一座处于复杂环境中的砖混烟囱的爆破拆除

刘永波,宋磊,张录峰

（1.陕西鸿安爆破工程有限责任公司，陕西西安710015；2.陕西红旗民爆集团股份有限公司，陕西宝鸡721013）

1 工程概况

淮南市山南新区管委会在新区场地土地治理平整时，遇原砖窑厂废弃烟囱一座需要拆除。该烟囱为砖混结构，烟囱底部外直径D=4m，高H=45m，底部壁厚δ=0.63m；烟囱无内衬，外部无明显裂隙和损伤，整体性较好。烟囱在原窑厂围墙院内，周围环境比较复杂。南侧距离中铁办公楼30m，紧临办公楼为乡村道路；东侧距离高压线路15m，再往东80m为围墙；北侧60m为围墙，西北侧距离烟囱60m有两层楼房（待拆除违章建筑物），西侧50m为围墙，围墙外为道路。周围环境如图1所示。

2 爆破拆除方案

图1 烟囱周边环境平面图

2.1 方案选择

当前对于高耸建筑物，如烟囱、水塔等的爆破拆除方案主要有三种：一是定向倒塌；二是折叠式坍塌；三是原地坍塌。根据这三种方案的适用条件及其优缺点，结合本次烟囱及爆区的周围环境等因素，决定采用定向倒塌方案[1]。在烟囱北偏西方向的倒塌场地，完全可以满足L′≥1.2H（烟囱高）和B≥4D（烟囱直径）的定向倒塌要求。定向倒塌方案与其他两种方案相比具有施工方便、简单、易于控制，且经济、技术难度小等优点。

2.2 爆破方案

定向倒塌爆破的基本原理就是通过一定形状的开口爆破，破坏高耸建筑物的整体稳定结构，使重心失稳，沿指定方向倒塌，再通过一定的安全保障措施，控制落地安全[2]。由于本次爆破拆除的烟囱，截面大，高度低，又是砖混结构，具有钢筋混凝土框架，因此，在倒塌倾覆过程中，重心低，极易由钢筋牵拉作用而发生后座或偏转，对倒塌范围和安全带来严重影响[3]。故，需要对爆破技术方案中：开口形状与位置、开口圆心角及弧长、开口高度、孔网参数、单孔药量等参数详细、反复推断和论证。

2.2.1 爆破切口设计

2.2.1.1 开口形状及位置

开口是为了创造成失稳条件，即人为造成烟囱的偏心受压，形成一个强大的倾倒力矩，促使其定向倒塌。因此，开口形状的好坏，将直接影响到烟囱定向倒塌的准确性。当前采用的开口形状有正梯形、倒梯形、长方形、人字形、斜形等多种[1]。根据类似烟囱爆破实践经验和安全易控因素考虑，本次爆破拆除采用正梯形开口，并设置于底部+0.5m处，倒塌方向：北偏西30°倒塌，开口形状详见图2。

图2 开口示意图

2.2.1.2 开口弧长及圆心角

开口弧长是确保烟囱能顺利定向倒塌的又一个十分重要的参数。一般开口弧长取（D为开口部位烟囱的直径）。根据本次爆破烟囱的结构和类似工程实例，综合烟囱倒塌速度适当、定向准确和防止后座等因素综合考虑，取L=0.62πD=0.62×3.1416×4=7.79m较为合适，这里取L=7.6m。

开口圆心角为开口断面弧长所对应开口断面圆的圆心角，有于本次开口弧长取7.6m，开口断面圆周长18.56m，开口圆心角为218°，烟囱开口断面图见下图3[4]。

图3 开口断面图

2.2.1.3 开口高度

开口高度是确保倒塌的一个十分重要的条件，在拆除爆破时，一定要保障烟囱开口爆破后，开口部位上部结构失稳倒塌过程中，不能出现上部烟囱触底碰撞后，结构重心稳定，爆而不倒现象[5]。对于一般砖混砌体，其开口高度取H=(1.5～3.0)δ(δ为烟囱开口部位的壁厚)，即为 H=(1.5～3.0)0.63=(0.95～1.89)m,为了能可靠倒塌，最后确定取H=1.6m。

