100+m钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除实践与数值模拟.pdf

第３７卷 第４期 ２０２０年１２月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ４  Ｄｅｃ． ２０２０ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ －４８７Ｘ． ２０２０． ０４． ０１７ １００ ｍ钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除 实践与数值模拟 董 星 １， 张 哲 ２， 刘永强１， 张坤麟１， 胡永玉１， 惠 佳 １， 谢少凯１ （１．北京理工北阳爆破工程技术有限责任公司， 北京１０００８１；２．新时代辽科（ 阜新） 爆破工程有限公司， 阜新１２３０００） 摘 要 为了顺利拆除复杂环境下１００ ｍ高钢筋混凝土烟囱， 针对该烟囱自身结构与烟囱周围环境特点选 用梯形爆破切口并开设了定向窗与定位窗。经分析计算确定了切口圆心角为２３０、 切口高度２． ５ ｍ； 孔距 ０． ３５ ｍ、 排距０． ３０ ｍ； 单孔药量６０ ｇ、 炮孔总数５２２个； 用ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５段毫秒导爆管雷管进行孔内毫秒微 差起爆的爆破施工方案。对爆破振动、 塌落振动、 爆破飞石距离进行了安全校核并采取适当防护措施。通过 ＬＳ-ＤＹＮＡ选取适当参数对该烟囱进行了１∶１数值仿真模拟， 模拟倒塌过程与实际倒塌过程基本一致， 烟囱顶 部触地时速度为２２． ８ ｍ／ ｓ， 在烟囱的爆破拆除中， 坍落振动比爆破振动影响大。起爆后经过１１ ｓ该烟囱按 预定方向顺利倒塌， 未对附近建筑物造成影响。 关键词 钢筋混凝土烟囱；定向爆破；数值模拟；安全校核 中图分类号 ＴＵ７４６． ５ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ －４８７Ｘ（２０２０）０４ －０１００ －０６ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ １００ ｍ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｈｉｍｎｅｙ ｂｙ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ＤＯＮＧ Ｘｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅ２，ＬＩＵ Ｙｏｎｇ-ｑｉａｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｋｕｎ-ｌｉｎ１，ＨＵ Ｙｏｎｇ-ｙｕ１，ＨＵＩ Ｊｉａ１，ＸＩＥ Ｓｈａｏ-ｋａｉ１ （１． Ｂｅｉｊｉｎｇ ＢＩＴ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｎｅｗ Ｅｒａ Ｌｉａｏｋｅ（Ｆｕｘｉｎ）Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｍｏｌｉｓｈ ｔｈｅ １００ ｍ ｈｉｇｈ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｍｎｅｙ，ｔｈｅ ｔｒａｐｅｚｏｉｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｕｔ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ａｒｅ ｓｅｔ ｕｐ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａ- ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔ ｉｓ ２３０ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔ ｉｓ ２． ５ ｍ，ｔｈｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ ０． ３５ ｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ０． ３０ ｍ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｈｏｌｅ ｃｈａｒｇｅ ｉｓ ６０ ｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈｏｌｅｓ ｉｓ ５２２． Ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ＭＳ１，ＭＳ３ ａｎｄ ＭＳ５ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｄｅｔｏｎａｔｏｒｓ． Ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ， ｃｏｌｌａｐｓｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｙｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｒｅ ｃｈｅｃｋｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｔａｋｅｎ． Ｔｈｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ １∶１ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＬＳ-ＤＹＮＡ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｐａ- ｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ｔｏｕｃｈｅｓ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｓ ２２． ８ ｍ／ ｓ． Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｃｈｉｍｎｅｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｖｉ- ｂｒａｔｉｏｎ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ． Ａｆｔｅｒ １１ ｓ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ｃｏｌｌａｐｓｅｓ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｄｅ- ｔｅｒｍｉｎｅｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｎｅａｒｂｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍｎｅｙ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓａｆｅｔｙ ｃｈｅｃｋ 收稿日期２０２０ －０７ －２４ 作者简介董 星（１９８１ －） ， 男， 硕士、 高级工程师， 从事岩土工程及 爆破工程方面工作与研究， （Ｅ-ｍａｉｌ）１０２３８１５３＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 通讯作者谢少凯（１９９２ －） ， 男， 硕士、 工程师， 从事岩土工程及爆破 工程方面工作与研究， （Ｅ-ｍａｉｌ）４０３０９１５７５＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 随着社会经济的高速发展， 在城市扩建和企业 升级改造中不可避免会遇到高耸建筑物的拆除， 如 烟囱、 水塔等。这种高耸建筑物有着高度远大于底 万方数据 部直径的结构特点， 当其所处环境复杂时大多采用 爆破拆除， 此方法不仅效率高且可以保证施工安全， 在工程实践中得到了大量应用。关于高烟囱的爆破 拆除国内有过一些实践，如福建省安溪某发电厂 １５０ ｍ钢筋混凝土烟囱拆除［ １］、 宝钢 １２０ ｍ钢结构 烟囱定向爆破拆除［ ２］、 河南某 ２１０ ｍ高的双层套筒 烟囱的爆破拆除等［ ３］。通过数值仿真模拟， 能更好 的为烟囱的爆破拆除效果进行预测并指导施工， 如 杨军［ ４］、 林谋金［５］、 张广荣等对不同高度的钢筋混 凝土烟囱爆破拆除进行了数值模拟［ ６］， 从而为具体 工程实践提供参考， 本文将对高烟囱定向爆破拆除 作进一步阐述。 １ 工程概况 １． １ 周边环境 待拆除烟囱位于辽宁省铁岭市某供热公司院 内， 建于２００８年。烟囱北侧１０ ｍ为暂缓拆除的锅 炉房、１５０ ｍ为黑龙江路， 西侧１５０ ｍ为公司围墙及 公司储煤场， 南侧１２０ ｍ为新建戒毒所， 东侧１２５ ｍ 为公路， 东北侧１００ ｍ为公司办公楼， 待拆除周围环 境见图１。烟囱见图２。 图１ 周边环境示意图（ 单位ｍ） Ｆｉｇ． １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ（ｕｎｉｔｍ） 图２ 待拆烟囱 Ｆｉｇ． ２ Ｃｈｉｍｎｅｙ ｔｏ ｂｅ ｒｅｍｏｖｅｄ １． ２ 结构特征 该烟囱地面以上标高１００ｍ， 为钢筋混凝土筒式 结构， 如图２所示。烟囱筒身采用Ｃ３０混凝土整体 浇筑， 竖向主要钢筋为φ １０、φ １２、φ １６、φ １８； 环向 钢筋为φ １０、φ １２、φ １４、φ １６。