摘要:本文主要針對100m高的鋼筋混凝土煙囪爆破拆除的復雜環境,確定了兩段雙向控制爆破技術方案。在理論分析與經驗的基礎上確定了上下時差,并采取了積極有效的防護措施,取得了較好的爆破效果,達到了設計要求,供同類工程參考。

　　關鍵詞:復雜環境,兩段雙向,上下時差

　　1、工程概述

　　在某火電廠老廠及附屬物的拆除工程中，有一座高度為100m的鋼筋混凝土煙囪需要爆破，該煙囪位于主廠房西邊33.3m處，煙囪南邊19m處為一個待拆除輸煤棧橋，40m處為廠區一倉庫小院(待拆除)，80m處為廠區圍墻;西邊13m處為廠區泵房。周圍環境圖如1所示。

　　鋼筋配筋：1-4m高處煙囪為雙層鋼筋：內層豎向鋼筋為168φ12，外層豎向鋼筋為160φ16，內層環向鋼筋為φ12@150，外層環向鋼筋：0-2.5m處為φ12@150，2.5-4m處為φ16@100;煙囪4.0m以上為單層鋼筋，4-8.1m處，豎向鋼筋為160φ16與150φ16兩種，環向鋼筋為φ16@150。

　

　　2、煙囪分段雙向折疊爆破設計

　　雙向折疊爆破拆除其原理是上下兩個爆破缺口方向相反,延時起爆,在空中傾倒過程中完成雙向折疊。

　　根據煙囪的結構，周圍環境及倒向，在煙囪根部和中部分別設計一個定向爆破缺口。在煙囪根部正南側距地面0.5m處設計一個定向爆破缺口，在煙囪中部55米信號平臺處正北側設計一個定向爆破缺口。從而破壞煙囪結構的穩定性，導致整個結構失穩和重心產生位移，在本身自重作用下形成傾覆力矩，迫使煙囪按預定方向倒塌(上部首先向整北倒塌，而后下部向正南方向倒塌)。

　　2.1爆破缺口參數設計分底部爆破缺口爆破參數與上部爆破缺口爆破參數分別計算。

　　2.1.1底部缺口爆破參數設計

　　(1)炮孔深度l：

　　l=(0.67～0.7)d，mm式中：d─煙囪壁厚，mm。根部爆破缺口部位的壁厚為d=420 mm，則孔深l=281.4～294mm。實取l=290mm。

　　(2)炮眼布置

　　為使爆破缺口范圍內的煙囪砼壁體充分破碎，上下排炮孔均采用梅花形交錯布孔方式。具體的布置形式見圖2。

　　炮孔間距a和排距b可按下式計算：

　　a=(0.8～0.9)l，mm;b=0.85a，mm將l=290mm代入式得：

　　爆破缺口部位炮孔的間、排距為a=232～261mm，b=197～222mm;實取a=250mm，b=220mm。

　　(3)爆破缺口設計

　　將爆破缺口底部選在0.5m處為佳。

　　爆破缺口的尺寸按下式計算：

　　L=2/3pD;h=(3-5)d。式中：D—爆破缺口部位筒體外徑。

　　據此并結合炮孔布置的間、排距尺寸，可得爆破缺口的尺寸。將d=0.42m代入式(5)得爆破缺口的高度為：h=1.26～2.1m，實取h=1.98m。

　　將D下=9.7m及D上=9.5m代入式得：

　　L下=20.3m，L上=19.9m，實際取L上=L下=20m，支承體為9.5m。

　　定向窗的設計：東西定向窗開設1.8×1.98m2。

　　減荷槽的設計：在傾倒中心線上利用南出灰口開設2.0×2.5m2的減荷槽。

　　爆破缺口如圖2所示

　　爆破缺口內共布置十排，其中定向窗炮眼200個，減荷槽炮眼20個，爆破眼520個，共計炮眼740個。

　　為確保定向倒塌，爆破缺口必須對稱布置于傾倒中心線兩側。

　　(4)單孔裝藥量q的確定:

　　單孔藥量q可根據以下公式計算：

　　q=kabd，g式中：k—單位用藥系數。對于鋼筋砼煙囪，k=3000g/m 。

　　將a=0.25m，b=0.22m，d=0.42m代入得爆破缺口的單孔藥量為：q=69.3g;考慮到制作藥包的方便，實取單孔裝藥量q=150/2=75g。(該藥量應在定向窗、減荷槽爆破檢驗后進行調整)

