40m青砖烟囱定向控制爆破拆除技术.pdf

doi10． 3969／ j． issn． 1001- 8352． 2018． 04． 011 40 m 青砖烟囱定向控制爆破拆除技术 * 梁书锋 ① 王建国② 李鹏飞③ 马 俊④ 陈 洲② 何 进② ①中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院（北京，100083） ②云南农业大学建筑工程学院（云南昆明，650201） ③云南省国防科技工业局研究设计院（云南昆明，650034） ④云南安科安全技术有限公司（云南昆明，650041） ［摘 要］ 介绍了复杂环境条件下采用定向控制爆破技术拆除一座 40 m 高青砖混凝土结构烟囱的工程实例。 烟 囱的结构特点及周围密集的建筑物，使得对烟囱倒塌方向的精准度要求极高。 通过计算分析，选择了合理的爆破 技术方案，选用三角形定向窗保证倒塌的准确性，确定了合适的爆破参数；同时，对爆破前的预处理及爆破时的防 护措施进行了完善。 最终，烟囱爆破拆除圆满成功，并取得了良好的爆破效果。 可为类似工程案例提供参考。 ［关键词］ 砖烟囱；拆除爆破；定向控制爆破；复杂环境 ［分类号］ TU746． 5 Demolition of a 40 m- high Black Brick Chimney by Directional Controlled Blasting LIANG Shufeng ①， WANG Jianguo②， LI Pengfei③， MA Jun④， CHEN Zhou②， HE Jin② ①School of Mechanics ＆ Civil Engineering， China University of Mining ＆ Technology （Beijing） （Beijing， 100083） ② College of Civil and Architectural Engineering， Yunnan Agricultural University （Yunnan Kunming， 650201） ③R＆D Institute of Yunnan provincial Administration of Secience， Technology and Industry for National Defence （Yunnan Kunming， 650034） ④ Yunnan Anke security technology Co． ， Ltd． （Yunnan Kunming，650041） ［ABSTRACT］ A project of a 40 m- high brick chimney demolished in the way of directional basting under the complica- ted environment with many buildings nearby．Because of chimney characters and congested surrounding environment， the chimney collapse direction in high precision should be ensured． Blasting scheme was chosen by careful analysis and calcu- lation．Blasting cuts， collapse direction and blasting network were determined．Triangle directional windows were selected to guarantee the accuracy of collapse． And the reasonable demolition parameters， pretreatment and protective measures were taken to ensure the success．Good blasting outcome was achieved， and it could provide a reference for similar demolition projects． ［KEYWORDS］ brick chimney； blasting demolition； directional controlled demolition； complex environment 1 工程概况 待拆烟囱位于云南省德宏州瑞丽市勐卯镇顺发 红砖厂内，由砖窑和烟囱两部分组成，且两者通过过 桥连成一体。 烟囱西侧70 m 处为233 县道公路；厂 区内仍有部分办公人员及下岗职工居住，西侧厂区 入口处为职工住宿区，最近房屋距离烟囱仅有 40 m，西南方向的办公楼房距离烟囱 40 m；北侧 35m 处有一户职工居住；南侧 50 m 处有闲置厂区房屋； 另外，厂区内烟囱周边有多条电缆线通过，东侧厂棚 内存放有机械设备。 虽然部分房屋厂棚已经停止使 用，但厂方仍要求进行保护；因此，相对复杂的周边 环境使得对爆破拆除的要求较高。 