磚煙囪爆破拆除的優(yōu)化措施

謝續(xù)文

（湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410005）

近年來，作者參與了100多個磚煙囪的人工、機械、爆破拆除實踐，對磚煙囪的結(jié)構(gòu)以及傾倒失穩(wěn)的條件有了進一步的認識，為了給實施磚煙囪爆破拆除提供有價值的經(jīng)驗，下面針對磚煙囪結(jié)構(gòu)特點，對磚煙囪爆破拆除過程出現(xiàn)的特規(guī)律進行分析、總結(jié)，為高效、經(jīng)濟、安全地爆破拆除磚煙囪提供依據(jù)。

1 磚煙囪結(jié)構(gòu)

磚煙囪一般由煙道、內(nèi)襯、隔熱層和筒壁幾部分組成（見圖1）。

圖1 磚煙囪典型結(jié)構(gòu)圖

煙道寬度一般1.1～1.2 m，高為1.2～1.5 m。多數(shù)情況下，磚煙囪為單側(cè)煙道。粘土磚廠煙囪位于窯中間部位時，則為雙側(cè)對稱貫穿煙道。煙道位于地下、窯內(nèi)、或煙囪底部。當爆破缺口取在煙道上一定高度時，煙道對爆破缺口參數(shù)選取無實質(zhì)性影響，可視作無煙道。如磚廠煙囪位于窯中部、爆破缺口選在窯頂?shù)那闆r。煙道對爆破方案影響見表1。

內(nèi)襯由耐火磚砌成，厚度一般為12 cm和24 cm,高度一般為5 m，隔一定間距用磚搭砌在筒壁上，與筒壁形成一定牽扯。所以煙囪爆破時，必須要對爆破缺口內(nèi)的內(nèi)襯進行處理。

表1 煙道對爆破方案選取影響

隔熱層厚度一般為5 cm左右，高度與內(nèi)襯一致，材料有空氣和爐渣兩種，如果是爐渣，將嚴重地妨礙鉆孔的穿越。位于地下的煙道較長時，煙囪可省掉內(nèi)襯和隔熱層兩部分。

筒壁由紅磚砌成，厚度從上至下，逐層增加，分別為24 cm、37 cm、50 cm、62 cm、75 cm等幾種厚度。值得特別一提的是少數(shù)煙囪磚壁內(nèi)設(shè)有鋼筋混凝土圈梁，它的存在，極大地提高了煙囪壁的整體性，對爆破參數(shù)有較大的影響。

2 爆破缺口形狀與參數(shù)

在多數(shù)情況下，磚煙囪爆破采用正梯形爆破缺口，見圖2。

在煙囪壁上開設(shè)一缺口時，缺口上方將形成一個三角拱形拉應力區(qū)，缺口上方的磚塊受力分析見圖3。

圖2 正梯形爆破缺口

圖3 缺口上方磚塊受力分析

式中：Mg——砌體，隨缺口長度增加而增加；

F——磚塊兩端砂漿與磚塊摩擦力，大小與兩端側(cè)壓力P及摩擦系數(shù)有關(guān)；

f——磚塊上方與砂漿的粘性力，隨缺口長度增加而增加，但相較前兩者，較小。

當缺口增加到一定長度時，Mg>F+f，上方磚塊將掉落。特別是當爆破缺口形成時，作用在壁上的高壓氣體壓力突然釋放，在缺口處將產(chǎn)生回拉應力，更容易激發(fā)缺口上方磚塊垮落（見圖4）。下面煙囪爆破圖片中，采用正梯形缺口，爆破后形成的實際缺口高度是設(shè)計缺口高度的 2～4倍，使保留的支撐體過高，在煙囪傾倒時抗彎能力大幅減低，容易使支撐體產(chǎn)生后折或下坐，實踐中發(fā)生過后折5 m的情況。

要防止缺口上方磚塊垮塌，必須減小缺口上方尺寸，從這個角度出發(fā)，缺口形狀最好是正三角形（小角度梯形），其次是正梯形。斜形缺口[1-2]引發(fā)缺口上方磚塊垮塌高度最大，其次是矩形、倒梯形和倒三角形。

