热电厂复杂空间下钢筋混凝土烟囱高位切口爆破拆除研究

陈飞权 汪 泽 刘 桐

（浙江省高能爆破工程有限公司 杭州 310030）

1 工程概况

1.1 爆区环境

某热电厂内一座使用中的烟囱需要尽快拆除重建，周边环境极其复杂：

烟囱东侧38.2m处为液碱、氮气、天然气管线桥架，45m处为烧碱冷却车间，冷却车间内设有灰尘浓度报警器，爆破时若溶入冷却水内的灰尘达到临界值，会造成车间自动停止冷却水循环而导致整个厂区停产；南侧3.5m处为引风机房；西侧12.5m处为输煤皮带车间；北侧12.5m处为废弃污水池，35m处为地下排水管道及氧气管道，38m处为锅炉渣场，62m处为厂区道路，75m处为液碱、氮气、天然气管线桥架，见图1。

图1 周边环境

1.2 烟囱结构

烟囱高80m，属钢筋混凝土结构，混凝土标号C30，内外双层布筋，钢筋尺寸φ（6～25）mm不等；烟囱北侧底部+0.3m处设有一断面为高2.1m，宽1.5m矩形出入口；东西方向+5.75m处有一断面为高2.45m，宽1.8m的矩形对称烟道口，筒壁参数见表1。

表1 烟囱筒壁参数

2 爆破方案

2.1 工程特点

烟囱自身高80m，东北方向能提供的最大倒塌距离为71m，其倒塌范围角度仅为10°，可供倒塌空间狭小，对于倒塌方向的准确度提出了极高的要求。同时考虑到周边环境复杂、烟囱自重较大，必须严格控制振动、飞石、扬尘等危害效应对环境的影响。

2.2 总体方案

一般而言，烟囱定向爆破拆除所需的水平安全距离不小于倒塌高度达到1.0~1.2倍[1]，然而倒塌空间能够提供的安全距离仅为71m。在倒塌空间不足的情况下可以采用原地倒塌、折叠倒塌与高位切口定向倒塌三种方案：原地倒塌是指烟囱利用自重在塌落冲击地面时不断解体，但待拆除钢筋混凝土烟囱结构强度良好，无法适用；折叠倒塌需要除了底部切口外，在中部再形成一个或几个切口，进而分段起爆使其同向或不同向折叠倒塌，但该方法影响因素多，技术可控性不强。

因此最终采用高位切口定向倒塌方案：倒塌方向确定为北偏东13°，将爆破切口设置在+15m处，以此将所需的安全倒塌距离控制在65～71m之间，对剩余部分在爆后采用机械拆除。

3 爆破设计

3.1 爆破切口

烟囱的定向爆破拆除中，决定其倒塌方向的关键就是切口，而切口成功与否的关键因素是应力集中点，即所留支撑部的脆弱面，只有应力集中点以设计倒塌中心线呈轴对称，进而使脆弱面的断裂带水平，才能够使烟囱倒塌精准度得到保障。常用的正梯形、倒梯形、矩形、人字形等切口形状中，正梯形应用面最广，保留的支撑部后坐效应小，同时可以利用两个底角（即切口形成后的应力集中点）来控制脆弱面断裂带的形成保持水平对称。最终确定采用正梯形切口，中间设置导向窗，两侧设置定向窗。

结合以往烟囱爆破拆除经验，正梯形爆破切口圆心角取α=225°，则切口弧长L=（225°/360°）πD=14.1m；切口高度由经验公式H=（5～10）δ，取H=1.75m。

图2 爆破缺口断面

图3 爆破缺口展开

3.2 预处理

①爆破切口形成后，为了避免同水平剩余的筒壁对切口上方筒体产生的牵拉作用影响其倾倒过程及精准度，对该部分进行弱化处理：即在烟囱倒塌中心线背部采用风镐剔露出2m长范围的横竖向外层主筋，并在爆破前将竖向钢筋切断。②导向窗及定向窗在试爆时初步形成，人工进行二次修规。③内衬和耐火砖采用爆破方法处理，即沿爆破切口范围下底线每隔60cm穿凿炮孔至筒壁和耐火砖之间，装药200g，与烟囱试爆时同时起爆。