烟囱周围环境详 见图1。 烟囱为青砖、水泥混合结构，总高约40 m； 烟囱底部（从砖窑顶面起算） ＋ 0． 5 m处外周长12． 6 第47 卷 第 4 期 爆 破 器 材 Vol． 47 No． 4 2018 年8 月 Explosive Materials Aug． 2018 * 收稿日期2017- 09- 04 基金项目中央高校基本科研青年项目（2017QL05）；云南省教育厅科学研究基金项目（2016ZZX108） 作者简介梁书锋（1982 - ），男，博士，主要从事岩石破碎与爆破测试技术研究。 E- mailliangsf204163． com 通信作者王建国（1987 - ），男，博士，主要从事岩石动力学与爆破技术研究。 E- mailwangjg0831163． com 万方数据 图1 烟囱周边环境示意图（单位m） Fig. 1 Surrounding environment around the chimney （unit m） m，烟道口位于烟囱底部。 烟囱的壁厚为0. 9 m，无 耐火内衬。 2 爆破拆除方案 2. 1 方案选择 根据图 1 的周边环境可知，烟囱的倒塌范围受 到严格限制，鉴于工期及拆除成本的限制，选择定向 倒塌拆除方案。 厂区内部电缆可做临时拆除，故考 虑空间相对宽裕的东南方向为倒塌范围，且背离主 要的需保护建（构）筑物。 经过精确测量，选定倒塌 方向为东偏南45 ，务必保证定向爆破的精确无误， 技术要求极高。 2. 2 预拆除 由于倒塌尺寸的限制，需对倒塌的精度严格控 制，确保周围建筑物的安全，爆破前采取以下预拆除 措施 1）拆除厂区内部的用电线路； 2）拆除倒塌范围内的简易顶棚，并清除碎石和 砖块； 3）烟囱虽然和砖窑通过过桥连接，但并未影响 设计的爆破切口尺寸，且根据炸高位置判定过桥并 不影响倾覆力矩的大小，因此不对过桥做预处理； 4）用风镐和凿子在正梯形爆破切口两侧底角 处沿中心对称开设两个直角边长1. 2 m 的等腰直角 三角形定向窗 ［1］ 。 2. 3 爆破技术措施 1）提前拆除影响爆破倒塌方向的建筑，人工开 凿定向窗需要严格按照设计方案执行； 2）合理利用现有粉尘出口，调整网孔参数，控 制单孔装药量，减小爆破振动和飞石距离； 3）近体采用密目网、土工隔栅及钢丝网等进行 防护，严格控制爆破飞石的危害。 3 爆破技术设计 3. 1 爆破切口的形式与布置 1）切口形状直接影响高耸建（构）筑物倒塌方 向的准确性。 目前，国内拆除烟囱常采用梯形和长 方形切口，效果较好 ［2］ 。 本次烟囱爆破拆除采用正 梯形切口，两侧对称开三角形定向窗，梯形底角为 45 ，为了便于施工，切口设在距烟囱底部 0. 5 m 以 上的位置 ［1］。 2）切口高度 H。 以往工程经验中，爆破切口高 度 H 的确定与烟囱的材质和壁厚有关 ［3］ ，要求 H≥ （3 ～ 5）δ ，δ为烟囱壁厚 ［4- 5］ 。 本工程中，实际取H ＝ 1. 2 m。 3）切口长度 L。 在不考虑烟道口和出灰口位置 的情况下，爆破切口对应的圆心角一般在 180 ～ 240 。 本次设计中，取圆心角为 205 ，则 L ＝（205／ 360）π D ＝ 7. 2 m，为梯形切口下底的长度 ［6- 9］ 。 定向 窗设置在切口两侧，高度与切口高度相同，底角为 45 ［2］ ，如图 2 所示。 图2 爆破切口与炮孔布置图（单位mm） Fig. 2 Blasting cuts and holes arrangement （unit mm） 3. 2 爆破参数设计 炮孔采用气腿式凿岩机钻凿，直径 40 mm。 烟 囱外层壁厚 δ ＝ 0. 9 m；最小抵抗线 W ＝（1／ 2）δ ＝ 0. 45 m；炮孔的深度L ＝ （0. 6 ～ 0. 8）δ，实际上取L ＝ 0. 7δ＝ 0. 63 m；炮孔间距 a ＝ （1. 0 ～ 2. 0）L，实际取 a ＝ 0. 4 m；炮孔排距 b，实际取 b ＝ 0. 4 m；炸药单耗 取 q ＝ 1. 4 kg／ m 3。 单孔药量 Q ＝qabδ ［10］ ＝ 0. 202 kg，实际取 Q ＝ 200 g；对于底排孔，由于受到夹制作用，其单孔装药 量按 Q底＝ （1. 15 ～ 1. 30）Q 选取 ［11- 15］ ，实际取 Q底＝ 250 g。 该烟囱共布 4 排孔，呈梅花形布置，去除定 向窗和出灰口占的面积，共钻孔 39 个，其中底排孔 10 个。 炮孔布置如图2 所示，共需要 2 ＃岩石乳化炸 162018 年8 月 40 m 青砖烟囱定向控制爆破拆除技术 梁书锋，等 万方数据 药8. 3 kg。 3. 3 爆破网路 该烟囱起爆网路全部采用3 段毫秒延期导爆管 雷管，孔内用双发雷管，所有炮孔同时起爆。 孔外采 用簇连，倒塌中线两侧各分为两簇，采用“大把抓” 的方式捆扎 ［1］ ，再外接两发雷管，通过激发针同时 起爆。 共使用导爆管雷管88 发，网路连接如图3。 （a）设计图 （b）作业现场 图3 起爆网路图 Fig. 3 Detonation network 4 爆破安全校核 4. 1 爆破振动安全校核 为避免爆破振动对周围建筑物及设施的影响， 通过爆破振动经验公式对爆破振动进行校核 ［16］ v ＝ K（Q 1 3 R ） α。 （1） 式中 ［17］ v 为质点振动速度，cm／ s；Q 为药量，kg；R 为距离，m；K、α分别为与地形、地质条件有关的系 数，这里取 K ＝ 250、α＝ 1. 8 ［2］ 。 本次爆破单段起爆最大药量 Q 为 8. 3 kg，爆破 振动影响最近的建筑物为烟囱北侧的职工住房， R ＝ 35 m，带入式（1），计算得 v ＝ 1. 48 cm／ s，满足 GB67222014爆破安全规程对一般民用建筑的 振动速度控制要求，即要求振动速度小于 2. 5 cm／ s。 实际测得的振动速度远小于 1. 48 cm／ s，这显然 是由于测点高程低于爆破点，爆破振动波需经过烟 囱壁传至地表后再传到测点，传播过程中存在衰减 效应所致 ［18］ 。 4. 2 塌落振动安全校核 实践表明，在烟囱等高耸建筑物拆除爆破中，塌 落振动往往要比爆破振动大；因此，要对塌落振动进 行安全校核。 烟囱塌落振动速度按中科院力学所给 出的公式计算 ［19- 20］ vt＝ kt R MgH σ 1 3 β 。（2） 式中vt为塌落引起的振动速度，cm／ s；R 为测点至 冲击地面中心的距离，m；M 为下落构件的质量，t；g 为重力加速度，m／ s 2；H 为构件中心高度，m；σ为地 面介质的破坏强度，一般取 10 MPa；Kt、β表示塌落 振动速度衰减系数，一般取为 Kt＝ 3. 37 ～ 4. 09、β＝ - 1. 66 ～- 1. 80，本工程中分别取 Kt＝ 3. 8 和 β ＝- 1. 7。 烟囱塌落质心与北侧的职工住房距离最近，约 为35 m，代入式（2）得 vt＝ 3. 8 35 400 9. 8 20 10 1 3 - 1. 7 ＝ 1. 45 cm／ s。 结果满足 GB67222014爆破安全规程对一 般民用建筑的振动速度控制要求。 5 安全防护措施 5. 1 爆破切口临空包裹防护 在切口上、下 50 cm 处，每隔 1 m 钻凿一孔，钢 筋插入钻孔并固定，钢筋超出烟囱壁 30 ～ 40 cm。 钻孔位置长度超出切口两边（含定向窗）各 50 cm。 待装药、填塞、连线完毕后，先用两层抗拉强度较大 的玻纤土工格栅将烟囱切口位置环绕一圈（高出爆 破切口50 cm），上、下固定在孔内钢筋上；然后用 3 层边坡护坡密目网沿烟囱切口位置环绕一圈，再用 铁丝沿钢筋上下缠绕，使之形成网状；最后在密目网 外再缠绕2 层铁丝网，并沿上、中、下部位各用一圈 铁丝箍紧，防止爆破时产生的爆炸物和爆炸冲击波 对周边设施的损伤。 5. 2 降振、防冲击及隔挡措施 先将烟囱倾倒方向和倒塌范围内的碎石、砖块 及简易铁皮支棚清理干净，然后在已经开裂的水泥 台阶地面上铺双层麻布袋，防止烟囱倒塌触地一瞬 间溅起个别飞散物。 5. 3 其他安全措施 1）爆破前 15 min 暂停厂区内热力管线的供热、 26 爆 破 器 材 第 47 卷第 4 期 万方数据 供气，拆除厂区内的沿烟囱倒塌方向的电缆线； 2）加强安全警戒，临时阻断省道交通，确保人 员及车辆疏散到安全警戒范围外； 3）采用爆破振动监测仪对爆破振动和塌落振 动进行监测，在距烟囱40 m 处的办公楼下布置一个 测振点，距离倾倒中心线 40 m；在烟囱北侧最近居 民房屋处布置2 个测振点，距离倒塌中心线35 m。 6 爆破效果 整个烟囱爆破倾倒历时 9 s。 起爆后瞬间产生 爆破切口，烟囱整体先向预定位置略微倾斜，缓慢倾 斜约4 s，从第 5 s 开始加速倾倒，第 7 s 烟囱 1／ 3 处 发生折断，9 s 后完成整个倾倒过程。 烟囱按设计方 向精确地倒塌在预定范围之内，未产生后坐，烟囱解 体充分，爆堆长 45. 0 m，最宽 9. 0 m。 防护效果明 显，周边建筑物、设施等都完好无损，效果较好，爆破 取得圆满成功。 爆后效果如图 4 所示，烟囱与砖窑 的过桥仍保留完好，没有干扰定向倒塌的精准度，与 设计计算相吻合。 （a）烟囱底部 （b）烟囱顶部 图 4 爆破效果 Fig. 4 Blasting outcome 7 结论 1）爆破烟囱周边环境十分复杂，但最终通过准 确测量、开设定向窗及药量控制等控制技术以及有 效的复合防护措施相结合，顺利完成了拆除爆破，可 为以后类似环境爆破拆除提供参考。 2）本次爆破中，切口高度若按经验计算方法取 值，应为2. 7 ～ 4. 5 m，而实际仅设计了 4 排炮孔，切 口高度为1. 2 m，这是根据精准的测量和倾覆力矩 计算选取的，减少了炮孔数量，同样顺利完成了定向 爆破拆除，对以后的砖烟囱拆除作业有指导价值。 3）砌体烟囱在倒塌过程中出现折断散落现象， 是由于采用灰浆或者砂浆砌成砖砌体，烟囱结构的 整体性差，烟囱倒塌时砌体结构在力矩作用下容易 受力不均匀，在薄弱处先发生破坏，因而在爆破切口 形成时容易出现二次断裂。 参 考 文 献 ［1］ 张文龙，杨仕教，郑建礼.复杂环境下 55 m 砖结构烟 囱定向爆破拆除工程实践［J］.南华大学学报（自然 科学版）， 2015， 29（4） 119- 123. 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