45 m钢筋混凝土烟囱同向折叠爆破拆除

邹宗山， 杨 军， 李福强， 佐建君， 杨忠豪

(1. 北京理工大学 机电学院爆炸科学与技术国家重点实验室， 北京 100081； 2.北京理工北阳爆破工程技术有限责任公司， 北京 100081)

45 m钢筋混凝土烟囱同向折叠爆破拆除

邹宗山1，2， 杨 军1，2， 李福强1， 佐建君2， 杨忠豪1

(1. 北京理工大学 机电学院爆炸科学与技术国家重点实验室， 北京 100081； 2.北京理工北阳爆破工程技术有限责任公司， 北京 100081)

为了安全实施45 m钢筋混凝土烟囱在距33 m处高压线和倒塌空间受限环境中的爆破拆除，采取双切口同向折叠爆破拆除技术，最终确定上、下切口延时时间5 s，超长的延时时间保证了烟囱上段筒体倾倒加速后下段筒体才开始倾倒，避免烟囱上段筒体倒塌发生前倾现象，缩短了烟囱的倒塌长度，使其在32 m以内，确保了高压线的安全。该工程对于烟囱双切口同向折叠及延时时间的选择具有一定的借鉴意义。

钢筋混凝土；烟囱；折叠爆破；爆破参数；延时时间

1 工程概况

本工程位于神华黄骅港务有限责任公司生活区内，烟囱高45 m，系钢筋混凝土结构，混凝土标号为C30，烟囱底部外直径4.62 m，壁厚36 cm；顶部外直径2.22 m，壁厚0.16 cm。烟囱筒身内由耐火砖砌筑，水泥珍珠岩板隔热层构成的内衬，坐落在每一道环行牛腿上。在烟囱筒身上设有测温孔、监测孔、爬梯及信号平台等装置，烟囱底部东侧有高3.2 m、宽2.3 m的烟道口，+13.5 m处有信号平台。

待拆除的烟囱周边坏境复杂，东侧5.4 m处是锅炉房，70 m处是变压站；西侧12.7 m处是洗衣厂房；南侧15 m处是办公楼，35 m处是围墙及彩钢房车库，150 m处是高层居民楼；北侧33 m处是供某港全港生产用电的高压线，高压线离地距离约14 m，38 m处是加压泵站水池，周围环境如图1所示。

2 爆破方案选择

根据烟囱周围环境情况，为了避开洗衣房、停车场、居民楼及地下管道等保护对象，烟囱只能朝向西侧高压线方向倒塌，采取双切口同向折叠爆破方案，缩短烟囱的倒塌长度；为了减少高空作业的难度和施工成本，上切口设在烟囱的+13.8 m处，朝北偏西6°方向倒塌，利用烟囱的信号平台作为施工平台；下切口设在烟囱的+0.3 m处，朝正北方向倒塌，利用烟囱底部东侧的烟道口作为定向窗。上、下切口延时时间5 s。

图1 周围环境示意图Fig.1 Schematic diagram of surroundings

3 工程难点

(1)国内实施双切口同向折叠爆破拆除烟囱的案例不多〔1〕，可提供参考的文献很少。

(2)严格控制烟囱倒塌距离，确保高压线的安全，烟囱上部筒体的长度31.2 m，必须确保烟囱上段筒体倒塌过程中不得发生前倾现象。

(3)确定合理的延时时间，避免烟囱上、下段筒体倒塌时发生前倾、偏转或反向倒塌等现象〔2〕。

4 爆破参数设计

4.1 预处理

人工切割烟囱顶部的避雷针等；开凿定向窗，剔除定向窗内的钢筋；割断下切口保留筒体的外侧钢筋；爆破前预拆除切口范围内的爬梯及烟囱的内衬结构。

4.2 爆破切口设计

4.2.1 烟囱上爆破切口

4.2.2 烟囱下爆破切口

烟囱下切口设在烟囱的+0.3 m处，倾倒方向为正北。此处的烟囱直径D=4.6 m，壁厚36 cm。取爆破切口圆心角α=240°，爆破切口长度s=9.6 m，爆破切口高度h=3 m。

东侧的定向窗利用烟囱原有烟道加工而成，由于烟道门柱的钢筋是加密布置的，需割断南侧的烟道门柱底部50 cm范围内的钢筋，西侧的三角形定向窗高3 m、宽2.3 m。

4.3 爆破参数的确定

爆破参数主要有：孔径、孔深、孔距、排距、单孔装药量、装药结构等。

(1)孔径与孔深〔4〕。孔径主要与钻孔设备选取有关，通常拆除爆破使用手持凿岩机钻孔，孔径D=40 mm；炮孔布置在爆破切口范围内，采用三角形布孔，钻孔的方向指向烟囱水平断面圆周的圆心。根据施工经验，炮孔深度通常取l=(0.67～0.7)δ，其中δ为烟囱壁厚。

(2)孔距与排距。孔距a主要与最小抵抗线有关，通常取a=(1.2～2)W。排距b=0.87a，依据爆破切口的尺寸和孔网参数，确定炮孔数量。

(3)单孔装药量。可按体积公式计算单孔装药量Q单=qabδ，爆破参数如表1所示。

表1 爆破参数

5 烟囱上、下切口延时时间的确定

烟囱上、下切口延时时间选择的原则是，避免烟囱上、下段筒体倒塌时发生前倾、偏转或反向倒塌等现象；由于烟囱倒塌场地受限，上、下切口延时时间的选择还必须使得烟囱的倒塌长度控制在要求的范围内。

