兩座55 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

張 龍， 劉國軍，2

(1.甘肅省化工研究院， 蘭州 730020；2.甘肅蘭金民用爆炸高新技術(shù)公司， 蘭州 730020)

兩座55 m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

張 龍1， 劉國軍1，2

(1.甘肅省化工研究院， 蘭州 730020；2.甘肅蘭金民用爆炸高新技術(shù)公司， 蘭州 730020)

為了成功爆破拆除復(fù)雜環(huán)境下兩座相距10 m的55 m高鋼筋混凝土煙囪，采用精細(xì)化爆破技術(shù)，選取合理的爆破參數(shù)及爆破切口形狀，精心組織施工。同時，為了防止兩座煙囪同時觸地引起較大的塌落觸地振動，采取孔外延時、依次起爆的起爆網(wǎng)路，確保兩座煙囪按預(yù)定設(shè)計方向順序傾倒。通過設(shè)置減振帶、采取消防車灑水、爆破切口近體防護(hù)及重點建筑物遮擋等有效的安全防護(hù)措施，確保煙囪塌落觸地振動及爆破飛石等爆破有害效應(yīng)控制在安全允許范圍內(nèi)。煙囪的爆破拆除達(dá)到了設(shè)計效果，可為類似工程提供參考。

復(fù)雜環(huán)境；鋼筋混凝土；煙囪；定向爆破拆除

1 工程概況

待爆破的兩座煙囪位于某廠區(qū)內(nèi)部，兩座煙囪之間僅距離10 m。煙囪北面10 m、東面20 m和西面50 m均是居民樓；南面為已拆的鍋爐房系統(tǒng)空地和廠區(qū)馬路，馬路南側(cè)為生產(chǎn)車間。周圍環(huán)境較為復(fù)雜(見圖1)。

圖1 周圍環(huán)境示意圖Fig.1 Schematic diagram of surroundings

兩座煙囪均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高55 m，總質(zhì)量約560 t，其中煙囪筒壁混凝土360 t，內(nèi)襯190 t，隔熱層填料10 t?！?.0m筒壁外徑5.2 m，+50.0 m筒壁外徑3.25 m，豎配筋為26Φ14，環(huán)筋為15Φ14。+0.0～+3.0m之間，內(nèi)襯240 mm，隔熱層150 mm，壁厚240 mm。南面+0.0～+3.0 m處是高3.0 m、寬3.98 m的煙道口。

2 爆破方案與設(shè)計

由于煙囪橫截面積較小，高度大，其傾覆過程中的下坐、后坐及偏轉(zhuǎn)，對其傾倒方向及塌落范圍的準(zhǔn)確性影響很大，因此，選擇合理的爆破切口、定向窗、爆破參數(shù)及起爆網(wǎng)路對高聳建筑物爆破至關(guān)重要。

2.1 爆破方案確定

根據(jù)煙囪周圍環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)特征和尺寸，需要保護(hù)的建筑物、設(shè)施以及工程安全要求等因素，經(jīng)過對現(xiàn)場的實地勘察及相關(guān)安全技術(shù)等要求選擇：兩座煙囪一次向南面定向倒塌的爆破拆除方案，爆破切口布置在+0.5 m處，正南方向傾倒可以部分利用煙道作為定向窗。

2.2 爆破切口設(shè)計

(1)切口形狀與位置。根據(jù)以往施工經(jīng)驗、煙囪的結(jié)構(gòu)特點及周圍環(huán)境等因素，采用正梯形切口(見圖2)。為確保定向的準(zhǔn)確性和施工的簡單性，開口位置選擇在+0.5 m處。

圖2 爆破切口示意圖Fig.2 Schematic diagram of the blasting notch

(2)切口圓心角。煙囪開口位置總周長為16.20 m，經(jīng)過穩(wěn)定性分析和計算〔1〕，開口寬9.72 m，以測量確定中心線對稱展開，剩余部分為6.48 m，保留部分占總周長的40%。兩側(cè)預(yù)開設(shè)定向窗，定向窗寬0.6 m(見圖3)。

圖3 爆破切口示意圖Fig.3 The diagram of blast notch

(3)切口高度。煙囪爆破切口高度的設(shè)計，應(yīng)考慮其形成后煙囪在傾倒過程中切口上部筒體部分必須失穩(wěn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)資料和配筋情況，經(jīng)計算、工程類比和以往的工程經(jīng)驗，確定爆破切口高度為1.7 m。

