倒塌场地不足的砖烟囱定向爆破技术探讨——以乐塘砖厂烟囱爆破为例

倒塌场地不足的砖烟囱定向爆破技术探讨——以乐塘砖厂烟囱爆破为例

武贤

广东肇庆广地爆破工程公司广东肇庆526020

摘要：在倾倒空间不足的环境条件下，砖烟囱爆破拆除时采取常规底部单切口定向爆破无法满足安全要求。本文通过采取在砖烟囱底部设置独特的单个爆破切口按一定时差实施两阶段烟囱控制爆破，探讨了爆破切口的布置型式及两阶段爆破的时差，充分利用烟囱下坐使烟囱折断并空中解体，有效缩减烟囱的倒塌长度，保证空间不足环境砖烟囱爆破安全。介绍应用该技术成功爆破拆除一座高60m的砖质烟囱的实例，其成果可供爆破工作者在类似工程设计与施工时参考。

关键词：复杂环境；烟囱；定向爆破；爆破切口；两阶段爆破

中图分类号：TU746.5文献标识码：A

1引言

在进行一些烟囱的爆破拆除时，常会遇到倒塌场地不足的情况。在这种情况下，一般可采取双向或多向折叠定向爆破技术，控制爆破后烟囱的塌散范围[1]。另外也有一些爆破工作者尝试采取分段分两次或多次进行爆破的方法，控制每次爆破的塌散范围，这种方法需要进行搭设脚手架进行高空作业，安全管理难度大，而且需多次爆破耗时较长。还有一种方法是提高烟囱爆破切口高度，上部采取定向爆破，下部采取人工或机械方法拆除[2]。烟囱折叠爆破技术和分次分段爆破技术经过长期的实践，都取得了良好的效果。但以上几种爆破技术均须高空作业，施工难度及安全防护的难度较高，施工作业时间长，爆破成本较高。

对于砖质烟囱，按照前人的研究和实践，一般采取单向倾倒爆破拆除砖质烟囱时，需要有长度为大于烟囱高度1.0～1.2倍的倒塌空间。一般单向倾倒定向爆破烟囱时，应尽量避免烟囱下坐或后坐，以保证烟囱倒塌方向的准确[3,4]。在倒塌空间不足的环境条件下，采取非折叠爆破方式，如何缩减砖烟囱定向爆破塌散范围，提高经济效益，是一个值得深入探讨的课题。

2工程概况

乐塘砖厂烟囱爆破拆除工程位于广东省高要市白土镇乐塘村，烟囱高约60m，为锥筒形结构，筒体材质为水泥砂浆砌烧结砖。该砖厂已停产多年，因工程建设需要，拟实施烟囱爆破拆除。

2.1爆区四周环境

烟囱周围环境较为复杂。烟囱东面距离39m处为一排农民堆放农具的单层砖房，西面距离8m为新建的祠堂单层砖房，南面距离20m为一排2～3层的砖混结构民房，北面距离35m有一条架空高压电线，东北角有一条村内电线。烟囱东北方向有47m的空地可供烟囱倾倒。

2.2烟囱结构

经实地勘测，烟囱总高度H=60m，烟囱底部外直径D=5.0m，底部外周长S=15.7m，底部壁厚δ=0.9m。烟囱顶部外径D’=2.0m，顶部壁厚δ’=0.37m。烟囱材质为水泥砂浆砌烧结砖。烟道口位于烟囱东侧，距地面高2.0m，宽1.50m，高2.0m。出灰口位于烟囱西侧，宽0.6m，高1.0m。烟囱上部和中部筒身可见多道长达5～10m的竖向裂缝，烟囱现状质量较差。

3施工难点分析与爆破关键技术

3.1施工难点分析

根据烟囱的周围环境及其结构特点和现状质量，考虑不采用折叠或分段分次爆破方法的技术要求，主要有以下爆破难点：

（1）本工程最大的难点是倒塌场地不足。烟囱高为60m，倒塌场地长度仅47m。实施爆破时，必须缩减烟囱倒塌范围。为实现这一目的，能否利用砖烟囱容易折断的特点，使爆破时烟囱产生折断解体，减小爆堆倾倒方向的水平堆积范围，成为安全爆破的关键。

