復(fù)雜環(huán)境下120 m高煙囪定向爆破拆除

鄭文富， 張文龍， 陳少輝

(廣東中人爆破工程有限公司，廣東 廣州 510640)

1 工程概況

常州市第一熱電廠位于江蘇省常州市天寧區(qū)勞動?xùn)|路，因改擴(kuò)建需要，廠區(qū)內(nèi)設(shè)施和構(gòu)(建)筑物已全部拆除，剩余一座120 m高的鋼筋混凝土圓筒形結(jié)構(gòu)煙囪，擬通過控制爆破手段拆除。待拆除煙囪標(biāo)高10 m處筒壁周長為29.8 m，壁厚為0.3 m，內(nèi)襯厚為0.24 m。煙囪底部東南和西北兩側(cè)有對稱的兩個煙道口，東側(cè)煙道尺寸為高3.0 m，寬2.5 m，西側(cè)為高3.8 m，寬2.7 m。

距煙囪東南側(cè)125 m有熱氣管道及圍墻，南側(cè)148 m為一配電房，西南側(cè)距圍墻和熱氣管道距離為80 m、90 m處有金源銅業(yè)公司廠房，西側(cè)距離通信發(fā)射塔100 m，西北側(cè)距廠房63 m，距高壓線及紡織有限公司等房屋135 m，東北側(cè)距勞動?xùn)|路105 m，距民房140 m。爆破區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，煙囪周邊環(huán)境如圖1所示。

2 設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)

(1)爆區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜，距離保護(hù)目標(biāo)較近。結(jié)合拆除爆破相關(guān)理論文獻(xiàn)及大量類似工程經(jīng)驗(yàn)，由于煙囪倒塌方向長度不小于煙囪高度的1.2倍[1]，120 m高煙囪需要144 m的豎向倒塌距離。分析煙囪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、周圍環(huán)境情況以及相對位置關(guān)系，煙囪距保護(hù)體的距離均小于144 m，可供煙囪倒塌方向及范圍較小，給方案選擇增加了一定的難度。

圖1 煙囪周邊環(huán)境圖

(2)塌落振動及爆破飛石的控制。由于煙囪屬于高聳結(jié)構(gòu)，高細(xì)比較大，重心較高，煙囪定向倒塌時，產(chǎn)生勢能較大，沖擊地面容易產(chǎn)生塌落振動危害，使周邊保護(hù)體受到損傷及破壞。同時，爆破產(chǎn)生的飛石及煙囪倒塌觸地時，煙囪筒體內(nèi)空氣壓縮，把破碎體及地面碎石拋出，容易造成物體打擊傷人事故等。如何做好爆破危害控制，是方案選擇及安全防護(hù)的重大難點(diǎn)。

(3)爆破切口設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)。煙囪爆破切口應(yīng)滿足其切口部位的煙囪筒壁厚度、結(jié)構(gòu)、受力、材料強(qiáng)度等沿切口軸線對稱[2]，防止預(yù)處理后煙囪偏心失穩(wěn)；切口部位預(yù)留截面應(yīng)有足夠的抗壓強(qiáng)度，保證其不被壓碎而定向傾倒；在環(huán)境條件允許的前提下，應(yīng)盡量降低切口高度，降低施工難度，避免高空施工作業(yè)。

3 爆破方案選擇及切口參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)煙囪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、周圍環(huán)境情況以及相對位置關(guān)系，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定東偏南30°為煙囪倒塌中心線方向。由于煙囪底部存在兩個尺寸不一的煙道口，以及煙囪東偏南45°方向125 m有熱氣管道及圍墻，為保護(hù)周邊構(gòu)(建)筑物安全，同時保證煙囪倒塌方向不出現(xiàn)偏差，將爆破切口設(shè)在標(biāo)高10 m處，該標(biāo)高處煙囪壁厚為0.3 m，筒體外壁周長為29.8 m。爆破缺口設(shè)計(jì)為底角為60°的正梯形狀；爆破缺口高度H為：

