钢筋混凝土“烟囱群"的定向爆破拆除

需拆除的5座烟囱分别建于1979、1988和1995年。每座烟囱均为钢筋混凝土结构，高72m，地面1.5m高处的外周长19.4m、外径6.17m、壁厚30cm，顶部外径为2.1m，C28混凝土；筒壁单层钢筋网，底部主立筋为Ф20(3座烟囱用圆钢，2座烟囱用螺纹钢)；地面6.6m处有一烟道口，筒体内部有一倒挂圆锥型灰斗，灰斗锥体顶距地面1.3m；每座烟囱底部有两个反向对称的出灰门，宽1.4m、高2.Om。每座烟囱地面以上总重量约为1003t，重心高度约在25.3m处；待拆除烟囱地面以上钢筋混凝土方量为386m³。

5座烟囱的出灰门、烟道口的方向为：1^#、2^#烟囱正南、正北侧各有一出灰门，烟道口在西侧；3^#烟囱正西、正东各有一出灰门，烟道口在北侧；4^#烟囱正西偏南26°、正东偏北26°各有一出灰门，烟道口在北侧；5^#烟囱正西偏北26°、正东偏南26°各有一出灰门，烟道口在南侧。

2   爆破方案的确定

通常按单一烟囱的爆破设计，在定向倾倒一侧爆破形成一定尺寸的切口，烟囱失稳倾倒。为倾倒方向准确，预先开设定向窗。根据实地勘测，本次“烟囱群”的爆破有两个不利的因素：

(1)出灰门分别有4个不同的方向。直接利用出灰门作为爆破切口、定向窗(门)，无法保证5座烟囱同向倾倒。

(2)烟囱间距太近，由于爆破对邻近烟囱的影响和多烟囱爆破形成的切口失稳应力的不均衡、不错峰，即使分段一次起爆也无法避免两座(或两座以上)烟囱同时触地。如果出现空中交汇，将对烟囱北侧8m附近生产中的送料栈桥构成极大威胁。

为确保周围建(构)筑物及设备的安全，决定“烟囱群”倾倒方向初步选择为正西或偏西南，对5座烟囱按其出灰门不同的方向调整处理，且按3^#、4^#、2^#、5^#、1^#烟囱顺序依次以①、②、③、④、⑤的倒塌方向起爆的爆破方案(见图1)。

3   爆破参数的计算

为利用出灰门作为爆破切口、定向窗(门)的一部分，爆破切口设计在烟囱底部。各烟囱底部内虽然有不同方向的出灰门，但可采取一定措施调整处理，使各烟囱倾倒趋于同向。除定向窗(门)外，另在其倾倒方向中心处利用原有出灰门(或开凿一个)作为中心定向门，进一步提高烟囱倒向的准确性。

3.1 爆破切口

采用正梯形切口，切口位置设置在0.8～2.5m高度处。1^#、2^#烟囱切口位置见图2。

一般钢筋混凝土烟囱倾倒的切口圆心角为：

a=(5／4～8／7)×180°≈225°～206°，取a=215°；故切口最大长度L_p  = (215°／360°)丌D = 11.57m，实际取L_p  = 11.1～11.6m。

切口高度H取筒身厚度δ的3～5倍，δ=0.3m，实际取H = 1.7m。

3.2 定向窗(门)位置及大小

由于各烟囱的出灰门的方向不同，其倒向又必须趋于正西或偏西南，因此需对定向窗(门)调整处理。1^#、2^#、5^#烟囱直接利用出灰门作为定向窗；3^#需在倒塌中心线的两侧开定向窗；4“需加宽出灰门，并在倒塌中心线两侧开定向窗。各烟囱的切口设计尺寸如表1所示。

3.3 爆破参数计算

1^#～5^#烟囱群爆破主要参数如表2所示。

(1)炮孔直径d：凿岩机钻孔，炮孔直径为38mm。

(2)最小抵抗线W=0.5δ=O.15m(δ为烟囱壁厚O.3m)。

(3)孔深L=O.65δ=O.2m，根据钢筋分布调整孔深，实际取O.15m。

(4)孔距a=O.95L=0.19m，实际取O.25m；排距b=O.85a=O.21m，实际取0.22m。

(5)单孔药量Q=qabδ=33g(q=2.0kg／m³)，实际取67g。

(6)实际布孔长度及爆破参数如表2所示。

4   预处理，安全防护措施及起爆网路

(1)灰斗为倒挂圆锥体，锥体顶端距地面1.3m，上部连接位置不在爆破切口内。为防止在定向爆破中灰斗触地时的支撑摆动、触地后滚动，对灰斗采用密集孔爆破法预处理。在锥体顶朝向倾倒方向钻12～16个孔，单孔药量67g，将其炸松散。

(2)1^#、2^#、5^#烟囱利用出灰门作为定向窗，在其倾倒方向再预先开凿一个中心定向门。

(3)尽可能使4^#烟囱倾倒方向朝西，需加宽倒向出灰门和反向出灰门的一边，并在烟囱两侧开定向窗。为确保应力对称，加宽4^#烟囱倒向出灰门和反向出灰门时割断门框钢筋。

(4)因单层钢筋网Ф20主立筋偏外，距表面5cm，炮孔实际深度调整为15cm。1^#、2^#、5^#烟囱是利用出灰门作为定向窗，因此出灰门框的单孔装药量调整为100g。

(5)烟囱之间距离很近，为预防爆破飞石损坏邻近烟囱的起爆线路，起爆线路全部用棉被保护。

(6)为降低触地振动，在1^#、2^#、3^#、4^#烟囱的倾倒前方的塌落处挖4条减振沟形成带状缓冲垫层，宽度为4m，减振沟间隔8m，深度约O.5m，翻土堆在沟边。以塌落后的1^#、2^#、3^#、4^#烟囱残体作为5^#烟囱的带状减振缓冲垫层。

(7)起爆网路：为方便每座烟囱爆破前的线路复测，采用瞬发电雷管，起爆线路为串联形式。

5   爆破效果与分析

2009年7月6日下午3时，分别按3^#、4^#、2^#、5^#、1^#烟囱顺序以①、②、③、④、⑤的倒塌方向依次起爆，一座烟囱倾倒后再起爆另一座烟囱。每座烟囱的倾倒过程历时9～12s不等。每座烟囱倾倒方向都非常准确，无任何偏差。单座烟囱倾倒触地引起的地面振动完全在设计范围内，5^#烟囱距送料栈桥仅8m，实际触地振动远小于振速允许值，附近车间玻璃窗无一损坏。烟囱倾倒后无前冲、无后坐。

通过对“烟囱群”爆后的一些情况对比分析，可以得出：

(1)在烟囱反向预留部分有足够支撑时，尽可能设计调整一个出灰门在倾倒的反向。3^#、4^#烟囱反向利用了原出灰门，爆破后反向地面无翻动，反向出灰门附近的烟囱断茬口高出地面0.1m。1^#、2^#、5^#烟囱反向无法利用原出灰门，爆破前也未做预割钢筋处理。爆破后，反向地面翻起一长5m、宽1.4m的地坑，烟囱断茬在地坑下O.4m处显露。由此可见，烟囱底部的技术处理，是克服倾倒产生应力反向破坏的重要手段。

(2)当使用瞬发电雷管起爆线路时，在烟囱定向倾倒切口长度的中心位置增设(可利用原出灰门或预先开凿)一个中心定向门，有助于进一步提高烟囱倒向的准确性。

 摘自《工程爆破》总第60期

参考文献：

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[4]刘清荣．控制爆破[M]．武汉：华中工学院出版社，1986．

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