（2）烟囱周围环境较复杂。烟囱西面的单层房屋距离仅8m，烟囱南侧民房距离仅20m，必须严格控制爆破塌散范围和爆破飞石、爆破振动等有害效应。

（3）烟囱质量较差，筒身有可见裂缝，施工时必须注意安全，防止烟囱上部构件掉落伤人。

3.2爆破关键技术

依据烟囱所处的周围环境及其结构特点，烟囱老旧质量较差，高为60m，而允许倾倒的场地仅47m，不符合常规布置底部单个切口定向爆破的安全要求。为了便于工程施工和节约爆破施工成本，在确保安全的前提下拟不采用折叠爆破或分段分次爆破方法。因此，本工程爆破的关键技术是保证烟囱倒塌方向的精确和使烟囱倒塌长度得到有效缩减。

拟应用方案是在砖烟囱向一侧倾倒的定向爆破工程中应用在烟囱底部设置的独特的单个爆破切口，按一定时差实施两阶段烟囱控制爆破，充分利用烟囱在倾倒运动过程产生的下坐使烟囱折断并空中解体，有效缩减烟囱的倒塌长度，保证空间不足环境下砖烟囱爆破安全。

（1）要使烟囱倒塌方向精确，爆破切口的形状及烟囱保留部分结构、炮眼数量、装药量、起爆网路等必须沿倒塌中心线严格对称。因为采用二次起爆方案，第一次起爆必须确保烟囱具有定向倾倒的趋势，烟囱支撑断面中的拉断和屈服范围达到断面面积的一半以上[1]。

（2）为使烟囱下坐缩减倒塌长度，二次起爆后必须有足够的竖向力使烟囱下坐、折断，才能达到效果。

主要技术原理是对砖烟囱先爆破出一个较小的切口，使烟囱定向倾倒至5°~10°左右，再对切口进行二次扩大爆破，烟囱产生下坐折断空中解体，从而缩减烟囱总体塌散范围[5]。施工时只须在烟囱底部设置一个爆破切口，施工安全简便。

4爆破技术方案

4.1爆破总体方案

烟囱高60m，属于高耸构筑物，根据爆区四周环境，烟囱的四周均没有达到烟囱高度1.0～1.2倍长度的场地。烟囱东北面有47m的空地，经论证，决定采取缩减倒塌范围的单切口定向爆破方案，爆破倾倒方向为烟囱的东北方向，即图1中的A方向。

4.2爆破切口布置及参数

（1）爆破切口布置

爆破切口布置于+5.0m标高处（以地面标高为±0.00m）。该处烟囱外周长S1=14.92m，壁厚δ1＝0.62m。

爆破切口中心线的确定。在施工现场确定倾倒方向A点后，用全站仪测量法在烟囱筒体上标出爆破切口的中心点B，并画出切口的中心线。

（2）爆破切口型式。设计合适的切口型式极为重要，一方面要保证倒塌方向准确，另一方面要爆破后能缩减塌散范围，二者缺一不可，无论哪一项没达到要求即意味着爆破失败。设计采用以倾倒方向线为中心，左右对称的“凸”字形爆破切口。

（3）切口参数

爆破切口弧长L的确定。此长度如果过大，则保留起临时支承作用的筒壁太短，承受不了烟囱的全部重量，在倾倒之前会压垮，使烟囱容易产生偏转，烟囱倒塌方向发生改变，甚至烟囱下坐而不倒。如果切口长度过小，则保留的筒壁虽然具有足够的强度来支承烟囱的全部重量，但烟囱可能会倒塌不下来，成为危险构筑物，遗留后患。因此，必须根据烟囱的材质及结构等状况，结合周围环境情况选取合适的爆破切口长度。切口长度L按式（1）计算：

L=（0.5～0.75）S（1）

式中S—烟囱爆破切口部位的外周长，m。

计算得L=（0.5～0.75）14.92=7.46～11.19m。设计采用以倾倒方向线为中心，左右对称的“凸”字形爆破切口，把爆破切口分成两部分，分两阶段起爆，选取第一阶段爆破切口弧长L1＝0.5S＝7.46m，第二阶段爆破后切口总弧长L2＝0.8S=11.94m。

爆破切口高度HC的确定。爆破切口高度是保证烟囱定向倒塌的一个重要参数，如果切口高度过小，烟囱在倾倒过程中切口上下缘过早闭合容易出现偏转，使烟囱倾倒偏离预定方向。如果爆破切口过大，又容易出现座塌等不良现象，有可能使烟囱下坐而不倒或者偏离设定方向。一般砖质烟囱爆破切口高度按以下经验公式（2）计算：