烟囱尺寸如表１所 示，烟囱混凝土体积８８０． ０ ｍ３、隔热层体积 ２１６． ０ ｍ３、 内衬体积４３８． ０ ｍ３， 总重量约为３５００ ｔ。 表１ 烟囱尺寸参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｉｍｎｅｙ ｓｉｚｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 标高／ ｍ外半径／ ｍ筒壁／ ｍ隔热层／ ｍ内衬／ ｍ ０６． ２５０． ３８０． ０８０． ２３ ４０４． ４８０． ３４０． ０８０． ２３ ６０３． ７４０． ２６０． ０８０． １２ ８０２． ９００． ２２０． ０８０． １２ １００２． ５８０． １８０． ０８０． １２ ２ 爆破拆除方案设计 对于高耸建（ 构） 筑物的拆除， 一般是根据伐树 原理， 破坏底部支撑基座使其在自身重力作用下结 构失稳而倾倒。 ２． １ 倒塌中心线 定向爆破拆除烟囱， 要求在其倒塌方向必须具 备一定宽度的狭长场地［ ７］， 场地长度不得小于烟囱 高度的１． ０ ～ １． ２倍（自烟囱的中心点算起） ， 垂直 于倒塌中心线的横向宽度不得小于烟囱切口部位外 直径的３． ０ ～４． ０倍， 对于钢筋混凝土烟囱等刚度好 的结构， 其倒塌的水平距离要求大一些。据此， 在烟 囱倒塌方向至少需要１２０ ｍ长、５０ ｍ宽的场地， 只 有西侧的一块露天煤炭堆放场具备倒塌条件， 故设 计爆破倒塌方为西侧。 ２． ２ 爆破切口 （１） 切口形状 实践证明， 烟囱切口形状应以梯形或者矩形为 宜。这样在其初始倒塌过程中， 原切口缓慢闭合， 烟 囱承压区逐渐增大， 相应保证了压缩破坏过程在倒 塌中心线上的对称， 从而控制了烟囱倒塌的定向性。 在切口圆心角相同时， 梯形切口闭合所需时间短、 对 地面冲击小［ ８］， 更好的保证了烟囱倒塌的可靠性， 因此本文选择梯形切口施工。 （２） 切口位置及尺寸 为了钻孔方便， 且考虑到烟囱底部烟道、 出灰口 等对结构对失稳的影响， 切口由距地表０． ５ ｍ位置 开始沿倒塌中心线对称布置。 ①切口圆心角 切口处弧长一般不宜小于筒体外部周长的１／２ １０１第３７卷 第４期 董 星， 张 哲， 刘永强， 等 １００ ｍ钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除实践与数值模拟 万方数据 到２／３， 这才能够满足初始定向倾倒失稳条件［ ９］。 根据图纸和现场勘测， 待拆烟囱切口部位筒体外径 １２． ５ ｍ， 则切口弧长 Ｌ ＝ １ ２ ～ J ２ ３ πＤ ＝ １９． ６３ ～ ２６． １７ ｍ（１） 式中，Ｄ为切口部位烟囱筒体的外直径。 现场根据具体施工情况Ｌ取２５ ｍ、 开口角度 ２３０， 如图３所示。 图３ 切口截面示意图 Ｆｉｇ． ３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｎｏｔｃｈ ｓｅｃｔｉｏｎ ②切口高度 当切口上、 下沿闭合时， 烟囱的重心必须偏移出 烟囱切口外边缘， 即烟囱重心偏移的距离大于爆破 切口处的外半径［ １０］。对于 １００ ｍ烟囱考虑到爆破 后筒身下坐的可能和适当增加安全系数， 爆破切口 高度宜适当加大。爆破部位（爆破缺口）高度的确 定与烟囱材质和筒壁厚度有关， 钢筋混凝土烟囱钢 筋分布密度大、 筒壁较薄要取较大系数。 ｈ ≥（３ ～ ６） δ ＝ １． １２ ～ ２． ２８ ｍ（２） 式中，δ为爆破切口处烟囱壁厚，０． ３８ ｍ。 根据工程经验取ｈ ＝２． ５ ｍ。 ③定向窗、 定位窗 定向窗、 定位窗为保证爆破后烟囱沿着设定的 方向倒塌， 在主爆区爆破之前用风镐在倒塌中心线 开凿一个定向窗同时在切口两端开凿两个定位窗， 以保证烟囱沿倒塌中心线倒塌， 并能在一定程度上 降低一次起爆药量， 减少因爆破产生的振动及其他 危害。本次拆除爆破中， 定向窗长３ ｍ、 高２． ５ ｍ， 定 位窗底边长２． ５ ｍ， 底角取４５， 如图４。 （３） 内衬处理 为了确保倒塌方向的准确性， 在钻凿炮孔时， 人 工将切口范围３ ｍ内衬预先拆除。 图４ 切口布置及雷管段别示意图（ 单位ｍ） Ｆｉｇ． ４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｃｉｓｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｓｅｇｍｅｎ（ｕｎｉｔｍ） ２． ３ 孔网参数 （１） 炮孔直径ｄ 采用风动凿岩机钻孔， 炮孔直 径取４０ ｍｍ； （２） 最小抵抗线Ｗ Ｗ ＝ ０． ５δ（３） 则Ｗ ＝０． １９ ｍ； （３） 炮孔孔深ｌ ｌ ＝（０． ６５ ～ ０． ７）δ（４） 取ｌ ＝０． ２５ ｍ； （４） 炮孔间距ａ 取ａ ＝０． ３５ ｍ； （５） 炮孔排距ｂ 取ｂ ＝０． ３０ ｍ； （６） 单孔药量 Ｑ１＝ ｑａｂδ（５） 式中，ｑ为单位体积岩石所需炸药量，取 １． ５ ｋｇ／ ｍ３， 计算得Ｑ１＝０． ０６ ｋｇ； （７） 炮孔总数Ｎ ＝５２２个； （８） 总药量 Ｑ总＝ ＮＱ１（６） 则Ｑ总＝３１． ３２ ｋｇ。 ２． ４ 起爆网路 爆破瞬间会产生巨大的向上推力， 力矩方向与 自身重力的力矩方向相反， 这会对定向倾倒带来不 利影响。为降低爆破推力对其倒塌方向干扰， 孔内 采用ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５段毫秒导爆管雷管进行毫秒微 差起爆， 即起爆顺序由中心到两侧。选择导爆管雷 管簇联起爆网路， 每１０ ～１５发导爆管雷管组成一簇 并用双发导爆管雷管起爆， 最后用高能脉冲起爆器 作为起爆源。 ３ 安全防护 ３． １ 爆破振动速度校核 爆破振动速度根据下式进行校核［ １１］ Ｖ ＝ Ｋ′Ｋ（Ｑ１／３／ Ｒ） α （７） 式中Ｋ′为爆破拆除修正系数， 取Ｋ′ ＝０． ２５；Ｋ、α 为与爆破点至保护对象间的地形、 地质条件有关的系 数和衰减指数， 取Ｋ ＝１５０，α ＝１． ５；Ｑ为最大单段药 ２０１爆 破 ２０２０年１２月 万方数据 量，１０．４４ ｋｇ；Ｒ为建筑物到爆破中心的距离，ｍ。 核算出烟囱周围不同建筑物的爆破振动速度见 表２， 均远小于国家标准规定的爆破振动安全允许 值， 因此爆破地震效应不会对周围建筑物造成影响。 表２ 爆破振动计算结果表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ 被保护物办公楼新建戒毒所 围墙 距离Ｒ／ ｍ１００１２０１５０ 爆破振动速度 Ｖ／（ｃｍｓ －１） ０． １２０． ０９０． ０７ ３． ２ 烟囱塌落振动校核 由于烟囱倒地会产生较大触地冲击振动， 集中 质量（ 冲击或塌落）作用于地面造成的塌落振动速 度可用下式确定［ １２］ Ｖｔ＝ ｋｔＬ ｍｇＨ１ J σ １／ [1 ３β （８） 式中Ｖｔ为塌落振动速度，ｃｍ／ ｓ；ｋｔ为衰减系 数，ｋｔ＝４． ０９；σ为地面介质的破坏强度， 一般取 σ ＝ １０ ＭＰａ；β为衰减指数，β ＝ －１． ６６；ｍ为下落构件的 质量，３５００ ｔ；Ｈ１为构件重心高度，３５ ｍ；Ｌ为建筑物 倒塌部位重心与被保护物距离， 取最近的新建戒毒 所处距离１２０ ｍ。 将有关参数代入， 计算得最近的新建戒毒所处 塌落振动Ｖｔ＝０． ９６ ｍ／ ｓ， 小于国家相关标准［ １１］。 在烟囱倒塌落地撞击地面的位置铺垫一层大于 ５０ ｃｍ（ 近烟囱处５０ ｃｍ厚、 烟囱中部及顶部落地处 １００ ｃｍ厚） 的粉煤灰或沙土， 并每隔４０ ｍ用土袋或 煤灰渣袋垒筑一定长度和高度的缓冲墙， 并在缓冲 墙上部垒三层装满细土的土袋或铺满三层草帘， 缓 冲墙长为烟囱宽的１． ２ ～ １． ３倍，高约４ ｍ，宽约 ３ ｍ， 以便减轻或避免烟囱落地撞击振动和飞石的 危害， 如图５所示。 图５ 烟囱触地时的减振及飞石防护措施 Ｆｉｇ． ５ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｃｈｉｍｎｅｙ ｗｈｅｎ ｔｏｕｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ３． ３ 飞石距离校核及校核飞石防护 拆除爆破中飞石伤人、 损物的事故也偶有发生， 对爆破飞石范围进行校核能更好的划定警戒范围， 由下式进行计算［ １３］ Ｌｆ＝ ７０ｑ０． ５３（９） 式中Ｌｆ为无阻飞石的最大飞散距离，ｍ；ｑ为炸 药单耗，ｋｇ／ ｍ３。 计算得Ｌｆ＝８７ ｍ， 因此在３００ ｍ的警戒范围外 是安全的。 （１） 装药前测量炮孔尺寸， 保证炮孔深度、 实际 抵抗线不小于设计值。 （２） 加强填塞质量， 严格控制炸药单耗。 （３） 在爆破部位悬挂２ ～３层竹笆、 草袋等。 （４）警戒人员佩戴安全帽在安全警戒线以外 作业。 ４ 数值模拟仿真 ４． １ 模型建立 采用ＬＳ-ＤＹＮＡ软件对该烟囱的爆破倒塌过程 进行数值模拟， 为更好反映烟囱的钢筋混凝土结构， 选取分离式共节点模型， 材料类型选择为 采用ＬＳ- ＤＹＮＡ单元库中的ｂｅａｍ１６１单元、ｓｏｌｉｄ１６４单元分别 对钢筋、 混凝土建立三维模型， 钢筋和混凝土本构模 型均采用经典塑性随动模型* ＭＡＴ_ＰＬＡＳＴＩＣ_ＫＩ- ＮＥＭＡＴＩＣ*，地面采用ｓｏｌｉｄ１６４单元，并配用* ＭＡＴ_ ＰＩＥＣＥＷＩＳＥ _ ＬＩＮＥＡＲ _ ＰＬＡＳＴＩＣＩＴＹ *材 料定义本构关系［ １４］， 钢筋、 混凝土主要参数见表 ３， 采用ｋｇ-ｍ-ｓ单位制建立１∶１的模型。 ３０１第３７卷 第４期 董 星， 张 哲， 刘永强， 等 １００ ｍ钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除实践与数值模拟 万方数据 表３ 模型参数设定 Ｔａｂｌｅ ３ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 模型参数 密度／（ｋｇｍ －３） 弹性模量／ ＧＰａ 泊松比 屈服应力／ ＭＰａ切向模量／ ＭＰａ 混凝土３２００３００． ２１３０３００ 钢筋７８００２１００． ２７２３５２１００ ４． ２ 仿真结果与分析 （１） 倒塌过程 在ｔ ＝ ０时爆炸形成缺口， 由于重力作用， 缺口 处保留的筒体被部分压碎， 在倾倒力矩的作用下烟 囱开始加速倾斜， 至起爆后１１ ｓ时最终整体触地， 整个倒塌过程如图６所示。 