180m高钢筋混凝土烟囱控制爆破拆除
180m高钢筋混凝土烟囱控制爆破拆除
BlaSting Demolition 180m-h Reinfloroed Concrete Chilnney
薛峰松 王希之 谢兴博 谭雪刚
(解放军理工大学工程兵工程学院，南京2 10007)
摘要：介绍了在复杂环境中，采用控制爆破技术，国内首次成功爆破拆除了180m高的钢筋混凝土烟囱，使国内烟囱的爆破高度跨上了一个新的台阶，可为目前国内越来越多的高耸建筑物爆破拆除提供较高的参考价值。
关键词：控制爆破；高位切口；定向倒塌
1 工程概况
江苏南热发电有限责任公司为积极响应国家“上大压小、节能减排”的政策，决定拆除旧机组主厂房一幢，其中1～4号机组为50kw，5～6号机组为125kW，80m高钢筋混凝土烟囱一座，180m高钢筋混凝土烟囱一座。
工程分两次爆破，第一次爆破1～6号机组主厂房(长205m，宽81m，高46.55m)和一座80m高钢筋混凝土烟囱，主厂房北侧距离保护的主控室35m，西北侧距离220kV升压站40m，西侧距离华能电厂保护主厂房19m。爆破后厂房和烟囱倒塌准确，解体充分，非常安全。
第二次爆破180m钢筋混凝土烟囱，该烟囱为目前国内成功爆破最高的烟囱。
1.1 工程结构及特点
180m钢筋混凝土烟囱底部外半径7.98m，内半径7.56m，壁厚0.42m；顶部外半径2.58m，内半径2.42m，壁厚0.20m；烟囱距地面5m以上有内衬，厚0.24m，筒壁和内衬之间有珍珠岩隔热层，厚度0.10m。烟囱烟道东西各1个，烟道底部挡灰板距地面5m，烟道高8.4m，宽4.8m(8.4～12.5m范围内配筋较密，12.5m以上配筋逐步处于正常)；烟道上沿距地高13.4m，在21～25m高的范围段烟囱为变截面，25～32m烟囱壁厚度均匀。O～55m标高混凝土标号为C30，55～130m标高混凝土标号为C25，130m以上标高混凝土标号为C20。筒身混凝土及内衬体积为2217m3，隔热层体积61.59m3，烟囱总质量约为5542t。
1.2 周围环境
该烟囱爆破环境复杂(图1)，180m高烟囱南侧距离厂区自备火车轨道95m，西侧距离华能电厂155m；东侧距离厂区围墙161m，距离围墙外水厂178m，东北侧距离电厂待拆除老办公楼距离178m，距离围墙外最近居民建筑182m，北侧距离主控室163m。
图1 周围环境示意图
Fig.1 Surroundings of the areas
1.3 工程要求
1.3.1 爆破安全要求
必须保证相邻网控室的安全运行，确保周围其他保留建构筑物、发供电设施及附近人员的安全。控制爆破拆除过程中必须做好降尘、减震、防飞石等技术方案和措施，确保华能南京电厂和南热电厂电气主控楼、5号和6号主变室、110kV和220kV升压站等生产设备正常安全运行。
1.3.2 振动速度控制标准
爆破时主要是防止爆破振动引起的跳闸事故，尤其是继电保护室的控制元件。允许质点振速为：(1)中央控制室：<0.25cm/s；(2)继电保护室：<0.25cm/s；(3)开关站输配电构
架：<0.5cm/s。
1.3.3 灰尘控制
因升压站为户外式，灰尘对高压电气设备绝缘子的爬电距离危害较大，并影响二次设备的绝缘电阻，因此必须采用有效的措施防止灰尘污染主变、开关、闸刀、绝缘子、保护柜等一、二次设备。
2 爆破设计
2.1 爆破方案
2.1.1切口位置
烟囱烟道上沿距地高13.4m，选择的烟囱倒塌方向和烟道不对称，切口高度按照烟道上沿预留8m(切口下沿距地21.4m)进行计算机模拟计算，8m处后侧预留截面支撑强度不够，瞬间被压垮；另切口高度按照烟道上沿预留10m(切口下沿距地23.4m)进行计算机模拟计算，10m处后侧预留截面支撑强度勉强够，瞬间基本不会被压垮；最后确定切口下沿距地25m高度，即烟道上沿11.6m处进行切口，该高度也是烟囱建造设计的第二个挑头，挑头宽度约0.8m。
