【摘要】文中介紹了在復(fù)雜環(huán)境中，采用控制爆破技術(shù)，成功爆破拆除210m高鋼筋混凝土煙囪的實(shí)例，重點(diǎn)介紹了高聳煙囪成功爆破拆除中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)、爆破參數(shù)、安全措施和爆破效果等，該高度煙囪的爆破使國(guó)內(nèi)爆破拆除領(lǐng)域跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。為今后高聳煙囪爆破拆除提供參考。

【關(guān)鍵詞】煙囪 爆破拆除 定向 震動(dòng) 安全

中圖分類號(hào)：TD235.1       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Wang xizhi Xie xingbo Tan xuegang Tan ling Xue fengshong

(Engineering Institute. Engineering Corps. PLA. Nanjing 210007)

Abstract：The paper presents the project of a 210m-height reinforced concrete chimney at complex circumstances was demolished by controlled blasting and focuses on key technologies, blasting parameter, safety measures and blasting effectiveness in blasting demolition of high chimney. It means the chimney blasting in domestic go beyond to a new height and provides the reference on the controlled blasting demolition on chimneys for future．

Key words: Chimney; Blasting Demolition; Directional Blasting；Vibration；Safety;

徐州發(fā)電有限責(zé)任公司位于徐州市九里區(qū)茅村鎮(zhèn)。該公司積極響應(yīng)國(guó)家“上大壓小、節(jié)能減排”的號(hào)召，經(jīng)上級(jí)主管部門和發(fā)改委批準(zhǔn)，將現(xiàn)有的四臺(tái)125千千瓦的機(jī)組（編號(hào)為1#～4#機(jī)組）和兩臺(tái)200千千瓦的機(jī)組拆除（5#、6#機(jī)組），由于需要拆除的1#～6#機(jī)組及其配套的煙囪、冷卻塔等建筑堅(jiān)固高大，為確保安全、高效、經(jīng)濟(jì)，公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定采取控制爆破方法拆除。該工程需要爆破拆除的項(xiàng)目有：鋼筋混凝土煙囪3座，其中 1#、2#煙囪高180m、3#煙囪高210m；冷卻塔6座，其中1#～4#高90m，5#、6#高110m；1�！�6＃機(jī)組主廠房及與主廠房相連的輸煤棧橋等；本文重點(diǎn)介紹210m高的3#煙囪爆破拆除技術(shù)。

1.1煙囪結(jié)構(gòu)：

該煙囪（Y-3#）為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高210m；地部外徑20.92m，頂部外徑7.54m；地部混凝土壁厚度0.7m；標(biāo)高5m以上有碎磚水泥沙漿外加鐵絲網(wǎng)砌成的內(nèi)襯，標(biāo)高5～20m高度之間內(nèi)襯厚度為0.2m，20m以上為變厚度； 標(biāo)高5m以上有隔熱層，寬度為0.08m～0.05m；擋灰板位于標(biāo)高5m處；煙道口位于擋灰板上方，高7.25m，寬3.5m，南北兩側(cè)對(duì)稱分布。煙囪總重量為10326t。

煙囪東側(cè)59m是主廠房（圖中J-1～J-3），東南側(cè)20m是7＃機(jī)組鍋爐架（J-7），東南側(cè)45m是7＃運(yùn)行機(jī)組（J-3）；南側(cè)108.8m是7#、8#機(jī)組正在使用的210m高的4#煙囪（Y-4#）；西側(cè)28m是運(yùn)行的主控樓和化水車間（J-6）；北側(cè)是拆除區(qū)，1-4#冷卻塔、1#、2#180m高煙囪拆除清理后，有長(zhǎng)420m、寬68m的空間可以利用。210m高煙囪周圍環(huán)境見圖1。

圖1 煙囪周圍環(huán)境示意圖

注：1、Y代表煙囪，Y-1#、Y-2#高180m，爆拆；Y-3#高210m爆拆；Y-4#高210m在運(yùn)行中；

2、T代表冷卻塔，T-1#～T-4#高90m，爆拆；T-5#、T-6#高110m，爆拆；T-7#、T-8#高110m在運(yùn)行中；

3、J代表建筑物，J-1～J-2為1～6#機(jī)組主廠房，爆拆；J-3為7～8#機(jī)組主廠房、J-7、J-8為鍋爐架、J-5為辦公樓、J-6為控制室和化水車間、J-10為制氫車間等均在運(yùn)行中。

 

