70米高烟囱定向爆破中的飞石控制

70米高烟囱定向爆破中的飞石控制

李忠权

李忠权

韶关宏大爆破工程有限公司广东韶关512000

摘要：烟囱的定向爆破在爆破拆除中的运用广泛，施工相对简单，而且经济合理，在烟囱定向爆破中过程中通过破坏烟囱的局部结构，产生重心位移使其失稳按设计方向倒塌。工程实践中通过开设均匀对称的定向窗，再从爆破缺口尺寸、布孔位置、钻孔方向和孔网参数科学合理设计对爆破飞石的控制，对爆堆的检查分析，定向爆破中产生飞石的主要因素。

关键词：烟囱；定向爆破；爆破缺口；飞石控制

一、烟囱定向爆破介绍

烟囱的爆破拆除，主要是通过破坏烟囱的局部结构，产生重心位移使其失稳按设计方向倒塌，从而达到拆除的目的。烟囱的爆破拆除主要分为定向爆破、折叠式倒塌爆破、原地坍塌爆破，定向爆破受爆破环境的限制不大，而且定向爆破施工相对简单，经济合理，所以在爆破环境的允许下烟囱的定向爆破拆除运用比较广泛。

烟囱的定向爆破关键之处在于倒塌方向的控制，倒塌方向轴线的偏离不得超过设计方向±5°。对倒塌方向的控制主要通过对爆破缺口尺寸、布孔位置、钻孔方向和孔网参数科学合理设计。

江门市蓬江区杜阮化工专区砖厂留烟囱一条，故要对该烟囱进行拆除，故委托我公司对烟囱实施控制爆破拆除。

1、周围环境：烟囱东面是砖厂；南面紧靠为砖厂，西面为100米后为厂房；北面为空地。作业环境较复杂。

2、烟囱结构特点：烟囱为红砖砌筑，烟囱的整体存在裂纹。烟囱底部±0.00处周长C=15.7米，相当于外径D=5米，高约H=70米，烟囱壁厚δ=1米，烟囱底部南方向有宽0.8m，高1.0m的出灰口一个，内部无耐火补体。

二、工程实践

1.工程概况

江门市蓬江区杜阮化工专区砖厂留烟囱一条，故要对该烟囱进行拆除，故委托我公司对烟囱实施控制爆破拆除。

周围环境：烟囱东面是砖厂；南面紧靠为砖厂，西面为100米后为厂房；北面为空地。作业环境较复杂。

（详见周边环境图）。

周边环境图

2.爆破方案选择

烟囱结构特点：烟囱为红砖砌筑，烟囱的整体存在裂纹。烟囱底部±0.00处周长C=15.7米，相当于外径D=5米，高约H=70米，烟囱壁厚δ=1米，烟囱底部南方向有宽0.8m，高1.0m的出灰口一个，内部无耐火补体。

3.爆破缺口参数设计

3.1爆破缺口形状

红砖砌筑的烟囱抗剪能力差，起爆后爆破缺口形成，烟囱瞬间形成倾倒，因此需要保证底部预留支撑体满足设计要求，不被瞬时被压坏而使烟囱下坐，造成烟囱不到或失去对倾倒方向的控制，正梯形缺口的三角部分在烟囱倾倒过程中可起到一定的支撑作用，保证烟囱倒塌的准确和平稳，有效的防止后坐，故爆破缺口采用正梯形缺口。

3.2定向窗设计

一共设3个定向窗，定向窗尽量对称，烟囱底部爆破区域两边各设一个，定向窗的高度与爆破缺口的高度一致，底部宽度为1m。利用出灰口做为第三个定向窗，出灰口的中心线做为倒塌方向的轴线，定向窗的高度与爆破缺口的高度一致，底部宽度为1m，人工开凿出灰口的大小，达到定向窗的高度和宽度。

3.3爆破缺口尺寸

爆破缺口高度h是烟囱拆除爆破设计中的重要参数，爆破缺口尺寸大小的设计一般采用经验设计方法选取：

3.4、爆破缺口参数设计

爆破缺口参数设计的合理，才能达到倒塌效果，在参数设计时，从烟囱材料的抗拉、抗压、抗剪强度出发，爆破缺口形成时，倾覆力矩必须大于预留支撑体力矩，由重力对余留支撑体偏心引起的倾覆力矩应大于或等于预留支撑体截面的极限抗弯力矩。

1）切口圆心角和切口长度：切口圆心角直接决定切口的展开长度，而切口长度决定倾覆力矩的大小，切口过长导致后坐。对于砖烟囱，切口圆心角（ф）一般为1800＜ф≤2400，考虑烟囱整体较差，取切口圆心角（ф）=2200。切口开切在+0.5m处，此处外径D1=5.0m，壁厚δ1=1米，周长C1=15.70米，切口长度L=15.7×2200／3600=9.0m。

2）切口高度：切口高度（H1）是烟囱拆除爆破设计中的重要参数，根据一般工程公式：H=（1.5～3.0）δ1，δ1为烟囱切口处壁厚δ1=1米；得H=2.5δ1=2.5m，

