袁紹國(guó)，楊　坡，賈海鵬，宋加利,趙曉坤

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，包頭 014010;2.河南迅達(dá)爆破有限公司，焦作 454000)

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分段控制爆破技術(shù)在210 m煙囪拆除中的應(yīng)用*

袁紹國(guó)1，楊坡1，賈海鵬2，宋加利1,趙曉坤1

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，包頭 014010;2.河南迅達(dá)爆破有限公司，焦作 454000)

摘要:根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策，某電廠現(xiàn)有一座高210 m煙囪需要進(jìn)行爆破拆除。介紹了分段控制爆破技術(shù)在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用。通過在煙囪100 m處和底部開設(shè)倒梯形爆破切口、梅花形布孔，確保煙囪倒塌方向；爆破采用毫秒延時(shí)起爆、在煙囪倒塌方向開挖減震溝、煙囪觸地地面鋪設(shè)松軟黃土緩沖層、倒塌方向三面搭設(shè)防護(hù)屏障等措施有效地控制了爆破振動(dòng)和飛石危害，達(dá)到了比較理想的效果。

關(guān)鍵詞:分段控制爆破；爆破拆除；爆破效果

1工程概況

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，河南鶴壁萬和發(fā)電廠一期機(jī)組于2010年進(jìn)入關(guān)停階段，根據(jù)拆除總進(jìn)度要求，現(xiàn)在需對(duì)與機(jī)組配套的一座210 m煙囪進(jìn)行拆除。

1.1周邊環(huán)境

待拆除煙囪位于二期機(jī)組與辦公樓中間，東側(cè)距待保護(hù)的高壓工業(yè)輸油管道37 m，西側(cè)距拆除中的主廠房112 m，距離待保護(hù)的變電站199 m，南側(cè)距離二期機(jī)組68 m，北側(cè)距離待保護(hù)的辦公樓70 m，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，如圖1所示。

1.2煙囪結(jié)構(gòu)

待拆除煙囪高210 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，含兩個(gè)出灰口，兩個(gè)煙道口，出灰口和煙道口在同一條軸線上，呈南北布置；出灰口寬2.0 m，高2.5 m；煙道口寬4.0 m，高8.0 m。煙囪底部半徑10.75 m，壁厚540 mm，無隔熱層和內(nèi)襯；高度5 m處半徑10.15 m，壁厚540 mm，無隔熱層和內(nèi)襯；高度100 m處，煙囪半徑5.55 m，壁厚320 mm，隔熱層(珍珠巖)厚80 mm，內(nèi)襯厚120 mm;高度103 m處，外徑5.02 m；標(biāo)高2.5 m至100 m范圍，筒身混凝土體積2334.64 m3，隔熱層體積337.85 m3，內(nèi)襯體積547.54 m3；凝土密度按2500 kg/m3，隔熱層(珍珠巖)密度為350 kg/m3，內(nèi)襯(普通紅磚)密度按2000 kg/m3進(jìn)行計(jì)算，標(biāo)高2.5 m至100 m范圍內(nèi)煙囪自重7050 t，重心高度41.02 m。

標(biāo)高100 m以上，筒身混凝土體積729.3 m3，隔熱層體積224.58 m3，內(nèi)襯345.18m3。得出標(biāo)高100 m以上煙囪自重為2592.2 t,標(biāo)高100 m以上重心高度146.2 m。

標(biāo)高5 m處鋼筋布置：豎向筋采用雙層布筋，外側(cè)布設(shè)320根φ 30豎向筋，布筋間距20 cm；內(nèi)側(cè)布設(shè)268根φ 22豎向筋，布筋間距22 cm。環(huán)向布筋為水平箍筋，布置規(guī)格為φ 22@200。

標(biāo)高103 m處布置：豎向筋仍采用雙層布筋，外側(cè)布設(shè)248根φ 22豎向筋，布筋間距14 cm；內(nèi)側(cè)布設(shè)166根φ 12豎向筋，布筋間距22 cm。環(huán)向筋采用螺旋式箍筋布置方式，鋼筋布置規(guī)格為φ 16@150。

2爆破方案設(shè)計(jì)

2.1工程難點(diǎn)分析

待拆除煙囪高度較高，屬A級(jí)城市控制爆破拆除工程，施工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)正在運(yùn)行的二期機(jī)組設(shè)備和變電站在煙囪倒塌側(cè)方向且距離比較近，對(duì)爆破危害的控制難度較大。

