廣州南玻100m煙囪爆破拆除

劉 哲，楊志紅（廣東爆破工程有限公司，廣東 廣州 510000）

廣州南玻100m煙囪爆破拆除

劉 哲，楊志紅
（廣東爆破工程有限公司，廣東 廣州 510000）

介紹了廣州南玻廠兩座100m高煙囪爆破拆除的工程實(shí)例。結(jié)合待拆除煙囪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及周邊環(huán)境，針對(duì)高聳煙囪底部各種洞口及壁厚的現(xiàn)實(shí)條件，靈活選取爆破切口的位置和形狀，確定爆破技術(shù)參數(shù)，輔以毫秒延期起爆、簇聯(lián)接力復(fù)式網(wǎng)路及安全防護(hù)措施，取得了良好的爆破效果，可為同類工程提供參考。

煙囪；爆破拆除；切口位置；切口形狀；安全

1 引言

城市爆破拆除技術(shù)在我國(guó)的廣泛使用始于19世紀(jì)50年代，發(fā)展于改革開放以后?？刂票撇鸪且豁?xiàng)帶有高度危險(xiǎn)性的工作，尤其是高聳建筑物的拆除，稍有不慎，后果不堪設(shè)想。在我國(guó)，許多前輩和專家在控制爆破拆除高聳建筑物方面做了大量研究。謝先啟［1］、王希之［2］研究了百米以上煙囪爆破拆除技術(shù)；陶順伯［3］、齊憲秀［4］介紹了復(fù)雜環(huán)境下高聳煙囪拆除的注意事項(xiàng)；楊建華［5］從煙囪倒塌折斷力學(xué)方向進(jìn)行了深入探討。本文結(jié)合南坡兩座100m高煙囪的爆破拆除的工程實(shí)踐、總結(jié)煙囪拆除在設(shè)計(jì)與施工過程的經(jīng)驗(yàn)，可為同類工程參考。

2 工程概況

2.1 爆區(qū)環(huán)境

廣州市黃埔區(qū)云埔工業(yè)區(qū)南崗片廣州南玻玻璃廠（以下簡(jiǎn)稱“南玻廠”）內(nèi)，兩座待拆煙囪位于康南路以西的廠區(qū)范圍內(nèi)，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建于2005年，煙囪混凝土標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)為C30，鋼筋采用HPB235，HRB335鋼。1號(hào)煙囪東面距康南路約15m，距離東北面水南村村口交叉路口約58m，距東面紐倫堡小區(qū)住宅樓最近為110m，2號(hào)煙囪距康南路約30m。其它三面均為廠區(qū)空地，沒有需保護(hù)的重要建、構(gòu)筑物。因此，爆破傾倒環(huán)境相對(duì)較好，重點(diǎn)需要保證和保護(hù)的是康南路以東的建（構(gòu)）筑物。在爆破施工中，必須嚴(yán)格控制爆破飛石及倒塌方向，不允許任何爆破危害。

2.2 煙囪結(jié)構(gòu)

煙囪底圓形外徑約8m，煙囪頂內(nèi)直徑2.8m，煙囪總高為100m。煙囪基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力靜壓施工管樁基礎(chǔ)，地面以上筒壁為鋼筋混凝土厚約1.1m，另有隔熱內(nèi)襯厚約0.23m，豎向配筋為Φ22，為雙層鋼筋網(wǎng)片結(jié)構(gòu)。外壁設(shè)有一座簡(jiǎn)易爬梯作上下檢查使用，兩座煙囪占地總面積約616m2。煙囪結(jié)構(gòu)尺寸見圖1所示。

圖1 煙囪結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 爆區(qū)環(huán)境衛(wèi)星圖

2.3結(jié)構(gòu)特色

通過實(shí)地勘察與竣工圖紙比對(duì)，本待拆煙囪有兩個(gè)特點(diǎn)。（1）底部洞口較多，形狀與位置不規(guī)則。煙囪共布置3個(gè)洞口，西面為熔窯煙道口，底標(biāo)高0.34m，頂標(biāo)高3.76m，內(nèi)徑3420mm，洞口布設(shè)加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)；東面為出灰口，底標(biāo)高0.34m，直墻圓頂拱行，直墻高960mm，頂拱內(nèi)徑473mm，頂標(biāo)高1.773m；南面為余熱鍋爐煙道口，為圓形，內(nèi)徑1.1m，余熱鍋爐煙道口中心標(biāo)高5.8m，底標(biāo)高4.7m，頂標(biāo)高6.9m。（2）壁厚大。國(guó)內(nèi)同高度煙囪壁厚厚度均在30cm至70cm，很少有壁厚超出1.0m的實(shí)例，本項(xiàng)目煙囪壁厚達(dá)到1.1m，加上內(nèi)襯厚度23cm，隔熱層厚度20cm。厚度達(dá)到1.53m。