(4)定向窗及煙囪內(nèi)襯的處理。為了保證煙囪按預(yù)定的方向傾倒，必須預(yù)先開設(shè)定向窗。定向窗口內(nèi)的內(nèi)襯全部預(yù)清除，支撐部位的內(nèi)襯處理超過切口開口邊線30 cm，切口內(nèi)的內(nèi)襯在中心定向窗兩側(cè)各處理成兩個獨立的支撐，尺寸為30 cm×24 cm。

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計

筒體壁厚δ=24 cm；最小抵抗線W=1/2δ=12 cm；孔深L=16 cm；孔距a=(1.5～3.0)W=25 cm；排距b=20 cm。單孔裝藥量按Q=qabδ進(jìn)行計算，炸藥單耗q取2 800 g/m3。經(jīng)計算，Q=35 g；共10排炮孔，每排16個炮孔，共160個炮孔。

2.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

采用非電毫秒延時塑料導(dǎo)爆管雷管和電雷管混合起爆系統(tǒng)〔2〕，即采用孔內(nèi)高段位雷管，孔外低段位雷管延時的起爆技術(shù)；采用“并-并”簇聯(lián)復(fù)式網(wǎng)路連接,炮孔布置及起爆網(wǎng)路如圖4所示。為了防止兩座煙囪同時觸地引起的觸地振動對周圍建筑物的影響，既能達(dá)到延時起爆降低觸地振動的目的，又能防止第一個煙囪起爆破壞第二個煙囪起爆網(wǎng)路的目的，兩座煙囪之間采用MS15段雷管(880 ms)。

圖4 炮孔布置及起爆網(wǎng)路示意圖Fig.4 Schematic diagram of blastholes design and initiation network

3 爆破安全防護(hù)措施

3.1 爆破振動安全防護(hù)措施

根據(jù)規(guī)定，爆破振動對周圍建筑物破壞影響可采用下式計算〔3〕：

v= K′K(Q1/3/R)α

(1)

式中：v為被保護(hù)物所在地質(zhì)點振動速度，cm/s；K為與介質(zhì)性質(zhì)爆破有關(guān)的系數(shù)，取32.1；K′為修正系數(shù)，取1.0；Q為延時爆破最大一段藥量，取1.05 kg；R為爆破振動安全允許距離，取與居民樓的最小距離10 m 和20 m；α為衰減系數(shù)，取1.6。

經(jīng)計算，距煙囪10 m和20 m的居民樓處的爆破振動速度分別為0.83 cm/s和0.27 cm/s，小于規(guī)定的居民樓允許振動速度2.5 cm/s〔3〕，爆破不會對周圍建筑物產(chǎn)生影響。

3.2 觸地振動安全防護(hù)措施

根據(jù)計算公式〔4〕：

(2)

式中：vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s；M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，取560 t；g為重力加速度，9.8 m/s2；H為構(gòu)件重心的高度，取22 m；σ為地面介質(zhì)的破壞強度，一般取10 MPa；R為觀測點至沖擊地面中心的距離，m；Kt，β為場地系數(shù)，Kt=3.39，β=-1.8。

經(jīng)計算，距煙囪30 m和50 m(塌落中心到居民樓的距離)的居民樓處的觸地振動分別為2.09 cm/s和0.83 cm/s。滿足居民樓允許振動速度2.5 cm/s〔3〕。

為了進(jìn)一步減小煙囪觸地振動對周圍建筑物的影響，沿?zé)焽璧顾较蜷g隔2.5 m鋪設(shè)10 m×1.5 m×1.5 m的緩沖墻；兩座煙囪之間采用延時起爆技術(shù)，降低煙囪同時觸地部分的質(zhì)量。

3.3 爆破飛石安全防護(hù)措施

本次爆破采用直接防護(hù)和間接防護(hù)相結(jié)合，柔性防護(hù)和剛性防護(hù)相結(jié)合的安全防護(hù)措施。第一爆破切口的防護(hù)，在煙囪爆破部位用兩塊竹笆夾草袋架設(shè)兩層防護(hù)罩，外面加設(shè)一層鋼絲網(wǎng)；最后將爆破部位全部用建筑防護(hù)網(wǎng)包裹，增加整體性，防護(hù)層和筒體之間要架空。第二搭設(shè)防護(hù)屏墻 ，在煙囪東面和北面圍墻上部用鋼管架搭設(shè)高6 m、寬25 m的防護(hù)屏障，屏障內(nèi)部采用透氣性良好的鋼絲網(wǎng)和密目網(wǎng)，防止飛石對居民樓造成影響。第三緩沖墊層，為了防止煙囪倒塌觸地濺起飛石，在煙囪倒塌范圍內(nèi)鋪設(shè)寬10 m、厚1 m的素土墊層〔5-6〕。