3）、爆破参数设计

a、孔深度：L=0.6δ1=0.6m

b、最小抵抗线：W=δ1/2=0.45m；

c、采用三梅花形布孔

d、炮孔间距：a=（0.8-2）W=0.5m

e、炮孔排距：b=（0.8-0.9）a=0.45m

f、每排炮孔数：n=L/a+1=9/0.5+1=19个

g、炮孔排数：m=（H1/b）+1=2.5/0.45+1=7排

h、炮孔总数：k=n×m=133个

I、单位耗药量：根据以往对砖烟囱爆破的经验选取炸药单耗

q=（0.4-1.2）kg/立方米（取q=1.2），

j、孔药量：Q1=qabδ1=1.2×0.5×0.45×0.6=0.162kg（取0.16kg）

k、总药量：Q=133×0.16=21.28kg

4）预处理：

a、用风镐在东、西侧的开高2.5米，寛0.8米的定向窗

（三）、起爆与延时控制技术

为了减少爆破震动，采用毫秒差延时起爆技术，共分两段，中间部位采用MS1非电雷管，两侧采用MS3非电雷管。每个炮孔装2发非电雷管，利用孔外延期起爆网络。用“大把抓”方式并、串联接非电导爆管，每10-15发为一簇，用两发瞬发电雷管起爆。在150m以外安全地方起爆。

三、震动和飞石距离的验算

1、爆破震动：由于烟囱爆破药量较小，爆破震动影响不大，但还是要考虑爆破震动对建筑物的影响。

2、根据《国家爆破安全规程》的爆破震动安全距离公式：

R=（K/V）1/aQm

式中：R—爆破安全距离M；

Q—爆破区最大段装药量kg；（本次分两段起爆，即最大段起爆药量为3.6kg.）

V—震动安全速度cm/s

M—药量指数，一般取1/3

K、a—与爆破区地形、地质条件有关系数与衰减系数，一般花岗岩a=1.8~2.0K=50~150

震动安全速度：一般民用建筑：土瓦层取1cm/s，砖房及大开型砌体取2~3cm/s，钢筋混凝土框架结构房及设施取5cm/s，水工工程取20cm/s。根据现实况本爆破V=2.5CM/S。

R=（K/V）1/a*Qm

取K=250、V=2.5cm/s、a=2

R=（250/2.5）0.5×3√9.36

=10×2.11

=21.1m

3.5爆破起爆网络

起爆网路采用脉冲起爆器激发导爆管传递冲击波激发起爆元件（即非电毫秒雷管），起爆网络采用孔内微差，孔外大把抓的簇联方式，孔内装同一段别的双发雷管，孔外也用双发雷管连接，每10发雷管一簇，避免盲炮的出现，影响烟囱的倒塌方向。

3.6爆破振动安全校核

①爆破振动：烟囱总装药药量较小，最大一段装药量为2.5kg，爆破空气冲击波、噪声和爆破粉尘对周围影响不大，主要考虑爆破振动对周边较远建筑物（工厂）的影响。

根据《国家爆破安全规程》的爆破振动安全距离公式：

爆破振动安全允许标准：土土窑洞、土坯房、毛石房屋取0.5～1.5cm/s，一般砖房、非抗振的大型砖块建筑物取2.0～3.0cm/s，钢筋混凝土框架结构房取3.0～5.0cm/s。

根据现场实际情况，爆破振动安全速度取=1.5cm/s。

爆破安全允许距离计算公式

通过计算得出的安全爆破振动距离很小，本次爆破作业面远离建筑物最近点都超过48m，但警戒范围为200m。

②对触地振动的预防措施

触地振动为主要为烟窗上部的砖体与地面撞击产生的振动，考虑到场地条件，烟囱周围为风化土，先倒塌范围内的碎石清理走，再将煤渣覆盖在倒塌范围内的风化土上，煤渣厚度为30cm，能有效的缓冲触地振动，降低烟囱倒塌时与地面的撞击强度，减少砖块的飞溅。

四、爆破效果分析

烟囱爆破之前用石灰粉划出倒塌范围，起爆爆破缺口区域后，烟囱整体结构和重心失稳迅速朝北部倾倒，烟囱在空中解体，折断成3截，最后烟囱倒塌在设计的倒塌方向内。爆后检查，烟囱倒塌的长度从烟囱的圆心处算为10米，爆堆集中，爆堆最高高度为4米，烟囱整体结构已破碎。爆破效果良好，主要在以下几个方面对倒塌方向加强了控制：

1.钻孔方向精确控制，钻孔方向朝向烟囱筒体圆心处。

2.开设定向窗，定向窗均匀对称，隔断了预留支撑体的连接。

3.烟囱壁厚较薄，只有53mm厚，控制钻孔深度，采用微差爆破，爆破区域起爆从爆破缺口中心处向两边延展。

爆堆周围有个别飞石，飞石控制在设计范围内，有个别飞石主要有以下几个原因：

1.爆破缺口在瞬间起爆时，爆破缺口是水平空，砖块受爆轰波影响产生飞石。

2.烟囱筒体结构在触地时产生触地振动，使砖块拥有了初速度飞溅出来。

参考文献：

[1]汪旭光，郑炳旭，张正忠，刘殿书，等.爆破手册[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]冯叔瑜，等.城市控制爆破[M].北京：中国铁道出版社，1985.

[3]杨人光，等.建筑物拆除爆破[M].北京：中国建筑工业出版社，1985.

[4]汪旭光，于亚伦.21世纪的拆除爆破技术[J].工程爆破，2000，6（1）：32～35.