图６ 烟囱倒塌过程模拟 Ｆｉｇ． ６ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｍｎｅｙ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ （２） 烟囱顶部的速度及位移 为进一步研究烟囱倒塌过程中的位移、 速度规 律， 在模型中取烟囱顶部倒塌方向上的节点进行研 究， 在ＬＳ-ＰｒｅＰｏｓｔ软件中分别导出该点倒塌方向 （Ｘ） 、 竖直方向（Ｙ）的位移、 速度随时间变化的数 据， 由Ｏｒｉｇｉｎ软件绘图如图７。 图７ 烟囱顶部位移时间关系 Ｆｉｇ． ７ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ-ｔｉｍｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｃｈｉｍｎｅｙ ｔｏｐ 由图７可知 刚起爆后， 烟囱顶部位移变化不 大； 在２ ～４ ｓ时Ｙ方向位移增长加快， 说明烟囱出 现了短暂的下坐现象， 同时在Ｘ方向也向设计的倒 塌方向发生了倾斜； 在１１ ｓ时，Ｘ、Ｙ方向位移均达 到最大值分别为１１９、９９ ｍ， 即１１ ｓ时烟囱倒塌触 地； 则，烟囱原高度落地后长度＝ １００ ∶ １１９ ＝ １∶１． １９， 烟囱倒地后只发生了很小的前冲。 由图８可知 起爆后０ ～ ４ ｓ时， 烟囱顶部速度 变化不大；４ ～１１ ｓ时， 随着重力的作用Ｙ方向速度 不断增大至２２． ８ ｍ／ ｓ后触地， 而Ｘ方向速度先增大 至９． ４ ｍ／ ｓ后因结构完整的烟囱筒身牵制作用， 该 点Ｘ方向速度急剧降低至趋近０； 在整个倒塌过程 中， 虽然Ｘ方向速度出现了先增后减的现象， 但通 过Ｘ、Ｙ方向矢量和速度曲线可知， 烟囱顶部是逐渐 加速至触地倒塌， 触地时矢量和速度与Ｙ方向速度 接近。 图８ 烟囱顶部速度时间关系 Ｆｉｇ． ８ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ- ｔｉｍｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｃｈｉｍｎｅｙ ｔｏｐ （３） 地面振动速度 提取烟囱倒塌方向上１００ ｍ处地面振动速度进 行分析， 由图９可知该位置的振动主要可以分为两 个阶段 第一阶段为爆炸及烟囱在重力和弯矩共同 作用中自身下坐、 旋转产生的振动， 第二阶段为烟囱 倾倒触地时对地面强大冲击形成的坍落振动。 ４０１爆 破 ２０２０年１２月 万方数据 图９ 地面振动速度时间关系 Ｆｉｇ． ９ Ｇｒｏｕｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ-ｔｉｍｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ 倒塌方向上１００ ｍ处地面上各阶段的振动速度 数值如表４， 可知在烟囱拆除中坍落振动比爆破振 动持续的时间长、 振动幅度大， 因此在进行烟囱爆破 拆除设计时振动的校核以及施工过程振动防护措施 的选择中坍落振动不容小觑。 表４ 地面振动速度 Ｔａｂｌｅ ４ Ｇｒｏｕｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ 最大振动速度／（ｃｍｓ －１） Ｘ方向Ｙ方向Ｚ方向 第一阶段０． ３５０． １７０． ２２ 第二阶段０． ４３２． １１０． ５６ ５ 爆后效果 起爆后烟囱静止约１ ｓ随即发生倾倒，１１ ｓ后 全部落地。倒塌过程中发生轻微下坐现象， 倒塌方 向与设计方向基本一致。如图１０， 烟囱触地后筒身 破碎解体， 数值仿真模拟倒塌过程（图６）与实际倒 塌过程（ 图１０）基本一致。倒塌后溅起的飞散物距 倒塌中心线不远， 未发现拒爆药包， 防护措施达到预 想效果， 未对周围建筑物及人员造成影响， 爆破施工 达到预期效果。 图１０ 烟囱倒塌过程 Ｆｉｇ． １０ Ｃｈｉｍｎｅｙ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ６ 结语 通过对高烟囱的爆破拆除进行分析计算及数值 模拟， 提出切实可行的爆破方案， 安全高效的实施了 定向爆破拆除， 可供类似工程参考。 切口设计时， 应选择合适的切口位置、 形状、 高 度、 角度和其他几何参数。本工程中， 切口圆心角可 适当减小， 减少爆破后烟囱下坐。 对高烟囱实施定向爆破拆除时， 为降低一次爆 破的上推力和爆破振动， 宜采用分段起爆的方法， 保 证每次爆破范围关于倒塌中心线对称， 中间先爆， 两 侧滞后。 