象山縣黃避岙鄉第三磚瓦廠56m煙囪定向爆破拆除
李運喜1 曾春橋2 俞明來3 管國順2
(1．浙汀省高能爆破工程有限公司，浙江杭州，310012；2．波永安爆破工程有限公司，浙江寧波，315700；3．寧波象山縣公安局，浙江寧波，315700)
摘要：在爆破拆除環境復雜、被拆除物變形、倒塌方向受到限制的條件下，爆破切口的參數、形狀及位置、合理的爆破參數、準爆的起爆網路、認真細致的爆破拆除組織施工和可靠安全的防護措施，對保證爆破拆除煙囪倒塌方向與設計方向一致及周邊保護物得到保護不受破壞有著重要意義。
關鍵詞：變形煙囪；定向倒塌；爆破切口；爆破參數；起爆網路；防護措施
l工程概況
根據《2012年寧波市磚瓦行業落后產能專項整治行動實施方案》 (甬淘汰辦[2012]5號)和(2012年節能和淘汰產能工作目標責任書》要求，關停象山第三磚瓦廠，決定拆除象山縣黃避岙鄉第三磚瓦廠高約56m、紅磚砂漿砌筑而成的煙囪。本著安全、高效的原則，象山縣黃避岙鄉人民政府決定對該煙囪進行定向爆破拆除。
1．1爆區環境
待拆煙囪位于象山縣黃避岙鄉第三磚瓦廠，周邊環境復雜：煙囪西側約12．0m為一棟三層居民樓房，煙囪煙道與北側磚窯大棚相連；煙囪東北側67．0m為低壓電線；煙囪北側105m為第三磚瓦廠辦公用房；煙囪東南側115．0m為廠房；煙囪西南側90m為廠房；煙囪南側5．0m為鄉村路，12．0m為河道；煙囪西南側30．0m為河道閘門。爆區環境平面如圖1所示。
1．2結構特點
煙囪用紅磚砂漿砌筑而成，呈圓形，煙囪的底部+0．5m處直徑為4．78m，周長為15．0m，高56m；據現場測量，底部壁厚0．75m，無內襯，煙囪北側距離底部2．0m處有一拱形的進煙口，東側和西側各有寬0．9m、高1．8m的出灰口。由于煙囪年久失修，上端10m左右出現變形，向西北側偏彎約8°。
2總體爆破方案的設計
根據定向倒塌的原理，要求煙囪倒塌方向的水平距離不得小于其高度的1．2倍(即67．2m)，橫向寬度不得小于爆破部位直徑的2倍。因該煙囪周邊環境復雜，為了確保爆破對周邊建筑物影響最小，利用東側出灰口作中間窗，兩側對稱開三角形定向窗，確定該煙囪正東偏南10°方向傾倒。煙囪布孔及傾倒方向如圖2所示。
2．1爆破切口設計
由于待爆煙囪周邊環境復雜，上端10m左右出現變形，向西北側偏彎約8°，進煙道在正北方向，正東和正西方向為出灰口，爆破前要切斷煙道與煙囪的連接，保證煙囪的獨立性，并對煙道口和西面方向的出灰口進行加固封堵，加固封堵后的強度與原來煙囪筒壁的強度基本一致，用測量儀器準確地把爆破中心線標在煙囪圓形筒壁上，再從中心線向兩側均勻對稱布置爆破切口。爆破缺口選擇在離地面+0．5m處開始布孔鉆眼，鉆孔時炮孔應指向截面的圓心，為了方便施工和增加安全系數，應減少高空作業。參考各類同類煙囪爆破拆除資料[1-4]和以往類似工程經驗，采用梯形爆破切口，切口形式為兩邊三角形切口與矩形切口的組合形式。切口總弧長為煙囪外圓周長的0．6倍，切口下底弧長為9．Om，支承塊弧長為6．Om，保證煙囪留有足夠的支撐長度，防止下坐，矩形部分切口高為1．8m。切口底標高為+0．5m e，兩側預切三角形定向窗弧長為1．4m，高為0．8m，三角形頂角為29．7°。要準確地測定三角形底角頂點的位置，定向窗口預先用人工拆除，兩邊三角形定向窗的剔鑿面要盡量對稱，其連線的中垂線是煙囪的倒塌方向，切口圓心角度為216°。當a=216°時對應的最小爆破切口高度為0．80m，實際取0．80m。
