180m钢筋混凝土烟囱两段单向控制爆破拆除

180m钢筋混凝土烟囱两段单向控制爆破拆除
徐鹏飞;张英才;盖四海;曹娟;王晓;董保立
【摘要】介绍了苛刻条件下180 m高钢筋混凝土烟囱不能采用整体定向爆破和双向折叠爆破,仅能采用两段单向控制爆破拆除的成功案例.为了避开烟囱烟道口的不
利影响,解决倒塌空间受限问题,通过在烟囱+90 m和+21 m高度处布设高位切口,
上下切口分别采用倒梯形和正梯形切口设计,定向窗角度分别为30.96°和29.74°,上、下切口圆心角分别为205.4°和207.5°,切口高度分别为2.5m和3.6m,钢筋混凝土
烟囱分两次、分两段爆破,确保了烟囱按照设计方向倒塌并有效控制了烟囱后座.通
过开挖减振沟、倒塌区域铺设缓冲垫层和采取相应防飞石措施,有效控制了烟囱倒
塌触地振动和飞石飞散距离.两次爆破均取得了良好的爆破效果,达到了安全、精细
爆破拆除的目的,可为今后复杂环境下高耸烟囱爆破工程提供参考.%Owing to the strict surrounding,the two section and same direction blasting technology
is chosen as the explosive demolition method for a 180 m high reinforced concrete,where the integral directional blasting or bidirectional folding blasting cant be applied.In order to avoid the adverse effects of chimney flue mouth and to solve the problem of limited space,the collapse direction and backseat of the chimney are controlled by disposing high position incision in height of 21 m and 90 m with trapezium and inverse trapezoid,respectively,where The directional window angle is set as 30.96 and 29.74 degree.The incision central angle is 205.4 and 207.5 degree and the notch height is 2.5 m and 3.6 m,respectively.The chimney collapse touchdown vibration and distance of flyrock effectively are controlled by
excavating ditch and laying cushion on the collapsed area.The two explosive demolitions of chimney get good blasting effect.
【期刊名称】《爆破》
【年(卷),期】2017(034)001
【总页数】5页(P129-132,147)
【关键词】高耸烟囱;分段控制爆破;精确定向;振动控制;安全防护
【作者】徐鹏飞;张英才;盖四海;曹娟;王晓;董保立
【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;河南理工大学土木工程学院,焦作454000;河南迅达爆破有限公司,焦作454000;河南迅达爆破有限公司,焦作454000;河南迅达爆破有限公司,焦作454000;河南迅达爆破有限公司,焦作454000
【正文语种】中文
【中图分类】TU746.5
焦作华润电厂由于电厂关停，现需对厂区内的180 m钢筋混凝土烟囱进行爆破拆除。

1.1 烟囱结构
待拆除钢筋混凝土烟囱底部半径8.335 m，壁厚500 mm，无隔热层和内衬。

烟道口位于标高11.65 m至16.51 m处，两个烟道口南北方向对称布置，两个出灰口东西方向对称布置，出灰口与烟道口成90°夹角。

标高21 m处半径7.334 m，壁厚500 mm，隔热层厚60 mm，内衬240 mm。

采用双层布筋，外层布设235根φ 22竖向筋，内侧布设58根φ 16和60根φ 14竖向筋。

环向箍筋为φ
18@200。

标高25 m至93 m范围内烟囱自重2815.9 t，重心高度47.06 m。

标高93 m处，烟囱半径3.18 m，壁厚400 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚120 mm，外侧布设100根φ 28竖向筋，内侧布设48根φ 14竖向筋。

