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第35卷 第4期 2018年12月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 4  Dec. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2018. 04. 018 复杂环境下85 m两并立钢筋混凝土 烟囱爆破拆除 涂 胜 1， 周献忠2， 胡方华1 （1.中国葛洲坝集团第一工程有限公司， 宜昌443002；2.葛洲坝京环科技有限公司， 北京100020） 摘 要 为解决两座近距离钢筋混凝土烟囱一次性爆破拆除施工中可能出现的安全隐患， 采用多种技术手 段， 促使两座烟囱定向顺序倒塌。两座烟囱高度为85 m， 采用不同的爆破切口参数， 使2＃烟囱快速倒塌。设 计的爆破切口形状为梯形， 切口部位距地面以上＋0. 5 m标高处。梯形底部用取芯机开两个小角度定向窗， 定向角度设计为30。2＃烟囱爆破切口高度较1＃烟囱的爆破切口高度高，2＃烟囱爆破切口弧长对应圆心角 较1＃烟囱大。采用非电微差导爆管雷管起爆网路，1＃烟囱采用MS10段非电导爆管雷管孔外5次接力延时， 2＃烟囱采用即发雷管连接， 最后采用击发针击发起爆， 使2＃烟囱提前1＃烟囱1900 ms起爆。 关键词 两并立钢筋混凝土烟囱；定向顺序倒塌；拆除爆破；复杂环境 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 －487X（2018）04 －0099 －05 Explosive Demolition for 85 m“Twins”Steel Concrete Chimneys in Complicated Surroundings TU Sheng1，ZHOU Xian-zhong2，HU Fang-hua1 （1. Gezhouba Group First Engineering Co LTD，Yichang 443002，China； 2. Gezhouba Group Jinghuan Technology Co LTD，Beijing 100020，China） Abstract In order to solve the potential danger in the demolition of two close range reinforced concrete chim- neys，a variety of technical means are adopted to realize the directional successively collapse of the two chimneys. The chimneys are 85 m tall. Using different blasting cut parameters，the 2＃ chimney collapsed quickly. The shape of the blasting incision is trapezoid and the incision is ＋0. 5 m above the ground. At the bottom of the trapezium bottom， two small angle directional windows are opened by the core taking machine，and the directional angle is designed to be 30. The height of the 2＃ chimney blasting cut is higher than that of the 1＃ chimney. The arc length of the 2＃ chim- ney blasting cut corresponding center angle is larger than that of the 1＃ chimney. The MS10 non electrical section with 5 times relay delay are applied in 1＃ chimney，and 2＃ is