　　(5)下部總裝藥量

　　Q=qn=740個×75g/個=55.5kg(傾倒爆破藥量為520×75=39kg)

　　2.1.2上部缺口爆破參數設計

　　上部缺口位置的選擇，為了施工方便節約施工成本同時考慮到現場的實際情況，上部缺口位置選擇在中部55米信號平臺處。此處壁厚170mm，煙囪直徑5.4m。

　　(1)炮孔深度l：

　　l=(0.67～0.7)d，mm式中：d─煙囪壁厚，mm。

　　根部爆破缺口部位的壁厚為d=170mm，則孔深l=113.9～119mm。實取l=120mm。

　　(2)炮眼布置

　　為使爆破缺口范圍內的煙囪砼壁體充分破碎，上下排炮孔均采用梅花形交錯布孔方式。具體的布置形式見圖3。

　　炮孔間距a和排距b可按下式計算：

　　a=(0.8～0.9)l，mm;b=0.85a，mm

　　將l=120mm代入得：爆破缺口部位炮孔的間、排距為a= 96～108mm，b=81.6～91.8mm;根據同類工程施工經驗實取a=200mm，b=180mm。

　　(3)爆破缺口設計

　　爆破缺口的尺寸按下式計算：

　　L=2/3pD;h=(3-5)d式中：D—爆破缺口部位筒體外徑。

　　據此并結合炮孔布置的間、排距尺寸，可得爆破缺口的尺寸。

　　將d=0.17m代入得爆破缺口的高度為：

　　h=0.54～0.85m，實取h=0.9m。

　　將D=5.4m代入得：

　　L=11.304m，實際取L=11m，支承體為5.956m。

　　定向窗的設計：東西定向窗尺寸為1.0×0.9m2。

　　減荷槽的設計：在傾倒中心線上開設1.0×0.9m2的減荷槽。

　　爆破缺口如圖3所示

　　爆破缺口內共布置6排，其中定向窗炮眼72，減荷槽炮眼36個，爆破眼126個，共計炮眼234個。

　　為確保定向倒塌，爆破缺口必須對稱布置于傾倒中心線兩側。

　　(4)單孔裝藥量q的確定:

　　單孔藥量q可根據以下公式計算：

　　q=kabd，g式中：k—單位用藥系數。對于鋼筋砼煙囪，k=3000g/m 。

　　將a=0.20m，b=0.18m，d=0.17m代入得爆破缺口的單孔藥量為：q=18.36g;實取單孔裝藥量q=20g。

　　(5)上部總裝藥量

　　Q=qn=234個×20g/個=4.68kg(傾倒爆破藥量為126×20=2.52kg)

　　2.2鋼筋預切斷方案

　　(1)在煙囪傾倒爆破裝藥前將預爆的定向窗及減荷槽內的內外層鋼筋全部切斷;

　　(2)在煙囪支承體+1.00m處將傾倒中線反方向兩側2m以內的外層豎向鋼筋全部切斷，以減少煙囪傾倒過程中鋼筋的拉力;內層鋼筋不做任何處理。

　　2.3爆破網路設計

　　上下爆破缺口均采用非電導爆管毫秒雷管起爆,雷管段數選用5個段別,將上下爆破缺口的塑料導爆管每個缺口平均捆成5束。上、下爆破缺口共用20發1段毫秒電雷管,兩兩并聯后再串聯,組成10個擊發點,每個缺口5個擊發點,上、下爆破缺口的電雷管分別接成兩套獨立的爆破母線,最后用BS-8型微差起爆儀起爆,該儀器直流電壓為450V,延時時間設為3.0s。煙囪定向爆破拆除中的爆破網路設計的關鍵問題是保證沿傾倒中心線對稱可靠起爆。因此，缺口采用非電毫秒微差加強雙回路一次起爆方案，延時微差時間選擇1、3、5、7、9段毫秒延期非電雷管，總延期時間為310ms。

　　3、安全技術設計

　　3.1爆破地震計算

　　根據《爆破安全規程》，爆破中心到保護物之間的距離按下式計算：

　　式中：V—被保護物處的質點振動速度，cm/s;

　　K—與介質性質、爆破方式等有關的系數，K=100～150

　　K—分散與臨空面系數，K，=0.25～1.00;