环向箍筋布
设φ 14@200。

标高93 m以上烟囱自重1365.67 t，重心高度128.8 m。

1.2 周围环境
烟囱东侧距离25 m为机组；烟囱南北两侧与烟道相连，距离机组设备均为10 m；烟囱南侧60 m为厂区办公楼；烟囱西侧80 m为游泳馆。

周边环境较为复杂，爆区周围环境示意图见图1。

2.1 总体爆破方案
结合本工程周围环境情况，考虑周围需保护对象、避免烟囱烟道口的不利影响以及爆破拆除产生的危害效应，确定采用两段单向控制爆破技术方案。

即在烟囱上段
90 m高处的维修平台和下段21 m高处布设爆破切口。

烟囱分两次爆破，两次爆破倒塌方向均与烟道中心线方向的夹角为47.3°，见图1。

2.2 难点分析
(1)爆破切口位置高，施工过程中高空作业难度大，需做好人员的安全防护工作。

(2)根据周围环境，上段烟囱爆破切口所处高度高，烟囱倒塌方向的精确度控制要
求高。

(3)烟囱距离西侧运营的游泳馆较近，需要严格控制烟囱倒塌触地振动和飞石对其
构成的危害。

2.3 爆破切口设计
上部爆破切口定于90 m的维修平台，爆破切口形式采用倒梯形切口，爆破切口高度2.5 m，爆破圆心角205.4°，定向窗长1.5 m，高0.9 m，底角30.96°。

为了减小爆破时烟囱筒体受到垂直向上的爆炸作用力，沿烟囱倒塌中心线两侧对称爆破开设减荷槽，减荷槽宽0.9 m，高2.5 m，见图2。

减荷槽的开设不仅增加了
切口爆破临空面，而且可根据试爆效果确定最终单孔装药量，优化爆破参数。

下部切口定于标高21 m处，爆破切口形式采用正梯形，爆破切口高度3.6 m，爆破圆心角207.5°，定向窗长3.5 m，高2.0 m，底角29.74°，减荷槽宽1.2 m，
高3.6 m，见图3。

2.4 起爆网路设计
上下段烟囱减荷槽两侧的爆破区域均划分3个起爆区，采用毫秒延时从中间向两
端依次起爆。

上、下段筒体主爆区均采用MS1、MS5、MS7段雷管起爆，见图3和图4。

两次爆破均采用双回路非电毫秒延时起爆网路。

起爆网路采用孔内延时方式，孔外传爆管采用MS1段导爆管雷管连接，采用簇联的连接方式，用高能起爆器起爆。

2.5 爆破参数
爆破区域均采用梅花型布置炮孔，上段和下段爆破切口选取的炸药单耗K=2.3
kg/m3，爆破参数见标表1。

3.1 振动校核与控振措施
3.1.1 爆破振动校核
烟囱爆破振动速度可采用下式进行校核[1-6]
式中：Q为单段最大起爆药量，kg；v为爆破允许质点振动速度，cm/s；R1为保护对象至爆破点的距离，m；K、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有
关系数和衰减指数，取经验值K=50，α=1.6。

将K、α和两次爆破单段最大起爆药量Q和保护对象与爆破点的距离R代入式(1)，可得出两次爆破中距离60 m处的办公楼的最大爆破振动速度为0.58 cm/s。

爆破振动不会对周围建筑物及设备构成危害。

3.1.2 塌落振动校核
烟囱塌落振动引起的地面质点振动速度采用下式进行校核[5]
式中：vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s；R2为观测点至冲击地面中心点的距离，m；M为下落构件的质量，t；H为下落构件的重心高度，m；σ为地面介质的破坏强度，一般取10 MPa；g为重力加速度，m/s2；kt、β为塌落振动速度衰减系数和指数，分别取kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80。

将烟囱参数代入式(2)中，计算得出被保护对象不同位置的塌落振动速度理论值，见表2。

3.1.3 控振措施
(1)采用多打孔，少装药，分段毫秒延时起爆技术降低爆破振动。

(2)开挖减振沟。

在烟囱倒塌方向游泳馆的西侧开挖一条L型减振沟，见图1。

减振沟深约3 m，宽约1.5 m，确保有效地阻隔地震波的传播，降低塌落振动对游泳馆及周边建筑物的影响。

(3)铺设缓冲垫层。

利用周围建筑碎石在烟囱倒塌方向上铺设三道碎石坝作为缓冲垫层的基础，然后将开挖减振沟产生的黄土铺设在碎石坝的基础之上，形成高度约3 m，下宽约5 m，上宽约2.5 m的缓冲垫层。

