王  群  李  丹  刘崇尧  胡  军

(沈阳消应365体育有限公司，辽宁沈阳，1 10036)

摘要：待拆烟囱为钢筋混凝土结构，高55m，处于抚顺水泥股份有限公司院内，现场环境复杂，距离精密设备厂房仅2． 2m，且倒塌方向非常有限，要求倒塌方向精确定位，采用定向爆破方法使烟囱向西偏北6°方向定向倒塌。采用正确的爆破参数，设计合理的网络及延时，采取有效的安全防护措施，爆破达到了非常理想的效果。

关键词：定向爆破；爆破切口；复杂环境；爆破振动

1工程概况

抚顺水泥股份有限公司因设备改造，现有一座钢筋混凝土烟囱需要爆破拆除。烟囱高55m，底部直径6．2m，壁厚为0．3m，在烟囱南北两侧距地面4．7m为两个对称排烟道，东侧为排灰口，排灰口宽为1．6m，高为1．7m，烟囱内衬为0．24m耐火砖，空气隔热层厚0．05m，隔热层内堆满水泥灰。

待拆55m高烟囱东侧2．2m有一精密设备房，西侧32m为正在运转生产厂房，南侧6．1m有一正在运作中的生产厂房，北侧13m有一待拆连体水泥仓，东北方向上5m有一圆筒铁罐(烟囱周围环境如图1所示)。

2工程难点

(1)待拆除烟囱周围环境复杂倒塌范围有限，距离东侧精密设备房仅2．2m，一旦发生后坐后果不堪设想。北侧和南侧均有需要保护的生产车间，该生产线为水泥厂核心设施，若发生倒塌偏移或者振动过大有导致全厂生产瘫痪的危险。南北两侧厂房间距仅18m，烟囱本身的直径为6．2m，倒塌后解体预计残骸直径为12m左右，允许倒塌范围烟囱残骸两侧仅为3m，要求倒塌方向必须精准。

(2)烟囱本身水泥层内竖筋加强，较多、较密。爆破设计必须满足倾倒力矩大于钢筋牵拉力矩才能确保倒塌，又要防止保留部分支撑力矩过小提前垮塌产生后坐。为了保证以上要求，通过建立结构失稳的力学模型分析，结构失稳的力学模型主要包括三个方面：1)计算结构的内力分布；2)计算结构中各构件的承载力；3)确定结构整体是否稳定，即根据前两步的计算结果，在考虑结构内力分布的基础上，分析结构的几何构造，确定结构是否失稳。

(3)烟囱内沉积有130m³左右的烟道灰(生石灰)，清除工作为预处理增加了施工难度，为防止烟囱整体重心位移，导致后坐或倒塌方向偏移事故发生，必须清除烟道生石灰等杂物。

3爆破设计

3．1爆破依据

烟囱定向爆破拆除设计原理是根据刚性整体绕定轴稳定转动倾倒，将烟囱势能转化为动能，在触地的瞬间产生的以冲势载荷作用下破碎解体。烟囱失稳条件是在烟囱底部倾倒一侧爆破一个缺口，产生重力偏心力矩，导致烟囱整体失稳、倾倒。

3．2爆破方案确定

根据烟囱的高度、结构状况、平面位置、周围环境和业主对施工的要求，确定在烟囱下部炸开爆破缺口，利用全站仪进行精确定位，采用定向爆破方法使烟囱向西偏北6°方向定向倒塌。

3．3爆破切口及预处理

  3．3．1爆破切口

相关的计算和实践经验表明，爆破切口太长或太短，都会影响烟囱的爆破效果。本次爆破烟囱倾倒方向的反方向距离精密设备房仅2．2m，因此必须严格控制烟囱的后坐，烟囱爆破选用矩形爆破切口，缺口长度为12m。爆破切口角即爆破切口弧长所对应的圆心角选用220°，爆破切口底线位置于标高+0．5m处，切口高度为1．8m。为保证爆破倾倒方向的准确性，在爆破切口两端预先开设两个对称的定向窗，定向窗夹角不宜过大，以保证烟囱平缓准确倾倒，定向窗夹角取30°，在烟囱倾倒中心处开一宽1．8m的导向窗。爆破切口展开示意图如图2所示。