H=(1.5～3)δ

(1)

式中：δ——切口標(biāo)高處壁厚。

計(jì)算后，通過經(jīng)驗(yàn)選取切口高度為3.0 m。

梯形缺口所對應(yīng)圓心角為220°，切口下沿弧長18.2 m，上沿弧長14.7 m；定向窗寬2.5 m，高3.0 m；倒塌中心線處開設(shè)一個寬3.0 m、高3.0 m的中間窗。爆破切口如圖2所示。

圖2 爆破切口示意圖

當(dāng)爆破體為薄壁結(jié)構(gòu)時，最小抵抗線W為δ/2，即壁厚的一半，取0.15 m[3]；孔距a為(1.0～2.0)W，取0.30 m；排距b為(0.8～1.2)a，取0.30 m；孔深L取0.25 m；孔徑為0.04 m，單孔裝藥量為q=Kabδ，取單耗K=3700 g/m3，計(jì)算得出q為99.9，取100 g。

炮孔沿倒塌中心線兩側(cè)對稱布置，采用梅花形布孔，共布置10排孔，炮孔總數(shù)為332個，總裝藥量為33.2 kg[4]。

4 爆破振動安全計(jì)算校核

4.1 爆破振動安全校核[6]

爆破振動安全距離用下式計(jì)算：

(2)

式中：V——保護(hù)對象所在地點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s；K′——拆除控制爆破修正系數(shù)，取0.25；K、α——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=32.1，α=1.57；Q——最大段藥量，kg；R——距爆源中心距離，m。

最大段藥量Q為33.2 kg，距爆源中心最近建筑物距離為63 m，計(jì)算得出：V=0.08 cm/s。

4.2 塌落振動安全校核[7]

構(gòu)(建)筑物拆除時，塌落體落地對地面沖擊產(chǎn)生振動，其塌落振動計(jì)算公式為：

(3)

式中：Vt——塌落振動速度，cm/s；Kt、β——衰減系數(shù)，取Kt=3.37，β=-1.66；R——觀測點(diǎn)至沖擊地面中心距離，m；M——下落構(gòu)件質(zhì)量，t；g——重力加速度，取9.8 m/s2；H——下落構(gòu)件質(zhì)心高度，m；σ——地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，取10 MPa。

煙囪總質(zhì)量為550 t，其質(zhì)心高度為42 m。由東側(cè)最近距離點(diǎn)R=45 m，計(jì)算得Vt=1.56 cm/s。

在爆破安全規(guī)程中，爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)對于一般民用建筑物要求為振動速度<2.0 cm/s。因此，本次煙囪拆除產(chǎn)生的爆破振動V及塌落振動Vt滿足爆破安全規(guī)程爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，不會對周邊構(gòu)(建)筑物產(chǎn)生破壞。

5 預(yù)處理

(1)通過混凝土鉆孔取心機(jī)開設(shè)定向窗、中間窗。

(2)在爆破前對切口部分的內(nèi)襯用機(jī)械和人工風(fēng)鎬拆除。

(3)將切口高度范圍內(nèi)的鐵爬梯及金屬支撐架割斷。

6 起爆網(wǎng)路

在本次煙囪拆除爆破中，采用孔底集中裝藥結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)兩發(fā)3段非電導(dǎo)爆管雷管，孔外兩發(fā)2段非電導(dǎo)爆管雷管接力；采用大把抓連接方式，通過起爆器起爆[5]，網(wǎng)路連接如圖3所示。

圖3 網(wǎng)路連接示意圖

7 安全防護(hù)設(shè)施

(1)保證施工安全措施。爆破切口周圍用竹子搭設(shè)牢固的作業(yè)平臺，四周架設(shè)防護(hù)網(wǎng)。

(2)爆破塌落振動防護(hù)措施。在煙囪倒塌中心線上鋪設(shè)兩道20 m長、3 m寬減震土堤；銅業(yè)公司及配電房一側(cè)，在圍墻內(nèi)開挖一道3 m寬、3 m深減震溝，減震土堤尺寸及其位置如圖4、圖5所示。