大量工程实践表明[7]，采取减振措施后，烟囱倒塌触地振动速度可降低70%。

3.2 个别飞石安全距离校核与防护措施
复杂环境下城市控制爆破拆除过程中，除了振动对周围建筑物及设备构成危害，炸药爆炸产生的个别爆破飞石以及烟囱倒塌触地过程中个别飞溅飞石对周围建筑物、设备以及人员也构成安全隐患。

因此，有必要校核个别飞石的安全距离并做好相应的防护措施。

3.2.1 飞石安全距离计算
个别飞石的安全距离可按下式计算[8]
式中：v为飞石初速度，m/s；k为系数，取k=0.3；Q为上部切口和下部切口最大单孔装药量，kg；w为最小抵抗线，上部切口取w=0.2 m，下部切口取
w=0.25 m；S为爆破飞石飞散最大距离，m；g为重力加速度，m/s2。

经计算，在不防护的情况下，上部切口与下部切口在炸药爆炸过程中产生的个别爆破飞石飞散的最大距离分别为66 m和56 m。

爆破飞石的距离与被保护建筑物的距离相当。

为确保安全，爆破时需应加强防护，将飞石飞散距离控制在最小范围内。

3.2.2 飞石防护措施
(1)对爆破区域采用刚性和柔性复合防护措施，即对炮孔采取两层草垫和钢丝网形
成刚性防护层，在炮孔近距离悬挂一层胶皮带，对飞出的飞石进行柔性缓冲，减小飞石飞散距离。

(2)在铺设好的缓冲垫层上，覆盖2层相互拼接的钢丝网并固定，减少烟囱倒塌触
地冲击地面溅起的飞石。

(3)在游泳馆西侧搭设脚手架，用工地铁皮围栏对玻璃窗户进行遮挡，防止个别飞
石击穿玻璃落入游泳池中，造成游泳池水污染。

本次爆破采用IDTS4850振动测试仪，主要对距离最近的游泳馆及办公楼进行了
测点布置，两次测点位置相同，每个测点同时布设2个水平方向和1个垂直方向
磁电式传感器，监测结果见表2。

监测结果表明，两次爆破烟囱倒塌触地最大塌落振动速度为1.99 cm/s，小于爆破安全规程允许振速，不会对周围建筑物及设备构成损害。

同时，采取减振措施后，减振效果明显。

2015年7月31日，成功实施上段筒体爆破拆除，在爆破切口形成后，烟囱经历
约5 s后，烟囱开始下座，然后按照预定设计方向倾倒，由于烟囱下座，烟囱顶部下落速度大筒体竖向钢筋被拉断，下段筒体顶部被撕裂出约4 m高“V”型缺口，烟囱筒体整体呈尾部翘起状落地，倒塌完成后烟囱顶部筒体解体充分，中部落在缓冲垫层上，整体性较好，尾部较为破碎，上段烟囱尾部距离未爆烟囱筒体约5 m，顶部距离烟囱约58 m，烟囱从起爆到触地完成整个过程持续约18 s，烟囱部分倒
塌过程见图4。

2015年8月18日，成功实施下段烟囱筒体爆破拆除，在爆破切口形成后，支撑部位由于支撑力不足而产生压溃、下座，但未发生后座，由于烟囱北侧烟道口的不利影响，使得烟囱最终倒向在设计方向往北偏差4°范围内，倒塌完成后烟囱筒体的完整性遭到破坏，整体呈压瘪状态，见图5。

下段筒体从切口形成至倒塌过程结束共经历12 s左右。

两次爆破烟囱倒塌触地产生的飞溅物、振动以及爆破飞石均得到有效控制，未对周边建筑物及设备造成损坏。

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