兩座150 m高鋼筋混凝土煙囪同時爆破拆除

任 江，汪高龍，王 瀟

(連云港明達工程爆破有限公司，連云港 222021)

依據(jù)國家關于火力發(fā)電“上大壓小，加快關停小火電機組”文件要求，對于投產(chǎn)20年以上或裝機容量小的電廠需要進行改造或者關停，因此相關機組的建(構)筑物需要拆除，特別是一些高大鋼筋混凝土煙囪需要集中爆破拆除。雖然這些煙囪所處的環(huán)境條件不一樣，但是還是有許多共同點：(1)拆除煙囪高度很高，爆破塌落產(chǎn)生的振動和飛濺物對周圍建(構)筑物危害較大，因此需要做好防振動和飛濺物的防護措施。(2)爆破施工中還要確保四周其他機組正常安全的運行。(3)對于煙囪倒塌方向要準確控制，

確保煙囪按照預定的位置傾倒。(4)爆破拆除施工工期短，時間緊，任務重[1]。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

本工程位于江蘇射陽港發(fā)電有限責任公司內(nèi)，待拆工程為電廠原一、二期發(fā)電機組，東側為廠區(qū)的在用辦公區(qū)，西側為正在運行的三期2×660 MW機組及其附屬設施。南北兩側均有廠區(qū)內(nèi)部道路，周邊道路敷設有電纜溝、蒸汽管溝等各類地上、地下管線。爆破環(huán)境復雜(見圖1)。

1.2 結構特點

兩座煙囪底部中心距離103 m，均為鋼筋混凝土結構，高150 m。

1#煙囪底部位外直徑17.64 m，壁厚為0.40 m，南向有一個出灰口(底標高與地坪齊平，規(guī)格為1.8 m×2.4 m)。煙囪上部+6.55 m處有鋼筋混凝土灰斗板(厚0.35 m)，+6.9 m處設有東西方向對稱的兩個煙道口(煙道標高為+6.9～+12.0 m，寬度5.4 m)，+6.9 m以上部位煙囪整體壁厚為0.74 m(其中鋼筋混凝土厚0.4 m、耐火磚厚0.24 m、隔熱層厚0.1 m)。

2#煙囪底部位外徑16.52 m，底部壁厚為0.40 m，底部南北向各有一個出灰口(底標高與地坪齊平，規(guī)格均為2.85 m×2.4 m)。煙囪上部+9.8 m處有鋼筋混凝土灰斗板(厚0.16 m)，灰斗板為現(xiàn)澆混凝土結構，中間加四個500 mm×500 mm混凝土連體立柱支撐?；叶钒迳喜吭O有東西方向對稱的兩個煙道口(煙道標高為+9.8～+18.75 m，寬度5.14 m)，+9.8 m部位以上煙囪整體壁厚為0.72 m(其中混凝土厚0.4 m、耐火磚厚0.24 m、隔熱層厚0.08 m)。

2 爆破拆除方案

2.1 爆破難點分析

(1)兩座鋼筋混凝土煙囪均高達150 m，塌落觸地沖擊振動效應強烈，易產(chǎn)生觸地飛濺，尤其是2#煙囪靠近正在運行的三期機組，三期機組的控制室對振動要求較高。

(2)兩座煙囪下部均有煙道口、出灰口及內(nèi)部的灰斗板，很可能會影響煙囪的倒塌方向，必須有合理的處理措施。

2.2 爆破方案選擇

由于兩座煙囪東西兩側均有需保護的重要建構筑物，特別是2#煙囪附近有運行的三期機組，為確保機組的安全，2#倒塌中心盡可能往東偏移。初步擬定1#煙囪倒向為北偏西5°，2#煙囪倒向為北偏東20°。經(jīng)計算此角度下兩煙囪在倒塌方向發(fā)生±5°偏差時，頂部不會發(fā)生碰撞重疊。