圖4 缺口上方磚塊垮塌

為了保證煙囪倒塌的準確性，后支撐部分筒體必須有足夠的支撐力和抗折能力。支撐力與后支撐弧長相關(guān)；抗折能力與后支撐弧長及缺口高度相關(guān)。后支撐弧長越小，缺口高度越高，煙囪在倒塌翻轉(zhuǎn)過程中，越容易下坐和后折，煙囪倒塌的精準度越差，但倒塌的距離越小。煙囪支撐后折見圖5。

圖5 煙囪傾倒時支撐體后折

根據(jù)煙囪倒塌過程的受力分析[3]和上文缺口分析，各種典型爆破缺口優(yōu)缺點和應用條件見表2。

表2 典型爆破缺口對拆除爆破效果的影響

采用炮機定向拆除磚煙囪時，缺口長度占筒壁周長的48%～51%，煙囪即發(fā)生定向傾倒。這主要與煙囪的牢固程度有關(guān)，煙囪越牢固，缺口長占比越大，但一般不會超過51%。以此為依據(jù)，適當留有安全系數(shù)，筆者在幾十個煙囪爆破切口設(shè)計上均采用了52%～53%的切口長度，全部傾倒準確，因此，磚煙囪爆破缺口長度正常情況下取筒壁周長的52%～53%，可以很好地兼顧煙囪的倒塌精度和倒塌可靠性。只有受雙側(cè)煙道影響時，爆破缺口長度才取筒壁周長的55%以上。當缺口內(nèi)遇有鋼筋混凝土圈梁時，圈梁整體性好，爆破長度占圈梁周長的53%以上。

缺口內(nèi)布4排炮孔，爆高為1.2～1.5 m。

3 內(nèi)襯處理和炮孔深度

磚結(jié)構(gòu)煙囪設(shè)計上最重要的依據(jù)就是筒壁的厚度，從外部判斷往往難以準確判定，因此在鉆孔施工時，首先垂直煙囪壁面向煙囪中心鉆穿一個炮孔，以確定煙囪是否有內(nèi)襯，內(nèi)襯與筒壁是否有填料，探明筒壁的真實厚度。

如果煙囪有內(nèi)襯和隔熱層，則按以下方法和優(yōu)先順序進行處理：

（1）人工處理法：施工人員能進入煙囪內(nèi)時，人工用大錘或風鎬拆除缺口內(nèi)的內(nèi)襯，炮孔深度L為2/3壁厚（δ）；

（2）爆破處理法：人員不能進入煙囪內(nèi)，且隔熱層為空氣時，可以采用爆破法處理內(nèi)襯，在鉆孔施工時將兩排炮孔超深鉆入內(nèi)襯5cm，分兩層裝藥，第一層裝藥炸內(nèi)襯，第二層裝藥炸筒壁（見圖 6）；

圖6 雙層裝藥結(jié)構(gòu)

（3）爆炸產(chǎn)物摧垮法：人員不能進入煙囪內(nèi)，且隔熱層為爐渣無法成孔時，設(shè)計兩排炮孔鉆穿筒壁（見圖7），加大裝藥量，實行偏內(nèi)側(cè)裝藥，讓爆炸高壓氣體及爆破碎渣摧垮內(nèi)襯。

圖7 超深鉆孔

4 炸藥單耗

正常裝藥，炸藥單耗選1100～1300 g/m3；實施偏內(nèi)側(cè)裝藥，讓爆炸高壓氣體及爆破碎渣摧垮內(nèi)襯時，炸藥單耗選2000 g/m3左右，加上適當防護，都可以很好地控制爆破飛散物的距離。

5 結(jié) 論

（1）根據(jù)周邊環(huán)境條件合理選用切口形式，特別是煙囪倒塌反方向空間受限時，應采取三角形（小角度梯形）切口，避免爆破后的切口上沿磚體大幅垮塌。

（2）磚結(jié)構(gòu)煙囪切口長度為 52%～53%時可以保證煙囪的傾倒條件，并且是保證煙囪傾倒準確性最佳的切口長度條件。

（3）采用爆破法處理內(nèi)襯是安全有效的方法，即避免人工處理的安全隱患和施工難度，又可確保內(nèi)襯的處理效果。