180 m高鋼筋混凝土煙囪的拆除爆破

鄭桂初，王友新，段麗環(huán)，汪惠真，楊云天，林 峰，謝裕柱

(廣東中人集團(tuán)建設(shè)有限公司，廣州 510515)

1 工程概況

待拆煙囪為鋼筋混凝土圓筒型結(jié)構(gòu)，高180 m，重達(dá)6 952.8 t左右。煙囪筒身標(biāo)高0.0～30.0 m為300#混凝土，標(biāo)高30.0～180 m為250#混凝土。10.68～30 m內(nèi)襯為耐火磚，30～180 m內(nèi)襯為陶粒砼。煙道高6.32 m，寬3.44 m，煙道口下沿標(biāo)高10.18 m，上沿標(biāo)高16.5 m。底部有2個(gè)尺寸為2.5 m×2.1 m的檢修門(mén)，南北側(cè)各1個(gè)。積灰平臺(tái)頂板標(biāo)高位于+10.18 m，底部4根60 cm×60 cm正方形承重立柱。積灰平臺(tái)中心有3.17 m×3.17 m的鐵質(zhì)漏斗。煙囪筒身0～30 m外側(cè)主筋為Φ20，內(nèi)側(cè)Φ18；30～180 m外側(cè)主筋為Φ16，內(nèi)側(cè)Φ12；其余部分為Φ12和Φ14，拉筋Φ6，環(huán)向鋼筋為Φ10～Φ14。

待拆煙囪位于黃埔電廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，煙囪東面220 m處是在建設(shè)施，180 m處是在建廠(chǎng)房，東南85 m處是電廠(chǎng)東路；東北278 m處是電廠(chǎng)輸電高壓線(xiàn)塔，170 m處是污水泵房；南側(cè)13 m處是LNG機(jī)組循環(huán)水管及輸煤棧橋，180 m處是煤罐；西南側(cè)203 m處是建翔碼頭辦公樓，西側(cè)158 m處是使用中的210 m高煙囪，105 m處是使用中的電除塵設(shè)備；西北側(cè)120 m處是使用中的機(jī)組鍋爐房，92 m處為黃埔電廠(chǎng)尿素站，273 m處是高壓線(xiàn)塔；北側(cè)84 m處是瑞明待拆機(jī)組鍋爐房且距離高壓線(xiàn)256 m(見(jiàn)圖1)。爆破環(huán)境極為復(fù)雜，周邊保護(hù)目標(biāo)多，爆破難度相當(dāng)之大。

圖1 煙囪周邊環(huán)境Fig1 Surrounding environment of chimney

2 拆除爆破方案

待拆煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上窄下寬，爆破時(shí)傾倒難度大，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防止煙囪坐而不到的情況。同時(shí)爆破前采取必要的防護(hù)措施，避免周?chē)脑O(shè)施受到破壞。由于此次爆破鉆孔數(shù)量較多，起爆網(wǎng)路復(fù)雜，需采用可靠的非電毫秒延時(shí)起爆技術(shù)進(jìn)行爆破。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境、施工條件及同期交叉施工情況，在分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)爆破資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，總結(jié)已有復(fù)雜環(huán)境條件下成功爆破煙囪的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了爆破方案、爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)。

2.1 倒塌方向

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，僅在煙囪北偏東10°方向有倒塌空間，煙囪倒塌后(按照倒塌長(zhǎng)度180 m計(jì)算)煙囪端部距離北側(cè)電纜溝為30 m。東北方向170 m處有電廠(chǎng)需保留繼續(xù)使用的污水泵房，278 m有電廠(chǎng)輸電高壓線(xiàn)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，必須合理控制爆破后的倒塌長(zhǎng)度，以確保擬保留建筑物及設(shè)施的安全。若選用高位切口進(jìn)行施工能滿(mǎn)足倒塌空間要求，但是對(duì)距離其較近的LNG機(jī)組循環(huán)水管有較大的安全隱患，因此只能從煙囪底部施工，降低煙囪起爆瞬間對(duì)周?chē)孛娴恼駝?dòng)沖擊。綜合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇北偏東10°作為倒塌方向是可取的。

2.2 定位窗和定向窗

煙囪切口爆破前，在對(duì)稱(chēng)于傾倒軸線(xiàn)的切口兩側(cè)開(kāi)設(shè)定位窗，定位窗倒塌方向正中間開(kāi)設(shè)1個(gè)定向窗，兩側(cè)再開(kāi)2個(gè)輔助窗。通常采用鎬頭機(jī)或結(jié)合煙囪試爆的方法進(jìn)行開(kāi)設(shè)，由于煙囪的混凝土強(qiáng)度較大，機(jī)械開(kāi)設(shè)難度大，所以先對(duì)煙囪承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，進(jìn)而采用損害較小的水鉆切割機(jī)開(kāi)設(shè)。