電廠對(duì)爆破震動(dòng)、爆破粉塵、防火等有著嚴(yán)格的等級(jí)要求，在電廠生產(chǎn)區(qū)內(nèi)實(shí)施爆破拆除，安全要求更高，本次爆破拆除的210m高煙囪又是全國(guó)爆破拆除最高的煙囪，目前尚無成功爆破的先例；該煙囪四周保護(hù)目標(biāo)多、距離近，距運(yùn)行的7#機(jī)組45m，距控制室28m，距制氫  站85m等其他保護(hù)目標(biāo)，一旦出現(xiàn)意外停機(jī)或爆炸，后果不堪設(shè)想；對(duì)煙囪的倒塌方向、爆破振動(dòng)和煙囪觸地震動(dòng)、飛濺物的控制等要求很高；因此，爆破難度大，技術(shù)要求高，無成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒，安全隱患多，爆破風(fēng)險(xiǎn)大。

根據(jù)煙囪的高度、結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境和業(yè)主對(duì)爆破施工的安全等要求，確定采用定向控制爆破技術(shù)，向正北方向定向倒塌。

為保證爆破切口處煙囪結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和施工的方便性，爆破切口位置選擇在切口下沿距煙囪擋灰板上表面1.4m處（標(biāo)高為7.4m），此處煙囪外半徑為8.52m，周長(zhǎng)53.53m。為便于施工并結(jié)合多次煙囪爆破的成功經(jīng)驗(yàn)，爆破切口仍采用正梯形。

3.3.1爆破切口長(zhǎng)度Lp的確定

切口長(zhǎng)度的大小決定著煙囪能否實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)，如果切口長(zhǎng)度過大，可能導(dǎo)致預(yù)留部分支撐力不足，造成煙囪倒塌方向失去控制，甚至出現(xiàn)反向倒塌，或者出現(xiàn)斷而不倒、傾而不倒的情況。根據(jù)該煙囪的結(jié)構(gòu)和實(shí)際受力情況，經(jīng)過力學(xué)計(jì)算和多種方法校核，并結(jié)合我部以往類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，選擇切口對(duì)應(yīng)的圓心角α為210°。則切口長(zhǎng)度為：，切口最大弧長(zhǎng)為L_1p=8.52×2π×210/360=31.2m。

3.3.2爆破切口高度HP的確定

切口高度H_p根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)按下列公式確定：

（1）H_P≥（1/6~1/4）D  

式中，H_p—切口高度，m； D—煙囪切口處的直徑，m。

按照此式計(jì)算，煙囪的最大切口高度為：H_2p=2.84~4.26m。

（2）爆破切口高度H_p也可按照下式計(jì)算：

式中：σ_T—鋼筋的抗拉強(qiáng)度，kgf/cm²，Mn鋼σ_T =5200kgf/cm²，A3鋼σ_T =3800kgf/cm²；

P—煙囪爆破切口以上的自重，kg； S—余留區(qū)鋼筋的總橫截面積，cm²；

D—切口處煙囪的外徑，m； Zc—煙囪切口以上的重心高度，按照0.39倍煙囪切口以上高度確定，m。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和類似工程經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，專家組最終確定的爆破切口高度為：4.8m。

為保證煙囪倒塌方向準(zhǔn)確，爆破時(shí)便于失穩(wěn)，同時(shí)減少爆破時(shí)的裝藥量和爆破作業(yè)時(shí)間，煙囪爆破前，在爆破切口范圍內(nèi)，預(yù)先開設(shè)1個(gè)定向窗，在傾倒軸線兩側(cè)對(duì)稱開設(shè)定位窗和輔助窗，開窗的形狀和位置詳見圖2，需開窗的大小和尺寸應(yīng)滿足開設(shè)完成后、爆破前、在有7級(jí)風(fēng)的情況下煙囪不會(huì)在爆破切口處失穩(wěn)或倒塌。該煙囪三窗的設(shè)計(jì)經(jīng)過計(jì)算和校核確定為：定位窗長(zhǎng)3.5m，高4.8m，定向角為30⁰；輔助窗長(zhǎng)1.5m，高4.8m，定向窗利用北側(cè)煙道口（長(zhǎng)3.5m，高7.25m）。為確保施工精度，在開設(shè)三窗時(shí)，采用了水鉆密孔切割法，水鉆切割完成后，窗內(nèi)的部分在試爆時(shí)完成。