通过数值仿真模拟技术能很好的预测烟囱倒塌 的过程， 可为实际施工提供参考。 烟囱爆破拆除中坍落振动比爆破振动危害更 大。对高耸建筑物拆除时， 应仔细勘查严格按照预 定设计方案进行施工， 杜绝临时调整。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 张建平， 王俊生， 胡俊涛． １５０ ｍ钢筋混凝土烟囱爆破 拆除［Ｊ］．工程爆破，２０１６，２２（１） ８２-８５． ［１］ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ-ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｕｎ-ｓｈｅｎｇ，ＨＵ Ｊｕｎｔ-ａｏ． Ｂｌａｓ- ｔｉｎｇ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｏｆ １５０ ｍ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍｎｅｙ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１６，２２（１） ８２-８５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 孙 飞， 龙 源， 纪 冲， 等． １２０ ｍ超高塔架式钢结构 烟囱定向爆破拆除［Ｊ］．工程爆破，２０１６，２２（２） ６５- ６９． ［２］ ＳＵＮ Ｆｅｉ，ＬＯＮＧ Ｙｕａｎ，ＪＩ Ｃｈｏｎｇ． Ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ １２０ ｍ- ｈｉｇｈ ｔｏｗｅｒ ｓｔｅｅｌ ｃｈｉｍｎｅｙ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｅｎｇｉ- ｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１６，２２（２） ６５-６９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ 张英才， 赵玉龙， 高帅杰． ２１０ ｍ高的双层套筒烟囱的 爆破拆除［Ｊ］．工程爆破，２０１８，２４（４） ３９-４４． （下转第１１５页） ５０１第３７卷 第４期 董 星， 张 哲， 刘永强， 等 １００ ｍ钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除实践与数值模拟 万方数据 ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ，２０１１， ３０（９） １９７-２０１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１２］ 郑炳旭， 魏晓林， 陈庆寿．钢筋混凝土高烟囱切口支 撑部失稳力学分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７， ２６（Ｓ１） ３３４８-３３５４． ［１２］ ＺＨＥＮＧ Ｂｉｎｇ-ｘｕ，ＷＥＩ Ｘｉａｏ-ｌｉｎ，ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇ-ｓｈｏｕ． Ｍｅ- ｃｈａｎｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｄｅｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｒｅｉｎ ｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍｎｅｙ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２６（Ｓ１） ３３４８-３３５４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１３］ 明 悦， 代青松， 赵明生， 等． ２座４５ ｍ高冷却塔爆破 拆除失败原因分析及排险处理［Ｊ］．爆破，２０１６， ３３（１） １１８-１２３． ［１３］ ＭＩＮＧ Ｙｕｅ，ＤＡＩ Ｑｉｎｇ-ｓｏｎｇ，ＺＨＡＯ Ｍｉｎｇ-ｓｈｅｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｆａｉｌ- ｕｒｅ ｏｆ ｔｗｏ ４５ ｍ ｈｉｇｈ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１６， ３３（１） １１８-１２３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１４］ 胡浩川， 池恩安， 乐 松， 等．建筑物爆破拆除倒塌失 败原因分析［Ｊ］．