圖4 減震土堤尺寸示意圖

圖5 減震土堤位置示意圖

(3)飛石防護(hù)措施。

①爆破飛石防護(hù)。爆破切口部位防護(hù)，采用雙層竹笆，中間夾單層草簾進(jìn)行直接防護(hù)，控制飛石距離。

②塌落飛石防護(hù)。在煙囪倒塌中心方向上清理地上所有雜物，并鋪設(shè)沙土層，避免地上松軟泥土夾帶碎石因煙囪倒塌沖擊壓縮空氣而被拋出。

在煙囪頭部預(yù)計(jì)落地位置前方用軟土壘筑一道長為10 m、厚為4 m、高為4 m的堵截墻，控制煙囪頭部及頭部鑄鐵蓋前沖距離。

8 爆破效果

根據(jù)現(xiàn)場儀器監(jiān)測，起爆瞬間，爆破切口內(nèi)的混凝土外壁及內(nèi)襯產(chǎn)生破壞，2.8 s后，上部筒體出現(xiàn)傾斜，煙囪筒體無后坐現(xiàn)象，按照設(shè)計(jì)方向傾斜，隨著傾斜角度變大，煙囪傾倒速度明顯加快，倒塌觸地后煙囪全部解體。

煙囪爆破瞬間，爆破部位飛石防護(hù)良好，煙囪倒塌觸地，側(cè)向飛濺物距離約12 m，倒塌中心線兩側(cè)圍墻和熱氣管道完好。煙囪頭部有明顯前沖現(xiàn)象，但是由于預(yù)先壘筑堵截墻作用，大大減少煙囪頭部前沖距離，倒塌范圍內(nèi)，四周建筑物、設(shè)施均無損壞現(xiàn)象，爆破倒塌瞬間及爆破效果如圖6所示。

圖6 爆破倒塌瞬間及爆破效果圖

9 幾點(diǎn)體會

(1)由于煙囪屬于高聳結(jié)構(gòu)體，在爆破瞬間，煙囪失穩(wěn)，水平載荷(風(fēng)載荷)對煙囪倒塌方向會產(chǎn)生一定影響。所以，深入研究并掌握風(fēng)載荷對煙囪傾倒方向的影響很有必要，這能為安全防護(hù)措施提供有效的保障。

(2)煙囪切口參數(shù)以及定向窗參數(shù)一定要嚴(yán)格設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確無誤，并精細(xì)施工，它是影響煙囪倒塌方向的決定性因素。

(3)當(dāng)爆破切口標(biāo)高提高時，爆破部位位于空中，爆破飛石距離會較地面爆破飛石距離遠(yuǎn)，因此，爆破部位必須采取有效的遮擋防護(hù)[8]。

(4)煙囪爆破區(qū)域倒塌中心線范圍內(nèi)應(yīng)做好安全防護(hù)工作，控制爆破可能產(chǎn)生的各種危害效應(yīng)，特別是針對煙囪倒塌觸地時出現(xiàn)飛濺物以及煙囪頭部落地前沖現(xiàn)象相應(yīng)做好防護(hù)措施。

[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] 吳立祥，何秀炎.高度逾百米的鋼筋砼煙囪爆破拆除[J].煤礦爆破，2008，(1)：34-37.

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[4] 張建平，費(fèi)鴻祿，張立國.兩座冷卻塔定向爆破拆除[J].爆破，2006，23(3)：59-61,69.

[5] 康宏垚.非電起爆網(wǎng)路系統(tǒng)可靠性研究[D].內(nèi)蒙古包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2012.

[6] 顧毅成.對應(yīng)用爆破振動計(jì)算公式的幾點(diǎn)討論[J].爆破，2009，26(4)：78-80.

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[8] 邢光武，張北龍，姬震西.順德五沙德勝電廠120m煙囪定向爆破拆除[J].爆破，2016，33(3)：92-95.