(1)爆破切口的設計參數。缺口高度：H≥(3．0～5．0)，δ=(3．0～5．0)×0．75=2．25～3．75m，取H=1．80m。
(2)缺口寬度。因煙囪為圓形，周長15．Om，即直徑為4．78m，因此：
缺口下底寬度：．S下=0．62πd=0．62×3．14×4．78=9．3m，取L下=9．Om。
缺口上底寬度：S上=0．43πd=0．43×3．14×4．78=6．45m，取L上=6．3m。
2．2爆破參數的設計
由于煙囪筒壁厚0．75m，孔網參數經計算選定如下：
(1)炮孔深度：l=O．65，δ=O．65×0．75=0．49m，取l=0．50m。
(2)炮孔間距：a=0．9×l=0．9×0．5=0．45m，取a=0．45m。
(3)炮孔排距：b=O．85×a=0．82×0．45=O．37m，取b=0．36m。
(4)炸藥單耗q值的選取，由于煙囪待爆部位材質較好，根據以往類似工程爆破經驗和參考有關資料，取單耗q=1．Okg／m3。
單孔裝藥量計算：
Q=q·a·b·δ=1．0×0．45×0.36 ×0．5=0．8kg=80g，取Q=80g
對于底部二排孔，由于受到夾制作用，其單孔裝藥量按正常藥量的1．15～1．3倍計算：
Q1=1．15Q=1．15×80=92g，取Q1=lOOg
Q2=1．3Q=1．3×100=104g，取Q2=110g
堵塞長度控制在0．26～0．32m之間，堵塞材料采用有黏性的黃泥制成炮泥團堵塞并壓實。煙囪共需布孔6排，炮孔呈梅花形布置，因定向窗爆前開好，，需鉆孔75個，其中每孔 80g有53個，每孔 100g有12個，每孔110g有10個，所以爆破該煙囪共需炸藥為6．54kg，毫秒導爆管雷管180發。
2．3爆破網路
為了確保每個藥包可靠起爆，提高藥包的準爆率，共分三段延時起爆。第一響中心線兩側第一和第二豎排共25個孔，每個孔內裝入議發1段非電毫秒雷管，起爆總藥量為2200．0g；第二響中心線兩側第三和第四豎排共24個孔，每個孔內裝入雙發3段非電毫秒雷管，起爆總藥最為2120．0g；中心線兩側第五、第六和笫七排豎排共27個孔，每個孔內裝入雙發5段非電毫秒霄管，起爆總藥量為2300．0g，孔外用瞬發塑料導爆管雷管捆扎，每12根導爆管為一束，最后朋四通導爆管從中間連接出來，用即發針起爆，即采用“簇-串”起爆網。
3爆破安全校核
3．1爆破地震波的驗算
根據《爆破安全規程》(GB 6722—2003)中“一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物”安全 允許振速為2．0～3．0cm/s，本工程為確保安全取V=3．0cm/s，由
公式，代入已知數R=12．0m(待爆煙囪12．0m內有一棟三層樓房)，K、a分別取150和1．8，經計算得Qmax=2．55kg，因該煙囪共布孔75個，總藥量為6．54kg，且已分為三響，最大一響齊發藥量為2．30kg，小于2．55kg，因而爆破煙囪的地震波不會影響三層樓房等周邊建(構)筑物。
塌落振動地震波的驗算：煙囪在塌落觸地時，對地面的沖擊較大，產生塌落振動。塌落振動根據中科院力學所的公式：
V1=Kt[R／(mgH/σ)1/3]β
式中Vt——塌落引起的地面振動速度，cm／s；