　　Q—同段起爆的最大裝藥量，kg;

　　R—爆破中心到被保護物之間的距離;

　　α—與傳播途徑和地形有關的系數，近距離α=1.5～2.3;

　　對于煙囪爆破時，根據以上設計裝藥量，同段起爆的炸藥量及總裝藥量都比廠房及基礎爆破時為小，所以爆破震動是微弱的。取K=150，α=1.57，K=0.25，對煙囪周圍被保護建筑物進行安全振速校核。

　　爆破地震振動速度的計算結果見表1-1。

　　

　　從表1-1的計算結果可知，爆破地震引起的振動速度遠小于允許的振動速度，即煙囪爆破時的地震效應是很弱的，因此要保護的建筑物及其儀表是安全的。

　　3.2煙囪落地的振動安全校驗

　　高聳的煙囪爆破倒塌落地瞬間會觸地沖擊地面，在地面內產生沖擊震動效應，在拆除爆破高聳建、構物時，沖擊震動效應比爆破地震效應更顯著。因此它對周圍建筑物等造成的危害不容忽視，須引起高度重視。

　　采用中國科學院力學研究所提出的計算觸地振速的公式：

　　式中：I─為沖量：I=mv;N·S。

　　v─建筑物、構筑物觸地時速度，m/s;由能量守恒定律得：

　　0.5mv2=mg(H1-H2)=mgDH,由此式可求出V值;

　　H1、H2─待爆建筑物原重心高度與觸地時的重心高度,m;

　　DH=H1-H2為爆破后重心的下降高度，m;

　　m—待爆建、構筑物的質量，kg;

　　R—爆破體重心距保護對象的距離，m;

　　K1—分散與緩沖系數K=0.3。

　　煙囪物理參數及煙囪爆破塌落觸地時引起周圍保護對象的沖擊振動速度，按上式編出程序計算所得的結果見表1-2。計算中按爆破缺口同時切除，煙囪按剛體自由落體同時沖擊落地計算，此時引起的沖擊振動速度最大。實際上煙囪在倒塌觸地時，常常在煙囪的中上部要產生折斷并分次沖擊塌落，同時要產生后坐現象，因此實際的沖擊振動速度要比表中的計算值小得多。

　　

　　由表中的計算結果可知，煙囪爆破不會對主廠房及泵房產生任何影響。

　　4、爆破效果

　　2008年4月28日上午9時30分煙囪起爆后,從爆破錄像中可以看到，上段煙囪先向下一沉,2s后開始緩慢下坐,并向設計方向傾斜,5s后迅速傾倒,3s時下段煙囪爆破缺口起爆,在下段煙囪開始傾倒時,上段煙囪底部還沒有脫離下段煙囪,上段煙囪底部隨著下段煙囪向設計方向傾倒，隨后下段煙囪緩慢下坐、傾倒,上段煙囪重疊在下段煙囪的爆堆之上。兩段煙囪均出現了不同程度的下坐,未發生后坐現象,在傾倒中心線方向的坍塌長度約為60m,橫向最大坍塌約為15m,頂部坍塌寬度約為12m。周圍廠房、住宅等建筑物安然無恙,儀器、設備、高壓線等未受到任何影響,達到了設計效果。煙囪上段觸地后混凝土徹底粉碎，內部鋼筋全部裸露;煙囪中段混凝土破碎，鋼筋與混凝土脫離;煙囪下段筒體徹底消失，混凝土壁充分龜裂。

　　5、結論

　　通過上述分析和研究歸納出以下幾點結論：

　　(1)在場地受到限制的復雜環境下,采用對稱傾倒中心線爆破缺口的分段雙向爆破拆除煙囪方案安全可靠,施工方便,成本低,速度快。

　　(2)上下段煙囪重疊的效果好,傾倒距離短,倒塌范圍小,對傾倒方向的建筑物能進行有效的保護。

　　(3)下段煙囪首先傾倒落地,對上段煙囪的觸地能起到緩沖作用。

　　(4)利用黃土作為100m高煙囪緩沖介質，①緩沖效果好;②對觸地的煙囪及爆渣起到了二次破碎作用;③煙囪破碎效果好，使破碎、運輸兩道工序變為一道工序，施工簡單，速度快，效率高;④節省了單獨施爆煙囪所需的飛石、防震溝緩沖材料的費用及其時間，施工成本低。

　　參考文獻

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