2.3 預(yù)處理

煙囪井字梁處筒壁圈梁的處理：圈梁處有牛腿，寬60 cm，高60 cm，強(qiáng)度較高，爆破時(shí)需在爆破切口范圍內(nèi)進(jìn)行弱化處理，沿倒塌中心、切口兩邊緣處鉆孔，進(jìn)行弱松動(dòng)爆破，破壞圈梁的整體結(jié)構(gòu)。

2.4 爆破切口

1)切口的形狀和位置。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)[1-3]，采用正梯形爆破切口，既能滿(mǎn)足煙囪倒塌方向的準(zhǔn)確性，又能減少藥孔數(shù)量。煙囪的爆破切口下沿距地面0.5 m，切口上沿距地面高度6.5 m，煙囪切口如圖2所示。

圖2 煙囪爆破切口Fig.2 Chimney blasting notch

2)切口角度和長(zhǎng)度。切口的長(zhǎng)度一般取斷面圓周(πd)的1/2 ～2/3?？紤]到切口處剩余部分對(duì)煙囪的支撐作用，切口的角度不宜過(guò)大，長(zhǎng)度也不宜過(guò)長(zhǎng)，否則煙囪可能出現(xiàn)偏心不穩(wěn)定的情況，根據(jù)煙囪的結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)力情況，本次設(shè)計(jì)切口的圓心角為225°。因?yàn)闊焽枨锌谙卵剡x取距地面0.5 m處，煙囪外直徑為24.2 m，周長(zhǎng)76 ，所以切口下沿長(zhǎng)度Lp=24.2×π×225/360=47.49 m。

3)切口高度。切口高度HP按下列公式[4-5]確定：

HP≥(1/6～1/4)D

(1)

式中：HP為切口高度，m；D為煙囪切口處的直徑，m。

彩色合成變換是將G通道換為全色波段進(jìn)行RGB合成，得到彩色合成融合結(jié)果。彩色合成能有效提高影像的光譜信息，突出反映地物在彩色影像上的差異，便于目視解譯。QuickBird 4、3、2假彩色合成影像與融合結(jié)果見(jiàn)圖1。在假彩色合成影像中，近紅外植被高反射率部分被賦予深色，在影像上突出了植被的信息，影像內(nèi)部不同地物的區(qū)分對(duì)比明顯。當(dāng)全色波段被融合進(jìn)去后，影像的清晰度明顯提高。

煙囪的最大切口高度HP=4.07～6.10 m，為確保煙囪順利倒塌并防止傾倒方向發(fā)生偏離，取煙囪爆破切口高度為6.0 m。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)[6-7]，最小抵抗線(xiàn)W，取切口處煙囪壁厚的一半，即W=δ/2(δ為壁厚)，孔深L=(0.67～0.7)δ，孔距a=(1.5～1.8)W或a=(0.9～0.95)L，排距b=(0.85～0.9)a，單孔藥量Q1：

Q1=qabδ

(2)

式中：Q1為單孔裝藥量，g；q為單位體積耗藥量，g/m3，δ=60 cm厚的鋼筋混凝土，取2.0～2.5 kg/m3；δ為筒壁壁厚，m；a、b為孔距及排距，m。

最終確定藥孔孔距a=45 cm，排距b=40 cm，孔深L=42 cm，炸藥單耗取2.5 kg/m3。

3.2 起爆網(wǎng)路

為加強(qiáng)整個(gè)起爆網(wǎng)路的安全性和穩(wěn)定性，減小早爆或誤爆事故，此次爆破采用非電簇聯(lián)法復(fù)式導(dǎo)爆管孔內(nèi)延時(shí)雷管構(gòu)成的起爆網(wǎng)路。煙囪每個(gè)炮孔內(nèi)設(shè)置1發(fā)MS5、MS7、MS9導(dǎo)爆管雷管，用2發(fā)接力MS3雷管引爆，所有雷管每12發(fā)構(gòu)成一簇(見(jiàn)圖3)。

圖3 起爆網(wǎng)路Fig.3 Detonation network

4 爆破安全與防護(hù)

在煙囪爆破過(guò)程中主要的危害有爆破地震波、落地振動(dòng)、爆破飛石等，對(duì)爆破過(guò)程中可能出現(xiàn)的有害效應(yīng)進(jìn)行綜合分析，并采取針對(duì)性的防護(hù)措施，從而確保控制爆破施工過(guò)程中臨近建(構(gòu))筑物的安全。

4.1 爆破振動(dòng)

根據(jù)量綱分析方法，集中質(zhì)量(沖擊或塌落)作用于地面造成的塌落振動(dòng)速度可用下式[6]確定：

(3)

式中：vt為塌落振動(dòng)速度，cm/s；Kt為衰減系數(shù)，Kt=3.37；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，MPa，一般取σ=10 MPa；β為衰減指數(shù)，β=1.66；R為觀(guān)測(cè)點(diǎn)至撞擊中心的距離，m；m為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；h為構(gòu)件重心高度，70.2 m。