connected by the detonator with 1900 ms ahead of the 1＃ chimney. Key words “Twins”reinforced concrete chimney；directional sequential collapse；demolition blasting；com- plicated surroundings 收稿日期2018 －07 －02 作者简介涂 胜（1973 －） ， 男， 湖北省随州市人， 高级工程师， 主要 从事水利水电工程施工爆破技术研究工作，（E-mail） 568322217＠ qq. com。 1 工程概况 葛洲坝水泥厂（原三三○水泥厂）内有两座高 85 m钢筋混凝土烟囱需要拆除， 两座烟囱相距8 m （ 净空距离） ， 烟囱东北方向33 m位置为山体， 山下 为河道整治项目， 已进行施工。东南方向28 m处和 西方约50 m处各有一栋废弃厂房， 西北方向20 m 处已废弃厂房内有3000万元的设备未转移， 距离公 路约200 m， 厂内居民楼已拆迁， 剩余部分厂房正在 万方数据 拆迁施工。 两座烟囱的底部外径约7 m， 最大周长为22 m， 底部筒身壁厚0. 6 m，其中钢筋混凝土烟筒厚 0. 3 m， 砖内衬0. 24 m， 混凝土烟筒与砖内衬间隙约 0. 06 m。1＃烟囱顶部直径约3 m， 烟囱内部中心部 分有一长7 m高6 m厚0. 37 m的砖结构墙体；2＃烟 囱顶部直径约4. 5 m。两座烟囱平面示意图详见图 1。1＃烟囱底部有两个出灰口， 大小尺寸均为1. 4 m 1. 5 m（宽高） ， 出灰口对称布置。其中一个出 灰口位于爆破切口内， 靠近爆破切口三角形位置； 另 一个出灰口位于爆破切口的背后。2＃烟囱底部有一 个出灰口， 大小尺寸为1. 4 m 1. 5 m（宽高） ， 位 于爆破切口的背后。 图1 爆破烟囱平面示意图（ 单位m） Fig. 1 Schematic diagram of a blasting chimney（unitm） 2 总体爆破方案选择 根据现场勘测， 烟囱拆除选取定向倒塌方式， 为 了保护临近的厂房建筑、 设备及整治的河道， 避免钢 筋混凝土烟囱倒塌在树林中毁坏林木， 并产生难以 清理的爆破废碴（河道侧山体有约10 ～ 15 m的陡 崖） ， 两烟囱定向倾倒方向定为正北方向。虽然两 烟囱相距8 m， 但在倒塌方向上仅有约3 m的距离， 一侧有重要保护对象（2＃烟囱倒塌轴线方向10 m 处废弃厂房内有3000万元的设备未转移） ， 如果不 能严格控制倒塌方向及倒塌顺序， 两烟囱在倒塌过 程中稍有偏斜就有较大的几率在空中相互碰撞， 使 烟囱倒塌方向发生较大的改变， 从而倒向厂房， 毁坏 设备。因此总体方案中，2 ＃烟囱需优先1 ＃烟囱 倒塌。 为确保2＃烟囱优先于1＃烟囱倒塌， 采取以下 措施。 （1）2＃烟囱爆破切口高度较1＃烟囱稍大， 即2＃ 烟囱爆破切口弧长L对应圆心角β较1＃烟囱大。 （2）2＃烟囱优先于1＃烟囱起爆。 3 爆破施工工艺技术 3. 1 施工准备 先对周边环境进行调查， 弄清环境状况。采取 钻孔取芯方式弄清烟囱的结构情况。1＃烟囱内部中 心部分有一长7 m高6 m厚0. 37 m的砖结构墙体， 先人工凿除， 并将废渣清除。将与烟囱相连接的建 筑物、 构筑物切除。1＃、2＃爆破切口外的窗口用砖砌 好， 上部与烟囱紧密结合。采取钻孔取芯方式弄清 烟囱的结构情况， 取芯结果见图2。 图2 两烟囱芯样 Fig. 2 Two chimney core samples 3. 2 爆破切口设计 3. 2. 1 爆破切口部位及形状 一般说烟囱在倾倒过程中， 宜使其切口逐渐闭 合， 常见的切口展开图有矩形、 三角形、 梯形等。对 于高度较小的烟囱切口展开图通常为矩形， 但对于 高烟囱， 如果采用矩形切口， 存在爆前因预留支撑部 位不对称坐塌的危险， 较理想的切口线是使烟囱在 爆破初始阶段倾倒较平稳缓慢， 为此切口线宜为梯 形和长方形［ 1］。根据烟囱的布筋、 烟道及出灰口的 位置等情况， 本工程设计的切口形状为梯形， 切口部 位距地面以上＋0. 5 m标高处［ 2］。梯形底部用取芯 机开两个小角度定向窗， 鉴于实际施工可行性， 定向 角度设计为30。 3. 2. 