3.3 爆破参数

最小抵抗线：w=（1/3）δ=1/3×35=11.7cm；

孔距：a=（1.0～1.5）δ=1×35=35cm；

排距：b=（0.8～1.2）a=1×35=35cm；

孔深：L=（0.6～0.8）δ=0.68×35=24cm；

单孔装药量：q=K×a×b×δ=2300×0.35×0.35×0.35=98.6g，取q=100g。

共设置6排炮孔，总孔数为156个，总起爆药量为15.6kg。

3.4 爆破网路

为减少爆破振动对周边设施的影响，烟囱分2段对称起爆，孔内使用Ms2和Ms3段导爆管雷管对称布置在导向窗中心线两侧，最后用四通连接成闭合复式网路引至起爆站。

4 安全与防护

4.1 爆破振动校核

本次爆破最近主要保护对象是东侧38.2m处的管线桥架，根据拆除爆破震动计算公式[2]：式中：Q-最大单响药量，7.8kg；R-爆破中心至保护目标的距离，38.2m；k-地质条件系数，取200；k′-折减系数，取0.5；v-地面质点振动速度；ɑ-衰减系数，取1.7；得v=0.65cm/s。

4.2 倒塌触地振动校核

烟囱塌落振动引起的地面质点振动速度，按照下式计算[3]：

式中：V-塌落引起的地面振动速度；M-下落结构物的质量，1450t；g-重力加速度，9.8m/s2；H-结构物中心所在位置高度，40m；R-保护物至塌落中心的距离，38.2m；σ-地面介质破坏强度，20MPa；衰减系数取K=3.37，β=-1.66；得V=2.32cm/s。

根据我国爆破安全规程，38.2m处管线桥架安全允许振速为3.5cm/s，可确保安全。

4.3 飞石防护措施

高位切口所带来的飞石危害效应较一般情况辐射面更广，因此采取措施如下：

①严格检查并验收炮孔的填塞长度和质量；②严禁超量装药；③在烟囱爆破切口位置交错覆盖两层草帘、毛竹片、密目网，每一层防护均用数道铁丝沿烟囱一周拧牢；④对周围距离过近的被保护对象利用木板和密目网进行近体被动防护。

4.4 减振预防措施

对于烟囱等高耸建筑物爆破拆除工程，爆破本身产生的振动远远小于其倒塌触地引起的地震动[4]。

因此，在烟囱的倒塌方向上设置了5道缓冲堤和1道防冲堤，分别位于距离烟囱12.9m、24m、37m、48m、57m、65m处，缓冲堤用沙袋垒垫高2.6m宽2.5m。通过沙土来吸收冲击能，可有效降低塌落振动危害效应以及烟囱倒塌后对水泥地面的冲击破。

4.5 除尘措施

烟囱本体在日常工作中会残留较多粉尘，爆破解体过程难以避免产生大量扬尘，为了确保东侧冷却车间能够正常运行，首先在爆破前对切口部分及筒体内部进行洒水，其次在烟囱倒塌解体稳定后，利用若干高压水枪向扬尘点喷水降尘。

另外，为防止粉尘对循环冷却系统造成影响，单独对循环冷却系统采用密目网进行了近体全覆盖防护，以此作为粉尘的被动硬隔离措施。

5 爆破效果与分析

烟囱在切口起爆后按设计方向倒塌，倾倒方向向北偏离了1°，未对周边环境造成安全影响。倒塌过程中下坐较多，爆堆长度为62m，根部部紧挨保留烟囱。塌落筒体前部38m破碎较好，后部24m结构较完整。余下15m未爆破烟囱被上部烟囱下座后断面不规整，遗留下高度约为14m，整体达到预期效果，体会如下：

（1）热电厂复杂空间下钢筋混凝土烟囱设置高位爆破切口，要适度把握爆破切口角度，角度过大易造成烟囱下坐严重，方向不易控制。

（2）对于设置高位切口的烟囱爆破工程，人工拆除耐火砖和内衬较困难，危险系数大，可采用小药量爆破的方法进行拆除。

（3）对称于倒塌中心线切断钢筋混凝土烟囱保留支撑部的主筋，可有效解除其部分抗拉强度，降低对上部筒体倾倒过程的牵拉作用，能提高烟囱定向的准确性。