(2)施工過程中涉及長(zhǎng)時(shí)間的高空作業(yè)，需要做好嚴(yán)密的防護(hù)舉措。

2.2總體爆破方案

根據(jù)建設(shè)單位的要求，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、工期等因素，通過對(duì)煙囪整體定向爆破方案、折疊爆破方案、分段控制爆破方案的比較，決定采用技術(shù)成熟的兩段單向控制爆破方案。首先在高度100 m處利用原有維修平臺(tái)作為施工平臺(tái)對(duì)上半段進(jìn)行拆除；上半段爆破后，在煙囪底部開設(shè)爆破切口拆除下半段部分。即分兩次對(duì)煙囪進(jìn)行爆破[1]，倒塌方向均為西偏北32°。采用兩段單向控制爆破具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)煙囪在縱向被獨(dú)立地分為兩段，有效地減少了煙囪觸底質(zhì)量，可以使振動(dòng)范圍控制在安全范圍以內(nèi)。

(2)煙囪分次控制爆破拆除，便于爆破切口的保護(hù)；同時(shí)，上部煙囪的爆破效果可以為下部煙囪爆破切口設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，及時(shí)調(diào)整下部切口的設(shè)計(jì)，確保煙囪安全正確的倒塌。

3爆破設(shè)計(jì)

3.1爆破切口設(shè)計(jì)

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)以及本次爆破的特點(diǎn)，為嚴(yán)格控制煙囪倒塌方向且利用煙囪下坐損壞部分筒體而降低煙囪整體能量，減小煙囪塌落觸地振動(dòng)，切口參數(shù)取值如表1所示[2]。

表1　爆破切口參數(shù)

3.2炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1爆區(qū)劃分

為了減小對(duì)煙囪預(yù)留支撐的瞬間作用力，減小炸藥爆炸時(shí)對(duì)煙囪向上的作用力，本工程采用毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管分區(qū)分段進(jìn)行爆破，從倒塌中心向兩側(cè)依次分段起爆。上、下部爆破切口均分為3個(gè)爆破區(qū)，分別采用MS1、MS3、MS5段別起爆。

兩次爆破均采用雙回路非電毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路，設(shè)置4個(gè)激發(fā)點(diǎn)，確保雷管安全準(zhǔn)爆。

3.2.2炮孔參數(shù)

上下爆破切口均采用梅花形布孔方式，本次爆破參數(shù)如表2。

表2　爆破參數(shù)表

4安全防護(hù)設(shè)計(jì)與分析

4.1振動(dòng)校核與控制

4.1.1爆破振動(dòng)校核

本工程上部切口單段最大起爆藥量為19.8 kg，下部切口單段最大起爆藥量為54 kg。

根據(jù)爆破振動(dòng)計(jì)算公式[3]

(1)

式中：R為距離爆破點(diǎn)的距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，kg；v為距爆破點(diǎn)距離為R處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=33.6，α=1.62。

將K、α、R代入上式計(jì)算，可得出保護(hù)對(duì)象處的理論爆破振動(dòng)速度。經(jīng)驗(yàn)算距離煙囪68 m處的二期機(jī)組振動(dòng)速度為0.402 cm/s，在安全范圍之內(nèi)。

4.1.2塌落觸地振動(dòng)校核

對(duì)于塌落觸地振動(dòng)速度的計(jì)算，采用周家漢提出的理論計(jì)算公式[3]

(2)

式中：vt為塌落引起地面振動(dòng)速度，cm/s；M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；g為重力加速度，9.8 m/s2；H為構(gòu)件的重心高度，m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；R為離沖擊觸地點(diǎn)的距離，m；kt、β為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù)，kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80。

將煙囪物理參數(shù)及公式內(nèi)的各常數(shù)代入式(2)，計(jì)算出距離煙囪68 m的二期機(jī)組設(shè)備的觸地振動(dòng)速度是上半段1.23 cm/s，下半段1.12 cm/s。校核結(jié)果是不安全的，通過采取各種措施可有效降低觸地振動(dòng)。

4.1.3振動(dòng)控制措施

(1)爆破振動(dòng)預(yù)防。多打孔、少裝藥，采用分段毫秒延時(shí)爆破技術(shù)。

(2)開挖減振溝。在煙囪倒塌方向開挖三道減振溝，同時(shí)在被保護(hù)建筑物周圍開挖減振溝，減振溝深3～4 m，寬1～1.5 m，確保周邊建筑物結(jié)構(gòu)不受振動(dòng)影響。

(3)鋪設(shè)緩沖墊層。煙囪倒塌觸地時(shí)具有很大的沖量，撞擊面剛度越高觸地振動(dòng)越大?？赏ㄟ^改變碰撞部分地面剛性，增大沖量變化時(shí)間，減小沖擊力。因此，在與煙囪倒塌撞擊的部分地面鋪一層松軟的黃土，吸收撞擊能量，減少反彈的碎塊。在煙囪倒塌的范圍內(nèi)，鋪設(shè)三道緩沖墊層，高度為3～4.5 m，下寬為6 m、上寬3 m。

4.2飛石防護(hù)措施

根據(jù)理論計(jì)算，飛石可能會(huì)對(duì)周圍建(構(gòu))筑物造成損壞，本次爆破采取直接防護(hù)與間接防護(hù)相結(jié)合，柔性防護(hù)與剛性防護(hù)相結(jié)合的高級(jí)別防護(hù)措施[4]。