2.1.2 倒塌方向
倒塌场地东北方向距离待拆除老办公楼178m。烟囱在25～28m处高位切口，烟囱实际落地长度约为155m，为充分利用老办公楼作为烟囱头部落地遮挡防溅，倒塌轴线选择老办公楼中心位置，基本满足烟囱落地长度要求。
2.1.3 重点保护目标
根据周围建筑、设施的分布和距离，重点保护老办公楼后侧围墙外的棚户居民房不受损坏，以及主控室内的各种开关不引起跳闸。
2.2 爆破参数设计
设计爆破切口位于25～28m，切口高度3m，爆破圆心角为220.8。，爆破切口中间开设定向窗3个，两侧各开定位窗1个，主要爆破参数设计如下：
(1)最小抵抗线：W=B/2，B为筒壁厚度尺寸。
(2)药孔间距：a=KaW，Ka=1.0～1.5。
(3)药空排距：b=Kba，Kb=0.66～1.0。
(4)药孔孔深：L=KLH，H为构件的厚度或宽度；KL为系数；。对板梁柱KL=O．665。
(5)单孔药量：
式中A——材料抗力系数，砖墙A：1．8，钢筋混凝土(只破碎混凝土时)A=5；
KB——破坏程度系数，KB=2～3；
Kf——临空面系数，一至四个临空面，Kf分别为1.0、O.9、0.66、0.5；
KP——爆破厚度修正系数，当爆破厚度B<0．8时，KP=09/B；
W——最小抵抗线，m。
根据180m烟囱距地25～28m的壁厚尺寸，计算和实用的各爆破参数列于表1中。烟囱爆
破共使用乳化炸药18.72kg，雷管553发。
表1 爆破参数
Table 1 Blasting parameters
2.3 起爆网路
采用非电导爆管起爆网路，毫秒2段雷管同时起爆，非电起爆器直接起爆非电网路。
3 爆破安全计算与措施
3.1 一次齐爆的最大药量
为将爆破振动控制在允许范围内，需要控制一次齐爆的最大药量。一次齐爆的最大药量用下式确定：
Q=R3[（ν/K）K1] 3/α
R——爆破点至被保护目标的距离，m；
ν——被保护目标的质点振动速度，cm/s；
K——与爆破地形有关的系数；
K1——装药分散系数；
α——爆破振动衰减指数。
以与爆破烟囱最近距离的华能电厂内厂房机组、中央控制室和继电保护室为重点保护对象，其相应数据为：R=155m， ν=0.25cm/s，K=150，K1=0.2，α=2.0，经计算得一次齐爆的最大药量为Q=2027kg，烟囱爆破实际共使用炸药56.16kg。
3.2 防护和减少塌落振动、防飞溅措施
爆破点使用双层竹篱笆中间夹一层草袋直接防护。
180m烟囱倒塌方向155m、130m、105m、80m、55m处使用煤灰堆积数道减震堤坝，坝体横截面上宽2m，下宽4m，坝长40m，堆土高2m，在堤坝的顶部使用编制袋装填煤灰并扎口，铺设6层，总高度3m。每道堤坝之间的平地使用煤灰或干泥土铺垫，厚度0.5m；另在旧办公楼两侧堆设一道高6m的防冲墙；烟囱倒向堤坝外开挖数道环形深3m的减震沟，形成三面开沟减震。并在三面的减震沟外，使用钢管架外挂竹篱笆挂网，搭设高度15m的防溅遮障墙。
4 爆破效果
爆破时的情况见图2。
图2 爆破照片
Fig.2 Photos oflhe blasting demolishment
烟囱爆破后，经15．924s烟囱全部落地，落地中心线基本和全站议定位的中心线重合，向左偏差1.5。(烟囱建造施工时，在120m以上稍微向左倾斜)。爆破后经现场检查，烟囱囱体前段和中段摔碎，后段摔扁，减震堤被挤压呈明显缺口，沙土向两侧挤出，沙包个别被抛至15m地面，少部分沙土飞溅到26m处旧办公楼墙面上，但20m以外未见飞溅的混凝土碎块。
在距离爆区东北侧民房围墙处(距离烟囱根部182m，距离烟囱头部落地30m)爆破振动监测数据如下：
起爆时垂直方向振点振速0.2448cm/s；
起爆8s时，切口筒体下落触地，垂直振速0.04cm/s；
起爆11.68s时，筒身陆续触地，垂直振速0.191cm/s；
至15.924s，烟囱头部落地完毕，波形变为直线。