(1)采用低位爆破切口：煙囪上部煙道口較大，根據(jù)以往拆除經(jīng)驗，煙囪倒塌方向極有可能改變。采取措施將煙道封堵后，再采用底部切口，考慮煙囪內(nèi)部的灰斗板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，厚度大，結構牢，整體性好，切口閉合時受灰斗板的保護，灰斗板以上筒體不易破碎，可能出現(xiàn)煙囪不倒或傾倒時發(fā)生扭轉產(chǎn)生嚴重偏移的事故。

(2)采用高位爆破切口：適當提高爆破切口至灰斗板以上，避開灰斗板對倒塌方向的影響。如果利用現(xiàn)有不封堵的煙道，因倒塌中心線有角度，煙道處于不對稱的情況，極易影響倒塌方向，并且2#煙囪開口角度會超過240°，超過煙囪的設計安全要求,所以爆破前需對煙道進行封堵[2-4]。

2.3 總體拆除方案

為確保施工安全，本次拆除對煙道進行封堵，采用提高切口至灰斗板以上的定向爆破傾倒拆除方案。1#煙囪倒向為北偏西5°，2#煙囪倒向為北偏東20°。待拆除兩座煙囪采用一次點火，煙囪間采用6段半秒雷管孔外延時的爆破方案，1#煙囪先于2#煙囪起爆。

2.4 預處理

(1)將煙囪上部的煙道兩側鑿毛露出原始鋼筋，沖洗干凈，按原設計配筋參數(shù)進行植筋，搭設模板，采用同等級的混凝土澆筑封堵，并及時進行養(yǎng)護。

(2)當澆筑封堵的煙道達到設計強度后，用測量儀器準確地把傾倒方向標在煙囪的圓形筒壁上，從中心線向兩側對稱均勻布置炮孔及導向窗、定向窗。

(3)定向窗、導向窗的周邊按照標注線采用水鉆鉆孔機切邊，剝離露出鋼筋后用液壓機切割斷鋼筋，結合使用破碎錘施工到設計尺寸。

(4)切口范圍內(nèi)的煙道構造鋼筋預先機械切斷，煙囪內(nèi)部耐火磚爆破區(qū)域上部橫向機械切割開縫。

(5)切割移除+0～+20 m范圍內(nèi)的爬梯和避雷線。

2.5 爆破切口設計

(1)爆破切口

兩座煙囪均采用復式正梯形，底部梯形底角30°，上部梯形底角45°的開口形式[5]。切口均在高于灰斗板0.5 m處以上水平鉆孔。

(2)切口長度

爆破切口的長度一般為煙囪周長的1/2～2/3。待拆煙囪為鋼筋混凝土結構，外徑較大，為確保爆破效果，參照類似工程經(jīng)驗[6,7]，本工程切口圓心角取218°。

1#煙囪切口底邊在+6.9 m灰斗板上部的0.5 m處。此處煙囪外徑16.812 m，周長52.79 m，煙囪壁厚0.74 m。煙囪切口展開長度L=218/360×52.79=31.96 m，取32 m。

2#煙囪切口底邊在+9.8 m灰斗板上部0.5 m處。此處煙囪外徑14.952 m，周長46.95 m，煙囪壁厚0.72 m。煙囪切口展開長度L=218/360×46.95=28.43 m，取28.4 m。

(3)切口高度H

爆破切口的高度確定主要與筒壁的材質和厚度有關[8]，煙囪的拆除爆破要求爆破切口的筒壁瞬間要離開原來的位置，使結構失穩(wěn)，根據(jù)經(jīng)驗公式：爆破部位的切口高度H=(3.0～5.0)δ(δ為煙囪爆破切口部位的壁厚)，計算得1#煙囪H1=(3.0～5.0)×0.74=(2.22～3.7)m，2#煙囪H2=(3.0～5.0)×0.72=(2.216～3.6)m。為確保爆破效果，兩座煙囪實際切口高度均取3.6 m。見圖2。

(4)切口形成保留面強度校核

由煙囪自重引起的壓應力

σ壓=P×g/S

S=[(360-216)/360]×π×(R2-r2)

式中：σ壓為煙囪自重引起的壓應力，MPa；P為切口底邊以上煙囪自重，kg；g為重力加速度，取9.8 N/kg；S為預留截面的面積，m2；R為爆破切口處外半徑，m；r為爆破切口處內(nèi)半徑，m。