4 爆破效果及其分析

起爆后，爆破切口瞬間形成，煙囪空中靜止1～2 s后，開始緩慢向預(yù)定方向傾倒。煙囪上半部分全部呈扁平狀，基本破碎。煙囪根部有5～6 m部分呈筒體狀，基本完好，只有部分裂縫。經(jīng)過爆后檢查，由于防護(hù)措施得當(dāng)，爆破飛石及爆破振動沒有對周圍建筑物產(chǎn)生影響。同時由于兩座煙囪起爆延時時間選擇得當(dāng)，在煙囪傾倒過程中，煙囪倒塌明顯為一前一后(見圖5)。煙囪觸地振動明顯為兩次較強振動，有效的降低了煙囪同時觸地產(chǎn)生的振動，達(dá)到預(yù)期爆破效果。

圖5 爆破效果Fig.5 Blasting effects

〔1〕 張英才，張海濤，董保立，等.復(fù)雜環(huán)境下150m砼煙囪兩段單向控制爆破技術(shù)[J].工程爆破，2014,20(6)：16-20.

ZHANG Ying-cai，ZHANG Hai-tao，DONG Bao-li，et al. The unidirectional controlled blasting technology under complicated environment in two sections of a 150 m reinforced concrete chimney[J]. Engineering Blasting，2014,20(6)：16-20.

〔2〕 戴建毅，汪艮忠，周珉，等.復(fù)雜環(huán)境下復(fù)雜結(jié)構(gòu)水塔爆破拆除[J].工程爆破，2015,21(4)：37-40.

DAI Jian-yi，WANG Gen-zhong，ZHOU Min，et al. Demolition blasting of a water tower with complex structure complicated surroundings[J]. Engineering Blasting，2015,21(4)：37-40.

〔3〕 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.爆破安全規(guī)程: GB 6722-2014[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

State Administration of Work Safety. Safety Regulations for Blasting: GB 6722-2014[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

〔4〕 周家漢.爆破拆除塌落振動速度計算公式的討論[J].工程爆破,2009,15(1):1-4．

ZHOU Jia-han. Discussion on calculation formula of collapsing vibration velocity caused by blasting demolition[J]. Engineering Blasting, 2009,15(1):1-4.

〔5〕 劉貴清.爆破工程技術(shù)應(yīng)用實例[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2012:70-76.

LIU Gui-qing. Application of blasting engineering[M]. Shenyang: Liaoning Science and Technology Press, 2012:70-76.

〔6〕 池恩安.爆破拆除工程案例分析[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2015:81-87.

CHI En-an. Case analysis of blasting demolition engineering[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2015: 81-87.

Directional demolition blasting of two 55 m high reinforced concrete chimneys

ZHANG Long1， LIU Guo-jun1,2

(1.Gansu Research Institute of Chemical Industry，Lanzhou 730020，China; 2.Gansu Lanjin Civil Blasting High-tech Company, Lanzhou 730020，China)

The distance was only 10 m between two 55 m high reinforced concrete chimneys. In order to successfully demolish them in complex environment, fine blasting technology was used, reasonable blasting parameters and blasting notch shape were selected. In order to prevent two chimneys touching the ground at the same time and causing a greater touchdown vibration, the holes outside the detonation of the initiation network were used. It ensured that the two chimneys dumped in accordance with intended design direction. By setting the damping zone, taking a fire truck to sprinkle water, using near-body protection of blasting notch, key buildings protection and other effective security measures, the chimney blasting vibration and blasting flying stones were controlled within safe limits. The blasting design effect was achieved and it could provide a reference for similar projects.

Complex environment；Reinforced concrete；Chimney；Directional demolition blasting

1006-7051(2016)06-0042-03

2016-03-14

甘肅省工程技術(shù)研究中心資助項目(1206GTGA013)

張 龍(1975-)，男，工程師，從事爆破拆除、巖土爆破研究工作。E-mail：781500654@qq.com

TD235.3

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.009