爆破，２０１０，２７（２） ９９-１０２． ［１４］ ＨＵ Ｈａｏ-ｃｈｕａｎ，ＣＨＩ Ｅｎｇ-ａｎ，ＹＵＥ Ｓｏｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１０，２７（２） ９９-１０２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１５］ 郑炳旭， 魏晓林， 陈庆寿．钢筋混凝土高烟囱爆破切 口支撑部破坏观测研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报， ２００６，２５（Ｓ２） ３５１３-３５１７． ［１５］ ＺＨＥＮＧ Ｂｉｎｇ-ｘｕ，ＷＥＩ Ｘｉａｏ-ｌｉｎ，ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇ-ｓｈｏｕ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄａｍａｇｅ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ｄｅｍｏｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６， ２５（Ｓ２） ３５１３-３５１７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 英文编辑 陈东方 （上接第１０５页） ［３］ ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ-ｃｈａｉ，ＺＨＡＯ Ｙｕ-ｌｏｎｇ，ＧＡＯ Ｓｕａｉ-ｊｉｅ． Ｂｌａｓ- ｔｉｎｇ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｏｆ ２１０ ｍ ｄｏｕｂｌｅ-ｌａｙｅｒ ｓｌｅｅｖｅ ｃｈｉｍｎｅｙ ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１８，２４（４） ３９-４４．（ｉｎ Ｃｈｉ- ｎｅｓｅ） ［４］ 迟力源， 杨 军． ２５０ ｍ超高钢筋混凝土烟囱套入式爆 破拆除的数值模拟［Ｊ］．爆破，２０１５，３２（１） １０１-１０５． ［４］ ＣＨＩ Ｌｉ-ｙｕａｎ，ＹＡＮＧ Ｊｕｎ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏ- ｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｏｆ ２５０ ｍ ｈｉｇｈ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｈｉｍ- ｎｅｙ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１５，３２（１） １０１-１０５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］ 林谋金， 薛 冰， 傅建秋． ２１０ ｍ烟囱超高位切口爆破 拆除数值模拟与实践［Ｊ］．爆破，２０１８，３５（３） １０３- １０７，１４６． ［５］ ＬＩＮ Ｍｏｕ-ｊｉｎ，ＸＵＥ Ｂｉｎ，ＦＵ Ｊｉａｎ-ｑｉｕ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕ- ｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ２１０ ｍ ｃｈｉｍ- ｎｅｙ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒ-ｈｉｇｈ ｉｎｃｉｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１８，３５（３） １０３-１０７，１４６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 张广荣， 池恩安， 詹振锵．切口高度对烟囱拆除爆破塌 落振动的模拟研究［Ｊ］．爆破，２０１３，３０（３） １３５-１４１． ［６］ ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ-ｒｏｎｇ，ＣＨＩ Ｅｎ-ａｎ，ＺＨＡＮ Ｚｈｅｎ-ｑｉａｎｇ． Ｒｅ- ｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｃｈｉｍｎｅｙ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１３，３０（３） １３５-１４１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 李 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