2 切口弧长 设爆破切口弧长L对应圆心角为β， 余留截面 对应圆心角为α， 爆破形成切口后， 切口内纵筋失稳 而退出工作， 余留截面上作用着由重力压缩产生的 压应力和重力矩对支承面中性轴的弯曲所产生的拉 应力［б压］ 。 根据经验烟囱开口角β取220［ 3-5］。则对应爆 破开口弧度为［ 6-9］ L ＝ R（220／180）π ＝ 3. 5 220／180 3. 14 ＝ 13. 43 m， 取13. 40 m。 余留截面抗压能力校核 余留截面面积为S′ ＝ 0. 389π（R2－ r2）＝ 5. 18 m2 则由于烟囱重量引起的压应力为 001爆 破 2018年12月 万方数据 б压＝ P／ S′ ＝ 2. 74 MPa ≤［б压］ 式中б压为烟囱重量引起的压应力，MPa；P为烟囱 自重，kg；S′为烟囱的余留截面面积； ［б压］为烟囱的 抗压强度， 为20 MPa。 以上说明爆破切口形成时， 烟囱不会产生后座。 考虑到两烟囱为先后顺序倒塌， 因此2＃烟囱爆 破切口弧长L对应圆心角为β取230，1＃烟囱爆破 切口弧长L对应圆心角为β取220。 3. 2. 3 切口高度h的确定 切口高度是烟囱爆破拆除的重要参数， 切口高 度（H） 决定切口范围混凝土被炸离钢筋骨架后竖向 钢筋的稳定性， 也是衡量烟囱倒塌切口上下面闭合 时烟囱重心偏移距离能否大于切口处烟囱外半径的 重要指标， 对于烟囱爆破切口高度的选取目前有以 下三种应用较广的方法。 （1） 通过外半径计算切口高度［ 10］ H1＝（1／6 ～ 1／4）D ＝（1／6 ～ 1／4） 7. 0 ＝ 1. 17 ～ 1. 75 m 式中，D为切口处烟囱外径。 （2） 通过壁厚计算切口高度 切口高度与烟囱的材质和筒壁厚度有关， 设计 要求切口高度h满足［ 11-12］ H2≥（3. 0 ～ 5. 0）δ ＝ 1. 8 ～ 3. 0 m 式中，δ为切口部位烟囱壁厚，60 cm。 （3） 通过力学分析确定切口高度 切口高度的理论计算， 经力学分析， 确保烟囱顺 利倒塌的合理切口高度公式为［ 4-5，13］ h ＝ K（3／8） ［1 ＋（7／4） （бs／ P） S］ （D2／ Zc） 式中P为烟囱重量，kg；бs、S为分别为余留区 钢筋的抗拉破坏强度和截面总面积；D为烟囱切口 标高处的外直径；Zc为烟囱的重心高度， 约为烟囱 高度的40％， 即36 m；K为保险系数， 建议取K ＝ 1. 1 ～1. 5。 计算得h≈2. 0 m。 综合（1）～（3） ， 取爆破切口高度H ＝1. 8 m。 重心偏移距离校核 烟囱在重力矩作用下偏转， 当切口上、 下沿闭合 时， 重心偏移距离计算如下［ 4，5，13］ S ＝ Zctg30 ＝ 36tg27 ＝ 20. 78 m 计算说明烟囱在倾倒闭合时， 其重心离出烟囱 底部半径。 两个烟囱在倒塌方向上净距离只有不到3 m， 2＃烟囱位于1＃烟囱的前方， 因此2＃烟囱需优先于1＃ 烟囱倒塌。在爆破切设计时，2＃烟囱爆破切口高度 较1＃烟囱稍大，2＃烟囱爆破切口高度取2 m，1＃烟囱 爆破切口高度取1. 8 m。 3. 2. 4 定向窗的布置及尺寸 为了确保烟囱能准确按设计方向倒塌， 除正确 选取爆破缺口的形状和参数以外， 还应该保证支撑 区的对称［ 3-5］， 开凿定向窗是保证支撑区对称的主要 技术措施， 根据确定的切口形状， 定向窗为三角形， 三角形底边长为2. 0 m， 高1. 15 m。定位窗在爆破 切口的正中间。 4 爆破参数设计 4. 1 炮孔布置 炮孔布置在爆破切口范围内， 方向朝向烟囱中 心［ 3-5］， 相邻排问炮孔采用距形布置。2＃烟囱爆破切 口布设7排炮孔， 共140孔；1＃烟囱爆破切口布设6 排炮孔， 共120孔。炮孔间隔布置爆破切口及炮孔 布置如图3所示。 图3 爆破切口及炮孔布孔示意图（ 单位cm） Fig. 3 Schematic diagram of blasting cuts and holes（unitcm） 4. 2 切口爆破参数 切口烟囱炮孔深度［ 3-5］L ＝（ 0. 67 －0. 8）δ， 其中 δ为爆破切口处的筒壁厚度，δ ＝300 mm。炮孔孔径 φ ＝42 mm， 炮孔深度L ＝0. 24 m， 孔距a ＝0. 35 m， 排距b ＝0. 36 m， 最小抵抗线取W ＝0. 30， 炸药单耗 q ＝1. 8 kg／ m3。