根據(jù)設計文件1#煙囪的混凝土標號為C25，取σ0=16.7 MPa；2#煙囪的混凝土標號為C35，取σ0=23.4 MPa。(σ0為混凝土抗壓強度。)

1#煙囪：P1=4500000 kg，R1=8.406 m，r1=8.006 m，計算得σ壓=5.42 MPa<16.7 MPa。

2#煙囪：P2=3500000 kg，R2=7.476 m，r2=7.076 m，計算得σ壓=4.76 MPa<23.4 MPa。

說明爆破切口形成的余留截面面積能承受煙囪上部重量引起的壓應力，所以煙囪在起爆后不會產(chǎn)生后座。

(5)傾倒可靠性的校核

爆破缺口閉合時，煙囪的重心必須偏移至煙囪筒體以外才能保證其傾倒可靠性[9]。

爆破缺口的閉合角β為

式中：HP為爆破缺口高度；R、r分別為切口底部的外、內(nèi)半徑；α為設計方案中兩側定向窗的夾角。

兩煙囪的夾角相同，α=30°。代入數(shù)值得1#煙囪β1=16.17°；2#煙囪β2=18.1°。

缺口閉合后，煙囪的重心偏移距離用下式計算

式中：ZC煙囪相對爆破缺口位置的重心高度；Xi重心偏移至煙囪筒壁以外的距離。

1#煙囪ZC=53 m，代入公式計算得X1=14.6 m>8.406 m。

2#煙囪ZC=43 m，代入公式計算得X2=13.18 m>7.476 m。

由此可以看出，煙囪的重心完全能夠移至筒壁以外。因此，上述爆破缺口高度的設計是合理的，煙囪能夠按照設計的形式傾倒。

2.6 爆破參數(shù)設計

(1)孔網(wǎng)參數(shù)：考慮到煙囪的混凝土與耐火磚之間的隔熱層縫隙影響，為確保裝藥質量，采用內(nèi)外分別鉆孔的方式。結合以往施工經(jīng)驗，內(nèi)部耐火磚為砌體結構，中間抽空后易塌落，鉆孔高度可取1.8 m。炮孔直徑選取d=36 mm，孔距取a=0.35 m,排距b=0.30 m,采用梅花形方式布孔。

(2)炮孔深度L：一般采取L=2/3δ(δ表示壁厚)。因內(nèi)外分別鉆孔，則混凝土部分L1=0.28 m；耐火磚側L2=0.16 m。

(3)炸藥單耗q值：根據(jù)經(jīng)驗取q=3 kg/m3。

(4)單孔藥量：混凝土Q單1=qabδ=0.126 kg，取120 g；耐火磚：Q單2=qabδ=75.6 g，取75 g?；炷量籽b藥120 g/孔，堵塞16 cm。結合以往經(jīng)驗，為使爆破體充分破碎，考慮采取底部藥量加強的方式，因此底部兩排單孔裝藥為150 g/孔，堵塞13 cm；耐火磚孔底裝藥75 g/孔，堵塞9 cm。裝藥時炮泥須填滿、搗實。

(5)單孔裝藥結構：采用單孔集中裝藥方式。

(6)爆破參數(shù)表1。

表1 爆破參數(shù)表Table 1 Blasting parameters

2.7 爆破網(wǎng)路設計

本次爆破采用煙囪內(nèi)同段雷管(MS-1)，考慮到其他段別導爆管雷管里的延期藥延期時間可能存在誤差，如果分段，不能確保切口部分左右對稱同時起爆，為使煙囪按照預定位置傾倒，所以單個煙囪全部采用瞬發(fā)雷管。

兩座煙囪間采用半秒雷管延時。

每個孔裝一發(fā)導爆管雷管，采用集中裝藥方式，裝藥填塞完畢后，將相鄰炮孔引出的20根以下的導爆管連接為1個集束把，每個集束把連接2枚非電雷管，即單個煙囪所有孔內(nèi)和孔間連接全部采用MS-1導爆管雷管，爾后使用導爆管和四通將各集束把的非電毫秒雷管連接起來，形成非電復式閉合起爆網(wǎng)路(見圖3)。兩座煙囪之間采用6段半秒雷管連接，引出線引至起爆點。