煙囪切口處的藥孔參數(shù)見表1。

煙囪壁厚（cm) 抵抗線(cm)  孔距(cm)  排距(cm)  孔深(cm) 切口高度（m）  單耗 ㎏/m³ 

高聳煙囪爆破拆除其核心技術(shù)是倒塌方向控制，倒塌方向的準(zhǔn)確性，一取決于設(shè)計(jì)和計(jì)算的準(zhǔn)確性，二取決于標(biāo)定的準(zhǔn)確性，三取決于施工的準(zhǔn)確性。只要三個(gè)準(zhǔn)確落實(shí)到位，煙囪按設(shè)計(jì)方向倒塌才有保證�，F(xiàn)場(chǎng)施工第一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是標(biāo)定。根據(jù)煙囪的倒塌方向和周圍環(huán)境，對(duì)以下四個(gè)方面進(jìn)行精確標(biāo)定，一是倒塌方向的準(zhǔn)確標(biāo)定，該標(biāo)定可采用全站儀進(jìn)行標(biāo)定；二是爆破切口底線水平標(biāo)定，該標(biāo)定可采用水準(zhǔn)儀或水準(zhǔn)管進(jìn)行標(biāo)定；三是爆破切口圓心角的標(biāo)定；四是定向角（定位窗底線與斜線的夾角）角度和兩側(cè)對(duì)稱度的標(biāo)定等。把設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果在施工現(xiàn)場(chǎng)和施爆體上用有色漆進(jìn)行標(biāo)定，具體數(shù)據(jù)見爆破參數(shù)。

（1），煙囪內(nèi)擋灰板上面積灰的處理：擋灰板上面積灰正好處在爆破切口內(nèi)，爆前處理掉該積灰的目的，一是確保爆破切口內(nèi)無妨礙物，防止對(duì)切口閉合代來影響，造成方向偏差，二是爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的煙塵，影響環(huán)境。因此，爆破前應(yīng)將煙道口內(nèi)的積灰處理干凈。處理的方法是用高壓水槍進(jìn)行沖洗。

（2）金屬爬梯和避雷針的處理：根據(jù)我部以往成功經(jīng)驗(yàn)，爆破前將、金屬爬梯、避雷針用氧割切斷，切割高度不小于1.0m；切割分離與煙囪相連的一切設(shè)施。

（3）封堵后側(cè)煙道口：為保證保留部分截面起到應(yīng)有的支撐作用，將煙囪倒塌反方向的煙道口用鋼筋混凝土提前封堵，防止煙囪爆破時(shí)產(chǎn)生大幅度下座，確保有支撐定向。

在爆破安全設(shè)計(jì)中，爆破振動(dòng)、爆破產(chǎn)生的沖擊波以及爆破噪音，在采用小孔內(nèi)部裝藥爆破結(jié)構(gòu)物時(shí)，由于單孔藥量小、孔多、裝藥分散，上述三種效應(yīng)不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境的設(shè)施造成影響。產(chǎn)生主要影響的因素是煙囪觸地時(shí)產(chǎn)生的觸地震動(dòng)、飛濺物和爆破部位由于爆破產(chǎn)生的飛石。因此，此次爆破采取的主要安全措施如下：

（1）減震、防飛濺措施

對(duì)于煙囪筒體撞擊地面產(chǎn)生的塌落震動(dòng)和飛濺物，目前尚無精確的計(jì)算公式確定。根據(jù)我們以往類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，爆前在預(yù)定撞擊范圍內(nèi)，每隔40m壘筑一道深緩沖堤，共筑5道，緩沖堤斷面尺寸為：底寬6m，頂寬1～1.5m，高度分別為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m，然后用竹芭表面覆蓋，用繩子或鐵絲將竹芭連為一體。在預(yù)計(jì)煙囪頭部觸地位置開挖一道減震溝，同時(shí)筑一道高5m的防沖堤。

（2）防飛石和保護(hù)目標(biāo)的保護(hù)措施

為防止爆破產(chǎn)生的飛石打傷保護(hù)目標(biāo)，在煙囪爆破部位用竹芭包裹，對(duì)重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)采用搭設(shè)防護(hù)墻或在朝著爆破物的一側(cè)用竹芭等材料遮擋。

該煙囪于2008年11月11日下午16：30實(shí)施爆破，起爆后約3秒鐘，煙囪向設(shè)計(jì)方向倒塌，從錄象中測(cè)出，煙囪頭部約在16秒鐘觸地，方向十分準(zhǔn)確，解體充分。煙囪爆破切口下部的擋灰板和井字梁在定向窗下方有輕微破壞，無產(chǎn)生后坐。飛石和飛濺物均控制在允許的范圍內(nèi)，經(jīng)業(yè)主全面檢查，周圍環(huán)境內(nèi)的所有保護(hù)目標(biāo)均安然無恙。爆破取得了圓滿成功。此次爆破是暨今年5月和6月由我院成功爆破拆除2座180米高煙囪之后成功實(shí)施的爆破，該煙囪的爆破是國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)爆破拆除最高、最成功的典型工程實(shí)例。

 

參考文獻(xiàn)：薛峰松、王希之、謝興博、譚雪剛等，亞太地區(qū)爆破會(huì)議論文集180m超高鋼筋混凝土煙囪成功控制爆破拆除；

 

作者：王希之 1961年出生，教授 碩士生導(dǎo)師 從事爆破工作近30年。