单孔装药量［ 14］ Q ＝ qabδ ＝136 g， 取Q ＝130 g。对于底排孔， 由 于受到夹制作用， 其单孔装药量按Q底＝（1. 15 ～ 1. 30）Q选取［ 15-19］， 取 160 g。最终爆破药量由试炮 确定， 采用集中装药。 101第35卷 第4期 涂 胜， 周献忠， 胡方华 复杂环境下85 m两并立钢筋混凝土烟囱爆破拆除 万方数据 内衬及隔热层采用穿孔爆破法。钻孔时将混凝 土筒壁穿透， 并打入内衬及隔热层中， 保证内衬及隔 热层中孔深不小于其壁厚的2／3。孔位为爆破切口 炮孔中交替选取， 内衬装量取Q ＝ 150 g， 双发雷管 的段位与混凝土筒壁相同。内衬及隔热层爆破穿孔 选取见图4。 图4 穿孔及装药结构图 Fig. 4 Perforation and charge structure diagram 4. 3 装药填塞 装药为连续装药， 采用黄泥堵塞。穿孔至内衬 的炮孔， 分两部分装药。双发导爆管雷管插入150 g 炸药卷送入孔底， 然后填塞粘土， 保持混凝土筒壁内 孔深为0. 24 m时， 再将双发导爆管雷管插入150 g 炸药卷的药包送入孔中。堵塞工作严格按照堵塞制 度执行。装药结构见图4。 4. 4 烟囱内部墙体的预处理 1＃烟囱内部中线部分有一砖结构墙体，墙厚 0. 37 m、 长7 m、 高6 m。拟在高1. 5 m位置钻2排 孔， 孔距0. 4 m， 孔深0. 26 m， 每孔装药0. 1 kg， 共 40孔。 孔内用一段普通导爆管雷管， 直接接到烟囱 外网路， 与烟囱预开定向窗时起爆、 处理； 防止烟囱 主体爆破时对烟囱倒塌造成影响。 5 爆破器材及起爆网路 5. 1 爆破器材 （1） 炸药为φ 32乳化炸药。 （2） 采用非电毫秒塑料导爆管起爆网路， 每孔 每个药包中均采用双发同段雷管。MS1段，MS9 段、MS15段选取非电雷管。 5. 2 起爆网路 两烟囱倒塌时间相距不能太长或太短。间隔时 间太短， 有可能两烟囱在空中相撞， 从而改变倒塌方 向， 导致安全事故的发生。间隔时间太长，2＃烟囱爆 破飞溅物有可能砸坏1＃烟囱的爆破起爆网路。经 论证， 选取2＃烟囱优先1＃烟囱1. 9 s左右起爆。 为了确保安全准爆， 采用非电导爆管起爆系统， 每个炮孔装双发MS15非电雷管。每10 ～ 20发非 电雷管组成一簇用2发非电雷管连接， 形成交叉复 式网路。其中2＃烟囱用MS10段非电导爆管雷管连 接，2＃烟囱采用MS1段非电导爆管雷管连接， 最后 用MS1段非电导爆雷管采用击发针击发起爆。炮 孔内MS15标准导爆管雷管延时时间为880 ms， MS10标准导爆管雷管延时时间为380 ms，MS1标 准导爆管雷管延时时间为0 ms。1＃烟囱较2＃烟囱 延迟1900 ms（1. 9 s）起爆。为避免2＃烟囱爆破飞 溅物砸坏1＃烟囱的爆破网路，1＃烟囱的交叉复式网 路两条主线间距为2 m左右， 用草袋覆盖。爆破网 路如下图5所示。 图5 起爆网路示意图 Fig. 5 Detonating network schematic diagram 6 结语 在相邻多个钢筋混凝土烟囱一次性拆除爆破施 工中， 合理的倒塌顺序及间隔时间是能否成功的重要 因素。本工程通过采取“ 微差延时、 定向顺序倒塌” 爆 破拆除方案， 成功地解决了相邻钢筋混凝土烟囱拆除 倒塌过程中可能出现的相互碰撞问题， 实现了两座烟 囱的安全高效拆除。本工程完满地实现了两烟囱同 时起爆顺序倒塌， 为相邻的多个钢筋混凝土烟囱一次 性进行拆除爆破施工提供了实践经验。 201爆 破 2018年12月 万方数据 参考文献（References） ［1］ 赵 彭， 薛宪彬.复杂环境下58 m砖烟囱定向拆除爆 破［J］.煤矿爆破，2014（2） 36-38. ［1］ ZHAO Peng，XUE Xian-bin. Directional blasting demoli- tion of a 58 m-high brick chimney in complicated sur- roundings［J］. Coal Mine Blasting，2014（2） 36-38.（in Chinese） ［2］ 张文龙， 杨仕教， 郑建礼.复杂环境下55 m砖结构烟 囱定向爆破拆除工程实践［J］.