3 爆破拆除方案的選擇

3.1 爆破難點(diǎn)分析

（1）底部洞口多，形狀與位置不規(guī)則，對(duì)倒塌方向的控制不利。

（2）煙囪壁厚大，爆破切口的有效高度縮小，影響爆破參數(shù)的選?。辉趪?guó)內(nèi)已爆破拆除的煙囪工程實(shí)例中，沒有如此厚度的壁厚，無可供參考的工程實(shí)例。

（3）煙囪高，自重大，倒塌時(shí)傾覆力矩大，筒體著地觸地振動(dòng)大。

3.2 拆除方案

考慮到周邊環(huán)境及煙囪結(jié)的底部洞口位置不規(guī)則及壁厚大的特點(diǎn)，本工程選擇用單切口定向爆破拆除方案。綜合對(duì)比不同開口位置的經(jīng)濟(jì)效益和安全性的各項(xiàng)指標(biāo)，選擇在地面以上+10.2m的位置設(shè)置爆破正梯形切口的爆破方案。

4 爆破設(shè)計(jì)

4.1 切口位置

根據(jù)本工程煙囪結(jié)構(gòu)的特殊性，底部（標(biāo)高0～8.0m范圍內(nèi)）壁厚1.1m，豎向及環(huán)向鋼筋直徑均為22mm，孔網(wǎng)間距150mm×150mm，且由于煙道口及出灰口的布置，其周圍鋼筋加密，局部鋼筋間距僅20mm。第10節(jié)筒身（標(biāo)高8.0～10.0m范圍內(nèi)），因牛腿布置的原因，壁厚不均，逐漸變化，且該段環(huán)向鋼筋加密，間距僅75mm。在國(guó)內(nèi)已爆破拆除的煙囪工程實(shí)例中，沒有如此厚度的壁厚，無可供參考的工程實(shí)例。工程中，若裝藥量小則導(dǎo)致筒壁混凝土不能順利脫籠，影響有效的切口高度，若裝藥量大，則增加了爆破防護(hù)的難度，爆破飛石難以控制。為了避免上述矛盾，本工程選取切口的位置與第9節(jié)筒身范圍段，即爆破切口底部選擇在標(biāo)高10.2m的位置。該段筒壁外直徑7366mm，周長(zhǎng)23.13m，筒壁厚度320mm，隔熱層厚度200mm，內(nèi)襯厚度230mm。豎向及環(huán)向鋼筋直徑均為22mm，孔網(wǎng)間距150mm×150mm。

4.2 切口形狀

爆破切口的形狀直接影響煙囪倒塌的準(zhǔn)確性，一般為長(zhǎng)方形、梯形、倒梯形、兩翼形等。本設(shè)計(jì)考慮，為了保證切口的對(duì)稱和保留部分的穩(wěn)固，選擇定向較為準(zhǔn)確、易于控制的梯形切口，如圖3、圖4所示。

圖3 爆破切口范圍示意圖

圖4 爆破切口展開示意圖

4.3 切口高度［6］

爆破切口高度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：H= 3.0～5.0 δ= 3.0～5.0 ×0.32 =0.96～1.6 m

式中：δ為煙囪外壁厚，m；H為煙囪底部外徑，m。

為了確保爆破切口形成后，煙囪能夠順利倒塌，且有足夠的觸地沖量，以便使煙囪大部破碎解體，根據(jù)我司類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際布孔需要，取開口高度H=2.1m，如圖4、圖5所示。

4.4 定向窗

為了確保煙囪按設(shè)計(jì)方向倒塌，在爆破切口兩側(cè)各開一個(gè)定向窗，即在保留部分與炸毀部分的分界線兩側(cè)，按要求設(shè)計(jì)的梯形兩下底端，用取芯鉆或水鉆開出三角形對(duì)稱定向窗口，三角形傾角取38.9°，底邊長(zhǎng)取為2.6 m。（如圖3、圖4所示）。

4.5 切口弧長(zhǎng)

爆破切口圓心角是爆破的重要參數(shù)，其值大小對(duì)煙囪爆破傾覆態(tài)勢(shì)、平穩(wěn)程度、扭折、后坐等至關(guān)重要?？紤]到本煙囪為高、重及其特殊結(jié)構(gòu)，為保證其傾覆過程平穩(wěn)，防止后坐等，爆破切口弧長(zhǎng)L，按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