3 爆破安全防護措施

本項目煙囪的西側有正在運行的電廠機組(爆破振動要求V允=(0.7～0.9)cm/s)，需特別控制的爆破危害主要是爆破振動、煙囪塌落觸地振動及飛散物[10]。通過理論核算振動與飛散物均可滿足施工要求。但為了確保施工的絕對安全，本工程采取了如下措施控制爆破有害效應。同時在三期機組附近布設測振點，確定爆破振動速度對機組的影響值。

3.1 減少振動強度的措施

(1)為減小爆破振動的影響，東向兩側各開挖一條寬2 m×深3 m的減振溝(見圖4)。

(2)在煙囪的倒塌方向上預先修筑五道土堤，頂面采用鋪設密目網(wǎng)覆蓋(見圖4)。緩沖墊層的鋪墊范圍：土堤寬度范圍以設計傾倒中心線為準±15°，每隔20 m構筑一道高度不小于3 m(含頂部壓三層沙袋)，底寬不小于6 m的減振墻。這樣煙囪塌落著地時先經(jīng)過砂包緩沖，再觸及地面，不僅可以減小煙囪塌落沖擊地面的振動效應，還可大大減小煙囪撞擊地面時的碎塊飛散。

(3)煙囪間采用延時爆破的方式，減小兩座煙囪同時觸地的振動影響[11,12]。

3.2 爆破個別飛散物的防護措施

(1)直接覆蓋爆破部位。采用2層草簾、6層密目網(wǎng)及2層硬質塑料網(wǎng)，靠近運行機組側再附加竹笆，嚴密覆蓋煙囪的外炮孔位置,搭接長度不小于20 cm。用細鐵絲將覆蓋材料上中下捆綁密實，同時，要注意保護好爆破網(wǎng)路。

(2)在拆除施工區(qū)域西側用架子管、建筑防護網(wǎng)從煙囪根部向北50 m開始搭設高度不低于12 m，長度不小于120 m的防護幕墻(見圖5)；另外用竹笆、建筑模板封堵東西向建筑物的門窗及埋地管溝，以確保安全。

4 爆破效果與結論

本次爆破兩座煙囪起爆后先下座后傾倒，筒體下座30 m左右，1#、2#煙囪整體爆破傾倒過程持續(xù)20 s。切口底部有灰斗板增強支撐，未明顯損壞。煙囪按照預定方向倒塌，后座不明顯，觸地后解體充分，爆破飛散物、觸地振動、飛濺均未對周邊建構物造成損壞。放在西側三期機組主控樓附近的測振儀器結果顯示觸地振動最高振速為0.394 cm/s，未對三期機組正常運行產(chǎn)生影響，可見減振溝與防撞土堤的減振效果良好。爆破效果如圖6所示。

通過對兩座150 m高鋼筋混凝土煙囪同時爆破拆除實踐，得出以下幾點結論：

(1)為了保證煙囪按照預定方向傾倒，需要對煙囪結構進行認真分析，對于煙囪傾倒的不利影響因素如煙道、灰斗板、隔熱層、爬梯等，應提前進行處理。尤其對切口位置、定向窗、導向窗要精準定位。

(2)兩座煙囪同時起爆對周邊建(構)物的振動影響大，為了減小振動，采用了2座煙囪間延時爆破的方式。同時采用了在東西兩側開挖減振溝，倒塌方向修筑土堤，土堤頂部密目網(wǎng)覆蓋的減振措施。有效的控制爆破振動對周圍建筑物以及運行機組的影響。

(3)對爆破部位采用2層草簾、6層密目網(wǎng)及2層硬質塑料網(wǎng)再附加竹笆的方式嚴密覆蓋煙囪的外炮孔位置，最后用細鐵絲將覆蓋材料上中下捆綁密實。并且在靠近機組側搭設防護幕墻，確保了機組不受飛散物的影響。