南华大学学报（自然科 学版） ，2015，29（4） 119-123. ［2］ ZHANG Wen-long，YANG Shi-jiao，ZHENG Jian-li. The engineering practice of 55 m brick structured chimney by directional blasting demolirion in complicated environment ［J］. Journal of University of South China（Science and Technology） ，2015 29（4） 119-123.（in Chinese） ［3］ 汪旭光.爆破设计与施工［M］.北京 冶金工业出版 社，2014419-424. ［4］ 谢兴博， 贺五一.拆除控制爆破实用技术［M］.南昌 江西科学技术出版社，2009156-163. ［5］ 张云鹏.拆除爆破［M］.北京 冶金工业出版社，2002. ［6］ 李新翰， 栾龙发， 张智宇， 等. 45 m高砖烟囱控制爆破 拆除［J］.工程爆破，2014，20（4） 23-26. ［6］ LI Xin-han，LUAN Long-fa，ZHANG Zhi-yu，et al. Demolition of 45m brick chimney by controlled blasting technology［J］. Engineering Blasting，2014，20（4） 23-26.（in Chinese） ［7］ 林 哲， 张世平.砖烟囱爆破拆除不同切口形状的数 值模拟［J］.工程爆破，2017，23（4）91-94. ［7］ LIN Ze，ZHANG Shi-ping. Numerical simulation study on the removal of chimney with different blasting notch shape ［J］. Engineering Blasting，2017，23（4）91-94.（in Chinese） ［8］ 李 阳， 蒲传金， 肖定军， 等. 85 m高的烟囱拆除爆破 及其振动测试分析［J］.工程爆破，2017，23（5） 49-55. ［8］ LI Yang，PU Chuan-jin，XIAO Ding-jun，et al. Blasting demolition and vibration measurement analysis of 85m chimney［J］. Engineering Blasting，2017，23（5） 49-55. （in Chinese） ［9］ 周浩仓， 王 泳.爆破法开定向窗的烟囱控制爆破拆 除［J］.采矿技术，2017（1） 74-75，100. ［9］ ZHOU Hao-cang，WANG Yong. Demolition of chimney by controlled blasting with blasting for opening direc- tional window［J］. Mining Technology，2017（1） 74-75， 100.（in Chinese） ［10］ 余兴春， 任少华， 赵端豪， 等. 210 m高钢筋陶泥混凝 土内衬结构烟囱的爆破拆除［J］.工程爆破，2017， 23（3） 73-76. ［10］ YU Xing-chun，REN Shao-hua，ZHAO Duan-hao，et al. Blasting demolition of 210 m high chimney with rein- forced clay concrete lining structure［J］. Engineering Blasting，2017，23（3） 73-76.（in Chinese） ［11］ 唐 海， 梁开水， 张成良.烟囱爆破倾倒折断的力学 浅析［J］.爆破，2003，20（3） 9-11. ［11］ TANG Hai，LIANG Kai-shui，ZHANG Cheng-liang. Me- chanics analysis of fall down process of chimney by blasting demolition［J］. Blasting，2003，20（3） 9-11.