王若尧 常建平 花良奎

(北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

· 施工技术·

复杂环境下的45 m砖结构烟囱的爆破拆除

王若尧 常建平 花良奎

(北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

以一座高45 m砖结构烟囱爆破拆除为例，介绍了在紧邻高压线、倒塌场地临近学生宿舍等恶劣条件的情况下，高耸结构定向爆破的设计与施工要点，对倾倒方向、爆破窗口、爆破参数和安全防护等进行了精心计算设计，并采取爆破缺口的强力防护及地面减振土堤等有效防护措施控制爆破飞石以及倒塌触地振动对周边建筑物的影响，拆除结果表明烟囱按照设计方向倒塌，定向准确，紧邻的高压线和周围建筑物安全。

复杂环境，砖混烟囱，拆除爆破

近些年，爆破拆除了许多烟囱，成功案例有很多，但因爆破方案选择不当而导致的失败案例亦不少见。烟囱的特点是体型高耸，重心较高，极易在重力作用下失稳倾倒。国内外通常采用爆破拆除，在爆破拆除时，可以采用不同的爆破方案使之实现定向、折叠、原地倒塌[1，2]。一般整体定向倾倒易于准确控制倒塌方向。工程实践表明，对于复杂条件下的砖混烟囱定向爆破的炸药单耗，切口形式的选取等方面存在较大的差别[3,4]，下面结合一个复杂环境条件砖混结构烟囱的爆破拆除实例，谈几点体会。

1 工程概况

待拆除结构位于内蒙古包头市境内的内蒙古科技大学校园内原供暖锅炉的一座砖结构烟囱，因基建需要拆除，砖烟囱结构完整。烟囱高45 m，上口半径1.5 m，底部半径4.3 m；底部12 m高度壁厚0.45 m，有0.24 m的砖内衬。进风道与锅炉房联通，出灰口面对北院墙，烟囱建设年代较新，结构完整。

周围环境条件比较复杂，烟囱东侧是食堂，距烟囱约6.8 m，西侧有15号学生宿舍楼，距烟囱约50 m，北侧临近校园围墙，在围墙上方有6 kV高压输电线，距围墙北侧约2 m处有10 kV高压输电线，围墙外是市政马路，距离约6.4 m；烟囱四周地下无重要管线等需保护设施。烟囱周围环境如图1所示。

2 爆破拆除方案

根据烟囱结构的特点和周围的环境条件，结合工程的经验[5，6]，决定采用可靠性较高的整体倒塌定向爆破方案，从烟囱四周的场地条件来看只有西侧烟囱到围墙大门的区域可以容纳烟囱的整体倾倒。从烟囱四周的场地条件来看烟囱北侧的高压输电线和市政道路，东侧的食堂都是必须保护的，南侧虽没有需保护设施，但是场地开阔距离不够，因此只有西侧烟囱到围墙大门的区域可以容纳烟囱的整体倾倒，经过反复权衡，确定倒塌方向沿着西偏南5°(正对围墙大门口)，采用较高级别的防护与减振措施保障高压输电线、学生宿舍及墙外市政马路设施以及人员的安全。

3 拆除爆破设计

对于高耸结构的拆除爆破，主要通过爆破手段对结构底部开设切口，破坏底部的内力平衡，在自身重力的作用下整体失稳，重心偏移，向预设方位倒塌[7]。故爆破设计主要针对爆破切口部位。

3.1 爆破切口

爆破切口在烟囱倾倒的初期，主要起着引导烟囱倾倒方向，防止后坐等作用，在实际工程中，经常采用梯形和倒梯形切口，因为切口的三角形部分爆破后后部受拉，两侧受压，砌体结构是典型的抗压能力高于抗拉能力，因此可以起到一定的支撑和导向作用。因此在烟囱爆破拆除工程中，尤其是超高烟囱拆除爆破工程中经常采用这两种切口形式[8]。

为了施工作业的简便以及倾倒方向的精准控制，采用梯形切口，烟囱距地面0.6 m处，外直径D=8.6 m，切口长度一般为外周长的2/3倍，即切口长度取L=2/3×3.14×D≈18 m，通过参考类似工程经验[9]，对于砖结构烟囱，切口高度一般为H=(1.5～3.0)δ=(0.68～1.35)m，为确保可以顺利的倒塌和施工便利，取H=1.4 m。

李守巨[9]研究发现，对于砖结构烟囱，开口的圆心角的大小与烟囱质量成反比，与烟囱外直径以及壁厚成正比，一般取149°～196°，为了保守起见，取开口圆心角242°。

通过经验公式验证，此时缺口长度L满足下列条件较合适：

3S/5≤L≤2S/3(S为切口部位烟筒的周长)。

3.2 定向窗设计

为确保烟囱按设计方向倾倒，在梯形缺口的两侧人工开设定向窗。由于烟囱的出灰口和烟道口基本对称，出现在其根部的东西两面，故可利用其作为定向窗，实际工程中修正形成1.4 m×0.4 m×0.45 m的定向窗。