通过烟囱倒塌过程的力学分析、数值模拟和以往类似工程实践经验表明〔5-6〕：

双切口同向爆破拆除，选择较大的延时时间时，能有效地缩短烟囱的倒塌长度，但由于支座反力的作用，烟囱上、下筒体会发生偏转甚至反向倒塌现象，不利于控制烟囱的倒塌方向。

选择较小的延时时间，烟囱上段筒体随着下段筒体一起倒塌，烟囱倒塌趋势不易发生偏转或反向倒塌的现象，但不能较大的缩短烟囱的倒塌长度。

通过理论计算及工程经验类比，本次拆除爆破最终确定上、下切口延时时间5 s，确保烟囱筒体不会发生偏转或反向倒塌的现象的同时，缩短烟囱倒塌长度，满足倒塌场地的要求。

6 安全防护措施

6.1 爆破振动安全防护措施

在烟囱倒塌方向上铺设缓冲土堤，从烟囱根部10 m开始，每隔3 m铺设一道高2 m、宽2 m、长5～8 m的土堤，在烟囱上段塌落的地方铺设高3.5 m、宽4 m、长8 m的土堤，加强防护，缓冲烟囱上段前冲及塌落振动。为防止烟囱倒地，溅起土堤里的泥块和小石块，在土堤的两侧堆砌沙包。

6.2 飞散物安全防护措施

采取覆盖防护措施，在爆破切口使用棉被和钢丝网进行覆盖，第一层棉被，第二层钢丝网，第三层棉被，第四层钢丝网。建筑物的窗户玻璃使用棉被进行近体防护。

7 起爆网路及爆破效果

采用塑料导爆管起爆网路，孔内延时，每个炮孔里装两发雷管，使用“簇联”方式连接起爆网路，再分别利用四通引入两独立的分片干线回路。

烟囱倒塌过程如图2所示。

图2 烟囱倒塌过程瞬间Fig.2 The collapse process of the chimney transient

先起爆上切口，间隔时间5 s后起爆下切口，超长的延时起爆时间使得烟囱上段筒体倾倒加速后下段筒体才开始倾斜，下段筒体部分折叠在上段筒体上控制了烟囱倒塌距离在32 m以内。整个倒塌历程10 s，8 s时烟囱上段筒体处于水平状态，烟囱下段筒体开始倾斜。

〔1〕郑炳旭. 中国爆破新技术Ⅲ[M]. 北京: 冶金工业出版社,2012:659-681.

ZHENG Bing-xu. New blasting technology in China Ⅲ[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press, 2012:659-681.

〔2〕 王晨, 高文乐, 方昌华，等. 100 m高钢筋混凝土烟囱的双向折叠爆破拆除[J]. 工程爆破, 2010,16(3): 68-71.

WANG Chen, GAO Wen-le, FANG Chang-hua, et al.Bidirectional folding blasting demolition of a 100 m-high reinforced concrete chimney[J].Engineering Blasting,2010,16(3):68-71.

〔3〕 刘殿书. 中国爆破新技术Ⅱ[M]. 北京: 冶金工业出版社,2008:485-486.

LIU Dian-shu. New blasting technology in China Ⅱ[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press,2008:485-486.

〔4〕 张英才，张海涛，董保立，等.复杂环境下150 m砼烟囱两段单向控制爆破技术[J].工程爆破，2014，20(6):16-20.

ZHANG Ying-cai，ZHANG Hai-tao，DONG Bao-li，et al.The unidirectional controlled blasting technology under complicated environment in two sections of a 150 m reinforced concrete chimney[J].Engineering Blasting，2014，20(6):16-20.

〔5〕 杨建华, 马玉岩, 卢文波,等. 高烟囱爆破拆除倾倒折断力学分析[J]. 岩土力学, 2011, 32(2): 459-464.

YANG Jian-hua, MA Yu-yan,LU Wen-bo， et al. Analysis of fracture mechanics for falling tall chimneys during demolition blasting[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(2): 459-464.

〔6〕 赵根,张文煊,李永池.钢筋混凝土烟囱定向爆破参数与效果的DDA模拟[J].工程爆破,2006,12(3):19-21.

ZHAO Gen, ZHANG Wen-xuan, LI Yong-chi. DDA numerical simulation of directional blasting parameters and effect in demolition of reinforced concrete chimney[J]. Engineering Blasting,2006,12(3): 19-21.

Demolition of 45 m reinforced concrete chimney with co-rotating folded blasting

ZOU Zong-shan1，2， YANG Jun1，2， LI Fu-qiang1， ZUO Jian-jun2， YANG Zhong-hao1

(1.State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, School of Mechatronical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081,China;2. Beijing BIT Blasting Engineering & Technology Co., Ltd.,Beijing 100081,China)

The distance was only 33 m between the 45 m high reinforced concrete chimney and the high voltage line. The collapse space was limited for the chimney collapsing. In order to ensure the safety of the high voltage lines, the co-rotating folded blasting demolition technique was used. Moreover, the delay interval was 5 s between the upper and lower blasting notch initiated. Overlong delay interval ensured the lower chimney start to collapsing after the upper chimney dumping acceleration, avoided the forward rush of the upper chimney section, and shortened the collapse length of the chimney within 32 m. The project had a certain significance to select the delay interval with the co-rotating folded blasting demolition.

Reinforced concrete；Chimney；Folded blasting；Blasting parameters；Delay interval

1006-7051(2016)06-0045-03

2016-06-14

邹宗山(1984-)，男，博士，从事爆炸理论研究和工程爆破实践工作。E-mail：zzsbit@qq.com

TD235.3

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.010