)，達(dá)到預(yù)期效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）對(duì)于高聳建筑物的爆破拆除，通過科學(xué)設(shè)計(jì)，合理施工，定能取得理想的爆破效果。

（2）對(duì)于重心相對(duì)較低的高聳建筑物爆破拆除，應(yīng)采取較高的爆破開口高度，以保障高聳建筑物的順利倒塌，防止高聳建筑物開口爆破后筒體觸底支撐整個(gè)建筑物，而形成不了重心失穩(wěn)倒塌。

（3）通過逐排起爆技術(shù)，周密的防護(hù)措施，合理的保護(hù)措施，定能控制爆破飛石、震動(dòng)、沖擊波對(duì)其他構(gòu)造物的影響。

[1]汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012.

[2]楊人光,史家育.建筑物爆破拆除[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1985.

[3]馮叔瑜,李毅,楊杰昌,等.城市控制爆破[M].北京:中國鐵道出版社,1987.

[4]楊陽,李清.兩座60m磚煙囪定向爆破拆除及結(jié)果分析[J].爆破,2013,30(3):91-94.

[5]傅志峰,李紅杰.60m高厚壁磚煙囪定向爆破拆除[J].爆破,2001,7(4):40-42.

[6]申玉三,張成良.50m高煙囪定向拆除爆破[J].爆破,2006,23(4):69-71.

[7]GB6722-2003.爆破安全規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.