將有關(guān)參數(shù)代入式(3)，計(jì)算對(duì)應(yīng)距離的保護(hù)目標(biāo)處產(chǎn)生的塌落振動(dòng)值如表1所示。

表1 塌落振動(dòng)計(jì)算值

Table 1 Calculated value of collapse vibration

序號(hào)保護(hù)目標(biāo)名稱(chēng)距離/m抗振閾值/(cm·s-1)計(jì)算振動(dòng)值/(cm·s-1)判據(jù)1330 MW中心控制室1200.50.46安全2210 m煙囪1582.50.29安全3LNG機(jī)組循環(huán)水管137.06.32安全4220 kV高壓線(xiàn)塔2732.50.12安全5污水泵房1702.50.25安全6輸煤棧橋157.03.14安全7220 kV電纜溝307.02.31安全8氣站1252.50.43安全9黃埔電廠(chǎng)尿素站922.50.72安全

4.2 爆破飛石

根據(jù)Lundborg的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，爆破飛石距離可由下式計(jì)算：

Rfmax=KTKD

(4)

式中：KT為與爆破方式、填塞長(zhǎng)度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，結(jié)構(gòu)物爆破一般取KT=1.2～1.5(鋼筋混凝土取大值，磚結(jié)構(gòu)取小值)；K為炸藥單耗，kg/m3；D為炮孔直徑，mm，本次爆破D=40 mm。

按照最不理想的情況考慮，KT取1.5，將K=2.6 kg/m3，D=40 mm代入式(5)，計(jì)算得飛石最大飛散距離156 m。

4.3 安全防護(hù)措施

多打孔，少裝藥，采用非電簇聯(lián)法復(fù)式導(dǎo)爆管孔內(nèi)延時(shí)雷管構(gòu)成的起爆網(wǎng)路技術(shù)降低爆破振動(dòng)。

在煙囪倒塌方向，每隔30 m使用煤灰、干土、沙袋等堆積5道以上防濺墻，墻高3 m以上， 保證煙囪下落的碎片基本不會(huì)飛散。

為減少爆破振動(dòng)，在爆破物體四周開(kāi)挖減振溝，溝深2.5～3 m，寬2～3 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破對(duì)象的平面布局，開(kāi)挖減振溝的長(zhǎng)度約150 m。

5 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

本次監(jiān)測(cè)采用三向速度傳感器、爆破振動(dòng)記錄儀和計(jì)算機(jī)組成的爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1#～5#，在煙囪爆破時(shí)，對(duì)附近建(構(gòu))筑物進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。同時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)水平切向、水平徑向和垂直方向的爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率(見(jiàn)表2)。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)相關(guān)煙囪拆除工程補(bǔ)充材料，電廠(chǎng)運(yùn)行設(shè)備包括多種輸配電構(gòu)架及安全控制的電氣設(shè)備，耐振性能各異，不能采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。爆破時(shí)主要防止爆破振動(dòng)引起的跳閘事故，尤其是繼保室的控制元件，各重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)的抗震閾值如表1所示。按最不利情況考慮，選取爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)趨于嚴(yán)格，因此該項(xiàng)目爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度應(yīng)≤0.5 cm/s。由表2監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析可知，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度最大值均在重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)抗震閾值范圍內(nèi)。對(duì)于周邊民居建筑物的影響也滿(mǎn)足《爆破安全規(guī)程》GB 6722-2014規(guī)定[8]的一般建筑物爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)1.5 cm/s的要求(按最不利情況選取下限值)。

6 爆破效果

起爆后，煙囪約3 s后開(kāi)始朝設(shè)計(jì)方向慢慢傾倒，倒塌過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)下坐現(xiàn)象，大約12 s后觸地，整個(gè)過(guò)程持續(xù)13 s。爆后測(cè)量顯示，煙囪倒塌方向和設(shè)計(jì)方向相符，防沖墻有效地控制了煙囪觸底后的前沖(見(jiàn)圖4)。

圖4 爆破過(guò)程Fig.4 Blasting process

7 結(jié)語(yǔ)

在整個(gè)爆破施工過(guò)程中，實(shí)施全程爆破監(jiān)測(cè)、減振、防濺、防飛、預(yù)防拒爆、預(yù)防早爆、誤爆等措施，同時(shí)采用了切實(shí)有效的安全防護(hù)措施，如在倒塌方向上砌筑多道減振土堤，鋪設(shè)柔性緩沖層、開(kāi)挖了減振溝等。爆后監(jiān)測(cè)結(jié)果表明爆破振動(dòng)波未對(duì)周邊保護(hù)目標(biāo)造成影響，此次拆除爆破工作安全、可靠，達(dá)到預(yù)期目的。