L= 210 /360 ～240 /360 πD

= 210 /360 ～240 /360 ×3.14×7.366

=13.49～15.42 m

本工程取切口對(duì)應(yīng)圓心角a =230,則L=14.80m。梯形切口，斜段傾角取α=38.9，則梯形上底長(zhǎng)度為9.6m。

4.6 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下:

（1）孔深1= 0.65～0.7 δ=0.208～0.224m;本工程取孔深21cm。

（2）孔距a取0.30m。

（3）排距b=a=0.30 m，正方形布置。

（4）單耗：底部3排q取3.5kg/m3；上部4排q取2.5kg/m3。

（5）單孔藥量：

Q = qabδ

= 2.5～3.5×0.30×0.30×0.32

= 0.072～0.10 kg

均采用集中裝藥。根據(jù)布孔安排，孔排數(shù)為8排，總孔數(shù)約為176個(gè)孔，底部3排孔（66個(gè)）孔深取21cm，單孔裝藥取100g，上部5排孔（110個(gè)），孔深取20cm，單孔裝藥量取75g，單個(gè)煙囪總藥量約14.85kg。

4.7 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

為了保證爆破切口所有炮孔同時(shí)安全準(zhǔn)爆，采用瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)。采用簇連方式連接（俗稱“大把抓”），將炮孔引出的導(dǎo)爆管反向捆綁在雙發(fā)導(dǎo)爆管傳爆雷管上，以保證傳爆的可靠性和準(zhǔn)確性?？變?nèi)雷管用ms5段，孔外傳爆雷管用ms1段，如圖5所示。

圖5 起爆網(wǎng)路示意圖

5 預(yù)處理與安全控制

5.1 預(yù)處理

預(yù)拆除工作在本次爆破中極為重要，其目的是解除倒塌障礙，增強(qiáng)定向倒塌可靠性，減少后期爆破的炸藥量和爆破器材消耗量。主要工作內(nèi)容是：

（1）爆破前，在設(shè)計(jì)位置按要求開出定向窗，定向窗范圍內(nèi)的鋼筋全部割斷。

（2）在倒塌方向軸心線中心的窗口開1個(gè)寬2.4m高2.1m的中間窗，定向窗與中間窗口開設(shè)采用風(fēng)鎬或水鉆沿輪廓線鉆一排孔，然后采用爆破法爆破破碎，切斷全部鋼筋。

（3）預(yù)拆除爆破切口范圍內(nèi)的內(nèi)襯、隔熱層。將煙囪內(nèi)部所有碎渣全部從煙道口清除出去。爆前清掃鉆孔部位內(nèi)襯壁上的粉塵，避免可能產(chǎn)生的粉塵危害。

5.2 安全控制

支撐體強(qiáng)度驗(yàn)算。由于爆破切口位置的提高，爆破時(shí)是否發(fā)生后坐是影響倒塌方向的關(guān)鍵，故支撐體強(qiáng)度驗(yàn)算尤為重要。

高聳筒狀構(gòu)筑物采用定向傾倒爆破拆除，筒體下部預(yù)留支撐體，由于高聳筒狀構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)幾何尺寸不同，支撐體大小不同，在爆破切口形成瞬間，一般會(huì)產(chǎn)生支撐體局部受力下沉現(xiàn)象，這種現(xiàn)象作用范圍小、時(shí)間短，屬正常現(xiàn)象。但是支撐體強(qiáng)度若不能抵抗筒體壓力時(shí)，有可能形成支撐體大面積的破壞，這樣就會(huì)造成筒體傾倒失控和方向偏離，危害環(huán)境安全，造成不良后果，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須驗(yàn)算預(yù)留支撐體強(qiáng)度。

支撐體抵抗強(qiáng)度決定于其橫截面形狀，可近似地用下式表示：

式中：kR—支撐體截面抗壓強(qiáng)度，MPa; S—支撐體橫截面面積，m2;

h—支撐體高度，m;

u—支撐體橫截面周長(zhǎng)，m；

a—混凝土抗壓強(qiáng)度，Pa；

b—鋼筋抗壓強(qiáng)度，Pa。

代入數(shù)據(jù)得：

=18.44

支撐體在構(gòu)筑物重量作用下，保留支撐體橫截面積S= 3.14×7.366-14.8 ×0.32=2.665，承受的垂直壓應(yīng)力σR=P/S=15×106/2.665=5.628Mp