①炮孔防護(hù)。在切口上采取三道覆蓋層防護(hù)，即使用兩層草墊，一層膠皮帶，形成柔性防護(hù)層，外部再覆蓋一層鋼絲網(wǎng)，形成剛性防護(hù)層。

②緩沖墊層覆蓋壓實(shí)。為了防止煙囪觸地濺起飛石，在鋪設(shè)好的緩沖墊層上覆蓋一層鋼絲網(wǎng)，減少煙囪落地沖擊地面濺起的飛石。

③搭設(shè)防護(hù)屏障。在倒塌方向前側(cè)、左右三面用鋼管搭設(shè)寬4 m、高12 m的防護(hù)屏障。屏障內(nèi)側(cè)掛設(shè)透氣性良好的鐵絲網(wǎng)，防止飛石。如圖2。

④倒塌方向前端筑設(shè)防沖墻。

⑤間接防護(hù)。在重點(diǎn)被保護(hù)物外側(cè)搭設(shè)腳手架，用彩鋼瓦遮擋。

4.3爆破煙塵控制措施

爆破過程中產(chǎn)生的灰塵有三方面：一是混凝土由炸藥爆炸產(chǎn)生的煙囪，

二是煙囪倒塌觸地過程中

由地面揚(yáng)起的煙囪，三是煙囪筒體內(nèi)部隔熱層的珍珠巖和內(nèi)壁附著物隨爆破引起的煙塵。本次爆破主要采取裝藥前用水將防護(hù)草墊浸濕和淋濕倒塌方向地面的措施來降塵[5]。

5爆破效果與結(jié)論

5.1爆破效果

第一節(jié)爆破后，煙囪按照預(yù)定方向下座倒塌，如圖3(a)所示。從0～100 m撕裂一道缺口，寬度約為剩余筒體的四分之一，煙囪在傾倒過程中，背部拉應(yīng)力集中，超過鋼筋拉應(yīng)力極限后倒塌落地，解體充分，煙囪整體未前沖，端部坐落于第二道緩沖墊層邊緣，倒塌長(zhǎng)度約55 m，頂部寬度15 m。最遠(yuǎn)飛石距離觸地中心30 m，爆破振動(dòng)和塌落觸地振動(dòng)均在允許范圍內(nèi)，周圍建構(gòu)物和設(shè)備完好。第二節(jié)爆破后倒向向西偏約2°，如圖3(b)所示，觸地后煙囪前端閉合，底部整體性較好，倒塌長(zhǎng)度50 m，寬度16 m，防護(hù)屏障完好。

5.2結(jié)論

(1)通過采用兩段控制爆破技術(shù)，減輕結(jié)構(gòu)自重，從而有效地減小了觸地振動(dòng)和二次飛濺。

(2)采用多段延時(shí)起爆技術(shù),能增加煙囪保留體斜切壓剪面積和壓剪力，避免煙囪下坐過快而出現(xiàn)炸而不倒或定向不準(zhǔn)的情況。

(3)通過精細(xì)化施工，精準(zhǔn)的確定煙囪切口長(zhǎng)度，使得煙囪在下座過程中充分分解了煙囪的重力勢(shì)能，從而降低煙囪筒體長(zhǎng)度，減小振動(dòng)，取得了很好的效果。

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Application of Subsection Control Blasting Technology in a 210 m Chimney Demolishing

YUANShao-guo1,YANGPo1,JIAHai-peng2,SONGJia-li1,ZHAOXiao-kun1

(1.Institute of Mining Research,Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,China;2.Henan Schindler Blasting Co Ltd，Jiaozuo 454000,China)

Abstract:According to the relevant national policy,a 210 m chimney in a power factory needs demolition by blasting technology.The application of subsection control blasting technology was introduced in the practical engineering.The blasting cut positions were designed in 100 m height and the bottom of the chimney,and the quincunxes holes were applied to ensure collapse direction of chimney.Some other measures were also performed,including the millisecond delay initiation system,damping ditch in collapse direction,soft buffer layer,protective barrier setting on three sides,to control the vibration and fly rocks effectively,by which the ideal effect was achieved.

Key words:subsection control explosive; explosive demolition; blasting effect

doi:10.3963/j.issn.1001-487X.2016.02.017

收稿日期:2016-04-02

作者簡(jiǎn)介:袁紹國(guó)(1961-)，男，碩士、教授、碩士生導(dǎo)師，現(xiàn)任內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院巖石力學(xué)與爆破工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，主要研究控制爆破、巖石力學(xué),(E-mail)sgyuan610@sina.com。

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51254003)：臺(tái)階規(guī)模邊坡滑坡概率的預(yù)測(cè)方法研究

中圖分類號(hào):TU746.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-487X(2016)02-0087-05