（in Chinese） ［12］ 磨季云， 周运奎， 金 沐， 等.厚壁砖结构烟囱爆破拆 除［J］.爆破，2012，29（2） 87-90. ［12］ MO Ji-yun，ZHOU Yun-kui，JIN Mu，et al. Some experi- ence bout thick wall brick chimney blasting demolition ［J］. Blasting，2012，29（2） 87-90.（in Chinese） ［13］ 郭进平， 聂兴信.新编爆破工程实用技术大全［M］. 北京 光明日报出版社，20021238-1264. ［14］ 姚建春， 姚 尧， 寄科祥， 等.城市复杂环境下90 m钢 筋混凝土烟囱的定向爆破拆除［J］.爆破器材，2017， 46（6） 53-58. ［14］ YAO Jian-chun，YAO Yao，JI Ke-xiang，et al. Directional blasting demolition of a 90 m high steel concrete chim- ney in urban complex environment［J］. Explosive Materi- als，2017，46（6） 53-58.（in Chinese） ［15］ 戴建毅， 王艮忠， 周 珉， 等.复杂环境45 m砖烟囱爆 破拆除［J］.工程爆破，2015，21（2） 36-39. ［15］ DAI Jian-yi，WAGN Gen-zhong，ZHOU Min，et al. 45 meters brick chimney blasting demolition in complex en- vironment［J］. Engineering Blasting，2015，21（2） 36- 39.（in Chinese） ［16］ 吴兴荣.复杂环境下某废旧砖混烟囱拆除爆破［J］. 中国矿业，2014，23（9） 149-151. ［16］ WU Xing-rong. Demolition blasting of a brick concrete chimney under complicated condition［J］. China Mining Magazine，2014，23（9） 149-151.（in Chinese） ［17］ 杨明山， 付玉华， 张吉勇， 等.复杂环境下62 m高烟囱的 拆除爆破及安全控制［J］.工程爆破，2017，23（2） 53-57. ［17］ YANG Ming-shan，FU Yu-hua，ZHANG Ji-yong，et al. Demolition blasting and safety control of 62 m high chimney in complex environment［J］. Engineering Blas- ting，2017，23（2） 53-57.（in Chinese） ［18］ 褚怀保， 徐鹏飞， 叶红宇， 等.钢筋混凝土烟囱爆破拆 除倒塌与受力过程研究［J］.振动与冲击，2015， 34（22） 183-186，198. ［18］ CHU Huai-bao，XU Peng-fei，YE Hong-yu，et al. Collapse process and load bearing process of reinforced concrete chimney during blasting demolition［J］. Journal of Vibration and Shock，2015，34（22） 183-186，198.（in Chinese） ［19］ 李 鸿， 陈信鸿， 李 杰. 150 m高钢筋混凝土烟囱定 向爆破拆除［J］.工程爆破，2016，22（3） 40-44. ［19］ LI Hong，CHEN Xin-hong，LI Jie. Blasting demolition of 150 m high reinforced concrete chimney［J］. Engineering Blasting，2016，22（3） 40-44.（in Chinese） 英文编辑 黄 刚 301第35卷 第4期 涂 胜， 周献忠， 胡方华 复杂环境下85 m两并立钢筋混凝土烟囱爆破拆除 万方数据