因?yàn)棣襌＜kR，因此安全。

煙囪倒塌所產(chǎn)生的觸底振動(dòng)安全驗(yàn)算

高聳建筑物的倒塌，必須預(yù)防二次振動(dòng)的危害。建筑倒塌沖擊地面引起振動(dòng)大小與被爆體的質(zhì)量、剛度、重心高度和觸地點(diǎn)土層條件等有關(guān)，中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)研究所根據(jù)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)提出了硬質(zhì)地面觸地的震動(dòng)公式：

式中：Vt為爆破坍塌物觸地引起的地表振動(dòng)速度，cm/s；

R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；

M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；由計(jì)算可知，切口范圍以上部位筒壁及內(nèi)襯總重約1500t。

g為重力加速度，m/s2；

Kt、β—衰減系數(shù)，Kt=3.37，β=1.66；

H為構(gòu)件中心的高度，m；本項(xiàng)目取煙囪切口范圍以上部分的重心的總高度H=33.9m。

σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，MPa；一般取10 MPa。

煙囪總質(zhì)量：M約1500t；H=33.9m；g=10m/s2; R=110+23.9=133.9m。

代入上式計(jì)算，求解Vt=0.399cm/s。

由以上計(jì)算可知， Vc小于5cm/s，對(duì)待爆煙囪以東110m的建筑不會(huì)造成觸地振動(dòng)危害。

6 爆破效果與體會(huì)

6.1 爆破效果

兩個(gè)煙囪同時(shí)起爆，同時(shí)傾倒。起爆約3s后煙囪開始有傾倒趨勢(shì)，7s時(shí)煙囪傾倒角度達(dá)到20度，倒塌速度逐漸加快，整個(gè)倒塌過程共用時(shí)約12s，煙囪按指定方向倒入減震溝內(nèi)，徹底破碎，無飛石，落地后無側(cè)向飛石。周圍震感不強(qiáng)，未對(duì)居民區(qū)房屋造成損壞。整個(gè)爆破取得圓滿成功，爆破效果如圖6所示。

圖6 爆破效果

6.2 體會(huì)（1）靈活選擇爆破切口的位置，同時(shí)避開了煙囪底部多洞口及壁厚大的特點(diǎn)，是本次爆破成功的關(guān)鍵。（2）提高切口的位置，為拆除爆破節(jié)約了鉆孔及防護(hù)的工程量，減少了預(yù)處理內(nèi)襯的工作量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］謝先啟, 劉昌邦, 賈永勝, 等. 100m鋼筋砼煙囪爆破拆除[J]. 工程爆破, 2009, 15(4):47-49.

［2］王希之, 謝興博, 譚雪剛, 等. 210m高煙囪爆破拆除技術(shù)[J]. 工程爆破, 2011, 17(2):53-55.

［3］陶順伯. 復(fù)雜環(huán)境下的煙囪爆破拆除[J]. 西部探礦工程, 1998, 10(3):38-39.

［4］齊憲秀, 張義平, 池恩安, 等. 復(fù)雜條件下4座煙囪拆除爆破[J]. 爆破, 2010, 27(3):64-66.

［5］楊建華, 馬玉巖, 盧文波, 等. 高煙囪爆破拆除傾倒折斷力學(xué)分析[J].巖土力學(xué), 2011, 32(2):459-464.

［6］汪旭光, 于亞倫. 爆破拆除理論與工程實(shí)例[M]. 北京:人民交通出版社, 2008:124-138.

［7］GB 6722-2003爆破安全規(guī)程[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

Blasting Demolition of a 100m Chimney in Guangzhou South Glass Co., LTD

LIU Zhe, YANG Zhi-hong
（Guangdong Blasting Engineering Co. Ltd., Guangzhou 510000, Guangdong, China）

This essay illustrates the engineering example of blasting demolition of two 100m-high chimneys in Guangzhou South Glass Co., Ltd. With the consideration of the dismantled chimneys' structure and surroundings, as well as taking all of the holes at the bottom of chimneys and the walls' thickness into account, the position and shape of the blasting cutting was neatly selected and designed. After determining the technical parameters of blasting, assisting with millisecond delay blasting, cluster relay duplex network and. safety protection measures, favorable blasting demolition was achieved which can be the reference for similar engineering.

chimney；blasting demolition；cutting location；cutting shape；safety

TB41

B

1009-3842（2015）03-0056-05

2015-04-03

劉哲（1984-），女，廣東潮州人，工程師，主要從事工程爆破方面研究工作。E-mail: 492966874@qq.com