  3．3．2预处理

烟囱的预处理对烟囱的准确定向及顺利倾倒作用重大，经过内衬预处理既可以减少一次爆破炸药量，简化爆破网络，提高爆破的可靠性又可以提高定向倒塌的准确性，还有利于烟囱顺利倒塌。爆破切口部分内衬耐火砖用人工拆除大部分，拆除高度大于1．Om，长度以倾倒中心为对称的周长一半；定向窗内和导向窗内的钢筋全部割除，清理烟囱内的灰尘。

3．4爆破参数

在爆破切口范围内布设水平炮孔，炮孔的方向朝向烟囱中心。炮眼呈排布设。相邻两排炮孔矩形布置，有利于提高破碎效果。相关爆破参数为：

最小抵抗线W=δ/2=0．15m(占为壁厚)；炮孔间距a=(1．2～1．5)W=0．22m，取0．3m；炮孔排距b=(0．85～1)a=0．26m；炮孔深度L=(0．67～0．8)δ=0．24m；单孔装药量Q=gv=75g。

3．5爆破网络

为确保爆破网络安全、准确、经济、合理，以及避免杂散电流等因素影响，此次爆破采用毫秒延期雷管，分两个段别起爆，以设定的倒塌中心线向两侧方向对称延时起爆，减小爆破振动。每个药包放两只同段别导爆管雷管确保准爆，起爆网络采用四通连成复式环形闭合网络。

4爆破安全校核

4．1爆破振动校核

    爆破振动速度采用以下公式进行设计校核：

vk′k (Q^1/3／R)^a

式中，Q为一次起爆药量，分段爆破时为最大一段装药量，Q=7．95kg；v为质点振动速度，cm／s；R为爆心至保护对象的距离，R=8．2m；k、a为与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，k=200，a=1．8；k′为修正系数，取k′=0．2。将有关数据代入上式可得v=3．14cm/s。

4．2烟囱倒塌触地时的振动校核

烟囱倾倒后，冲击地面引起振动大小与烟囱切口上部的质量、质心高度和触地点土层刚度有关。中科院力学所提供触地冲击振动公式如下：

V_t=K_t[(MGH/Ó)^1/3/R]^β

式中， v₁为塌落引起的地面振动速度，cm/s；M为下落构件的质量，M=176t(由于爆破体是逐段解体，取爆体三分之一)；g为重力加速度，m/s²；H为构件中心高度，H=19m；Ó为地面介质的破坏强度，MPa(一般取10MPa)；R为观测点至冲击地面中心的距离，尺=20m；K_T和β为衰减参数，K_t=3．37，β=1．66。将有关数据代入上式可得v_t=2．07cm／s。

通过在倒塌位置铺设松软物可减少20％振动，能达到减振的作用。即v_t=2．07cm/s，而《爆破安全规程》(GB 6722—2003)规定，钢筋混凝土结构房屋v_t=3．5～4．5cm/s。

5爆破安全措施

(1)严格按照爆破设计方案施工，每道工序都要经过严格的检查验收。

(2)采用多段微差爆破技术，降低一次齐爆药量，以减少爆破引起的振动效应。在爆破时在重点保护地段，使用测振仪监测爆破及烟囱触地引起的振动。

(3)倾倒中心线，定向窗口的位置用全站仪测精确定位。

(4)为防止爆破时产生飞石，采用多层草垫子围挡的近体防护措施；每三层草帘子捆三道铁丝，共计12层草帘子，确保周围建筑物安全。为防止烟囱倒塌触地飞溅，在烟囱倒地区域铺草垫子等松软物。

(5)为防止烟囱倒地产生的触地飞溅，在烟囱倒地区域铺草帘子。草帘子铺设在烟囱倾倒中心线上，距离烟囱30m处开始铺设，每5m一道草帘墙，共铺设3道。草帘之间用铁丝连接防止脱离。

6结论

由于烟囱倒塌空间的限制，关键要控制好烟囱的倒塌中心线，精确测量，还要合理选择爆破参数，爆破缺口设计精确，爆破安全措施完善。经爆后检查，爆破没有对周围保护物造成任何影响，爆破没有发生后坐现象，保证了精密设备厂房的安全，同时由于采取了适当的减振措施，爆破振动没有对周围保护物、生产线产生任何影响，爆破达到了预期的爆破效果(烟囱倒塌效果图如图3所示)。(略)

参考文献

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摘自《中国爆破新进展》