3.3 爆破参数设计

烟囱爆破切口处壁厚δ=45 cm，炮孔深度一般取烟囱壁厚的0.6倍～0.7倍，即L=(0.6～0.7)δ，取L=0.32 m；采用梅花形布置炮孔，根据工程实践和经验公式，炮孔间距a=(0.85～0.95)L，炮孔取a=0.3 m。炮孔的排距，类比工程经验取b=0.3 m，单孔装药量Q通过查阅文献[10][11]结合本工程实际，对于壁厚为0.45 m的砖结构烟囱，炸药单耗q=1.0 kg/m3,则单孔装药量Q=qab=0.04 kg。对于细长高耸结构的建(构)筑物，因为总装药量不大，一般选择导爆管并联网络，并发起爆。通过雷管不分段，防止出现带炮而影响缺口的良好成型。炮孔深度0.32 m，药包中心控制在烟囱外壁的中心，人工预先开设定向窗口，通过定向窗口将爆破部位四周内衬层预先拆除；爆破部位的炮孔采用梅花形布孔，共布五排孔。单孔装药量0.04 kg，边孔装药量0.03 kg。采用非电网络，每十根连成一组，各组之间再并联，最后用两发雷管起爆，起爆雷管组并联。

4 安全防护

4.1 烟囱倒塌触地时的振动预测

烟囱高度在20 m以上时，其倒塌过程中与地面接触时会引起地面振动，振动的大小与烟囱的刚度、质量以及重心的高度和触地点的土质有关。烟囱倒塌触地时的振动计算公式[12]：

(1)

其中，V2为烟囱触地时引起的振速,cm/s；M为烟囱的质量，t；H为烟囱的重心高度，m；g一般取9.8 m/s2；R为倒塌中心到被保护对象的距离，m；σ为烟囱触地点的地面介质的破坏强度，一般取10 MPa；Kt为塌落振速衰减系数；β为经验指数。结合本工程情况，计算得出烟囱倒塌时触地振速为2.0 cm/s。

4.2 爆破振动

根据中华人民共和国GB 6722-2003爆破安全规程[13]的规定，爆破振动的振速估测公式：

(2)

其中，V为被保护物所在地质点振动速度，cm/s；K为与传播介质性质爆破有关的系数，本工程取K=32.1；K0为经验系数，一般取0.25～1.0；Q为最大装药量，经计算取12 kg；R为爆破振动安全允许距离，取38 m；α为衰减系数，此处α取1.6。经计算，爆破所产生的振动在距离爆破点50 m(西侧)学生宿舍的质点振速为0.15 cm/s。为了减小烟囱倒塌触地引起的振动对周围建筑物产生的影响，尤其是西侧宿舍的安全，在爆破前，用废渣在烟囱倒塌部位铺上厚约0.5 m的缓冲带，中间低两边高，可以大大减小烟囱触地引起的振动，防止烟囱落地后滚动，减少对被保护建(构)筑物的影响。

4.3 飞石防护

此次烟囱爆破拆除是在学校办公区内进行，烟囱的倾倒轴线附近有学生宿舍和食堂，窗户较少，且离地高，烟囱的爆破切口低，故对飞石的防护重点在于对爆破切口部位的防护，采用2层棉被包覆，外加1层铁丝网包覆，可保证飞石不会超过警戒范围。

爆破的侧后方有高压输电线路，因此对高压输电线路的安全防护至关重要。由于高压输电线路背离烟囱倾倒方向，对其防护的重点是防止烟囱偏转和后坐，关键在于爆破切口处预留部分的长度及其完整性，从国内类似砖结构烟囱的爆破拆除情况来看，预留部分能够保证爆破瞬间对整个烟囱重量的支撑；为了确保预留部位的强度，出灰口在预留部分将人工砌实，形成完整结构。

5 爆破效果

从烟囱起爆到完全倒塌，全过程未发现飞石，折断以及后坐现象；倒塌过程中未出现折断现象；经测量烟囱倒塌的方向与预想偏离3°,仍处于倒塌设计范围内。烟囱在倒塌中心线上的最远塌散距离为47 m。四周建(构)筑物和高压输电线等安全无损。食堂处爆破峰值振速为0.943 cm/s。此振速小于GB 6722-2003爆破安全规程规定的一般建筑允许振速2 cm/s～3 cm/s。

6 结语

本次45 m高砖结构烟囱爆破实践说明：1)砖结构烟囱爆破时，为了定向准确，爆破缺口不宜过小，一般取周长的2/3倍即可，为了施工简便、倾倒方向的精确控制，尽量选用梯形切口；2)由于烟囱周边场地情况复杂，要求倒塌方向严格，定向窗的开设一定要准确并应充分利用烟囱本身的构造，它关系到烟囱是否能按预定的方位倒塌。因此在定向窗开设时必须精确施工、严格验收；3)因为爆破切口高度低，对爆破切口采取棉被和铁丝网包裹等防护措施，有利于减少飞石。

[1] 孙远征，龙 源，范 磊，等.在复杂环境中的砖混烟囱定向爆破拆除[J].爆破，2007，24(2)：54-57.

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[13] GB 6722-2003，爆破安全规程[S].

Demolition blasting of 45 meters brick-concrete chimney under complex environment

WANG Ruo-yao CHANG Jian-ping HUA Liang-kui

(CivilandEnvironmentalEngineeringSchool,BeijingUniversityofScienceandTechnology,Beijing100083,China)

Taking a 45 m brick-concrete chimney blasting demolition as an example, the paper introduces the directional blasting design and construction points of the high-rise structure under complex poor conditions of closing to high-tension cable and collapsible field closing to students’ dormitories and so on, calculates and design collapsible direction, blasting window, blasting parameters and safety protection, adopts strong blasting gap protection and ground seismic reducing embankment and other effective preventive measures for controlling the impact of blasting flying stones and collapsible grounding vibration upon surrounding buildings. The demolition results show that: the chimney collapses at the designed direction, the orienting is accurate, surrounding high-tension cable and buildings are safe as well.

complex environment, brick-concrete chimney, blasting demolition

1009-6825(2014)34-0100-02

2014-09-28

王若尧(1988- )，男，在读硕士

TU746.5

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