2.2.1.4 定向窗及定位窗

为了保证烟囱按预定方向倒塌，必须在倒塌中心轴设置定向窗和爆破开口两边设置定位窗。定向窗取1.0m×1.6m，定位窗1.0m×1.3m，开口角度38°。详见图4。

图4 开口形状及炮孔布置图

2.2.2 爆破孔网参数设计

本次烟囱爆破部位的筒壁厚度一般，且为砖混结构。为了爆破的安全可靠，本着多打孔、少装药的原则来确定孔网参数[6]。

1）炮孔直径d，采用手持式风动凿岩机，钻孔直径40mm。

2）炮孔深度l,一般采用公式l=(0.65～0.72)δ来计算孔深，孔深取l=0.42m。

3）炮孔间距a=0.85l=0.35m。

炮孔排距b=a=0.35m。根据爆破区域尺寸，本次爆破共布置98个孔。

4）单孔药量计算,查阅大量砖混砌体爆破资料和类似工程实例，取单耗K=1000g/m3。

q=Kabδ=1000×0.35×0.35×0.63=46.31g=77g，这里取q=75g。

5）总装药量Q=98×75=7350g。

2.2.3 起爆网路

起爆器材选用毫秒延期导爆管雷管，采用孔内延期起爆技术，其段别为1、6、10三个段位。2、3两排孔装1段导爆管雷管；1排装6段雷管；4、5两排装10段雷管（排号从下往上数为1～5排）。

网路连接方法为：每20发左右导爆管雷管并联为一束，并联后用两发串联的瞬发电雷管引爆，最后把所有电雷管串联起来引入起爆站。电雷管一定要严格筛选，用电阻值比较接近的雷管。如图5。

3 安全校核及防护措施

3.1 安全校核

图5 爆破网络连接示意图

高耸建筑物爆破拆除时，易引起飞石、振动及冲击波等方面的危害，引起这些危害的因素主要有三方面：一是炸药爆炸本身引起的；二是建筑物失稳后，后座撞击地面引起的；三是建筑物倒塌落地引起的。相对于建筑物塌落落地引起的飞石、震动和冲击波，爆破本身和后座撞地引起的都是非常渺小的，通过一定的技术措施是完全可以控制的。从大量的工程实践中也可以得出，在上述三种危害中以落地危害最大。但至今为止，对落地振动速度的计算还未有一个大家公认的计算公式。中科院力学所周家汉[1]在实测的基础上总结出如下公式：

式中，v——测点的质点振动速度，cm/s；m——下落物体的质量，kg；H——物体的质心高度，m，20 m；σ——物体材料的破坏应力，kg/cm2，σ=24；g——重力加速度；R——测点距离，m；k,α——系数，k=1.86,α=1.4。

依据上式，降本次爆破参数代入公式得，

从计算结果看，落地振动在《爆破安全规程》允许范围内[7]。

3.2 防护措施

在钻孔爆破部位采用三层草帘，二层钢丝网，二层橡胶板覆盖，防止爆破飞石及冲击波。在倒塌位置开挖长48m，宽5m，深1.5m条形坑，并在靠近高压线的一侧，搭设钢脚架用钢丝网覆盖以防护飞石对高压线的破坏。

4 爆破效果

爆破完成后，烟囱完全按照设计要求倒塌在开挖坑内，达到预期效果，取得了良好的经济效益。

（1）对于高耸建筑物的爆破拆除，通过科学设计，合理施工，定能取得理想的爆破效果。

（2）对于重心相对较低的高耸建筑物爆破拆除，应采取较高的爆破开口高度，以保障高耸建筑物的顺利倒塌，防止高耸建筑物开口爆破后筒体触底支撑整个建筑物，而形成不了重心失稳倒塌。

（3）通过逐排起爆技术，周密的防护措施，合理的保护措施，定能控制爆破飞石、震动、冲击波对其他构造物的影响。

[1]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[2]杨人光,史家育.建筑物爆破拆除[M].北京:中国建筑工业出版社,1985.

[3]冯叔瑜,李毅,杨杰昌,等.城市控制爆破[M].北京:中国铁道出版社,1987.

[4]杨阳,李清.两座60m砖烟囱定向爆破拆除及结果分析[J].爆破,2013,30(3):91-94.

[5]傅志峰,李红杰.60m高厚壁砖烟囱定向爆破拆除[J].爆破,2001,7(4):40-42.

[6]申玉三,张成良.50m高烟囱定向拆除爆破[J].爆破,2006,23(4):69-71.

[7]GB6722-2003.爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社,2004.