m——下落構件的質量，t；
g——重力加速度，m／s2，取9．8；
H——構件的高度，m；
R——觀測點至沖擊地面中心的距離，m；
σ——地面介質的破壞強度，MPa，一般取10；
Kt，β——衰減系數，取Kt=3．37，β=-1．66。
經計算該煙囪的總質量m=354．4t(煙囪體積V=177．2m3，密度2．0t／m3)，煙囪高度H=56m，因煙囪塌落中心線西面約12．0m為三層樓房，則西面約12．0m為三層樓房塌落的振動速度其值為0．88cm／s，小于《爆破安全規程》(GB6722—2003)中“一般磚房，非抗震的大型砌塊建筑物”安全允許振速為2．0～3．0cm／s，本工程為確保安全取V=3．0cm／s，150m外的建(構)筑物的塌落振動地震波速度均在允許范圍內[5]。
3．2爆破地震波、塌落振動地震波及爆破飛石的控制及防護措施
待拆除的煙囪的質量完好，為了減小爆破振動及倒塌時對地面的撞擊沖擊產生的振動強度，防止煙囪筒體砸扁產生的破碎物或地面的碎石被砸飛濺，在煙囪設計倒塌方向上從底部開始每間隔8．0m，用砂袋砌三道高1．5m、長5．5m、寬1．0m的緩沖帶。同時對傾倒方向的空曠場地進行清理，并鋪設一層大于煙囪直徑1．5倍的細沙，以防煙囪著地的瞬問濺起個別飛石，造成不必要的損害。為了確保后側建(構)筑物的安全，防止煙囪倒塌下坐，在煙囪根底部爆破切口對面支承塊弧的地面上堆積長大于支承塊弧的長度、寬2m、高2m的沙袋墻。
預防爆破飛石安全防護措施有：
(1)在待爆切口部位(裝藥連線完畢)覆蓋8層柔性遮陽網，覆蓋范圍超過切口尺寸0．5m以上，煙囪后側覆蓋3層柔性遮陽網，安傘網用細鐵絲捆扎，每間隔0．5m，捆一道，捆扎時要有適當的松緊度
(2)距離煙囪西面約12．0m為一層樓房的玻璃窗口從上向下用雙層草墊緊貼捆扎并用兩層柔性遮陽網從上到下遮擋。
4爆破效果及分析
起爆后，前2s時煙囪原地不動，擠壓保留支承紅磚砂漿砌體并慢慢往下坐，在第3s時向后下坐到地面，在第4s時煙囪距頂端15m左右斷裂，然后快速傾倒觸地，倒塌用時9s左右(見圖3)。
爆破倒塌觸地后經檢查測量，煙囪倒塌方向與設計方向一致。沒有明顯的后坐，距離煙囪西面約12．Om為三層樓房內測得振速為2.2cm/s，爆破后產生的飛石也得到了非常有效的控制，對周圍建(構)筑物進行檢查，被保護物未受到爆破地震波及爆破飛石的破壞，爆破取得圓滿成功。爆后分析：爆破切口設計參數的準確性和合理的倒塌方向，對保證煙囪定向爆破拆除方向的準確性及安全性具有重要的意義。同時，合理的爆破設計參數、準確的起爆網路、認真細致的爆破施工組織及新型安全可靠的保護措施是保證爆破拆除成功的基礎。
參考文獻
[1]Conny Sjoberg，et a1．拆除爆破高層建筑物倒塌過程研究[C]／／第四屆國際巖石爆破破碎學術會議論文集．北京：冶金工業出版社，1995：455～460．
[2]馮叔瑜，呂毅，楊杰昌，等．城市控制爆破[M]．北京：中國鐵道出版社，1987．
[3]李東山，邵曉寧，胡坤倫．爆破切口形狀對細高建筑物倒塌效果的影響[J]．爆破，1998，15(3)： 66～68．
[4]李守巨，等．爆破拆除磚煙囪爆破切口范圍的計算[J]．工程爆破，1999，6(2)：1～4．
[5]呂毅，唐濤，傅建秋．100m高煙囪定向爆破拆除[J]．爆破，2000，17(4)：36～38．
摘自《中國爆破新進展》