HC=（1.2～2.5）δ（2）

式中δ—爆破切口处烟囱壁厚，m。

计算得HC=（1.2～2.5）0.62=0.75～1.55m。设计把爆破切口分成两部分，分两阶段起爆，为了使烟囱第一阶段起爆时倾倒方向准确，取第一阶段爆破高度HC1=2.4m。第二阶段起爆使烟囱产生下坐，爆破高度取HC2=0.8m。

定向窗布置于第一阶段起爆切口两侧，底宽1.33m，高1.09m。爆破切口布置见图2所示。

4.3炮眼参数及装药量计算

（1）炮眼参数的确定。根据以往施工经验，选取炮眼参数如下：炮眼直径d=40mm。炮眼间距a=（1.0～1.5）W=（1.0～1.5）0.31=0.31～0.47m，取a=0.4m。（式中W—爆破抵抗线，m。）炮眼排距b=a=0.40m。炮眼深度l=2/3δ=2/3×0.62=0.41m。

（2）装药量计算。单孔装药量Q按式（3）计算：

Q=qabδ（3）

式中q—炸药单耗，具体数值要根据爆破试验确定。对于厚度为62cm的砖质烟囱，一般取q=0.5～1.0kg/m3。暂取q=1.0kg/m3；a、b、δ—意义同上。计算得Q=1.0×0.4×0.4×0.62=0.099kg，取Q＝100g。

总炮眼数N=104个，总药量为10.40kg。爆破切口及炮眼布置见图2所示。

对烟囱南侧的民房靠烟囱一侧的窗户，悬挂一层竹笆进行防护，防止个别飞石对窗户破坏。

（2）防止烟囱触地后构件前冲破坏。在烟囱东面的民房西侧2.0m处，修筑一道防护土堤，底宽3.0m，顶宽1.0m,高2.0m，长30m。

6爆破效果

2015年11月9日中午12：00时，装药联线及安全防护完毕，警戒完成后实施爆破。起爆后烟囱缓缓向东北侧倾斜，经过约2.0S，烟囱倾斜转动约5°，第二响起爆，可见烟囱明显加速下坐，运行中上部发生数处折断解体，呈多个烟囱块体倾倒下落景象。自起爆至烟囱完全倒塌到地面，历时约7S。经检查：

（1）烟囱主体倒塌长度约45m，烟囱顶部构件落点与东侧电线水平距离约2m。烟囱触地后部分碴块前冲，最远达61m，但个别往民房方向的较小碴块被防护土堤有效拦截。烟囱爆破时产生下坐，往倾倒方向相反方向塌散约4.50m。烟囱未对周围的民房及电线等建（构）筑物造成损坏。

（2）倾倒方向与设计倒塌中心线向东偏移约3°，但未对周围民房造成损坏。估计是切口下部烟道为爆破前5天砌筑封闭，强度比原烟囱壁低，故烟囱向烟道方向即东边稍偏移。另外烟囱产生下坐也会对烟囱倒塌方向造成一定影响。

（3）烟囱西侧的房屋角地面测得最大振速4.65cm/s，南侧民房边测得最大振速2.89cm/s，符合安全要求。

综上，爆破取得圆满成功。

7结论

（1）采取分两阶段进行爆破切口的爆破，第一次爆破出较小的切口使烟囱按预定的方向倾倒。当烟囱倾倒至与地面线成80°~85°夹角时再进行第二阶段爆破扩大切口，使烟囱产生下坐，加速烟囱倾倒运动过程中空中折断解体，从而缩减烟囱塌散范围。实践证明，此爆破技术能够达到较好的效果。

（2）两阶段爆破的时差必须精确控制，根据以往的施工经验，高60m烟囱自起爆到倾斜5°~10°大约需要2.0～3.0S，此时烟囱倾倒方向已基本确定且不会逆转，再进行扩大切口爆破使烟囱下坐以达到缩减塌散范围的目的，但不至于使烟囱倒塌方向发生较大改变。如果时差过短，容易导致烟囱倒塌方向发生改变，酿成事故。如果时差过长，则达不到缩减塌散范围的目的。

高度为60m的烟囱第一次起爆使烟囱倾斜5°~10°，按实践经验，倒塌长度L与二次爆破切口长度LS的关系可用以下经验公式（6）估算，供参考。

L=0.6kH×(S/LS)（6）

式中k－烟囱质量系数，k=1.0~1.2，烟囱质量好时取大值。H－烟囱总高，m。S－爆破切口部位外周长，m。LS－爆破切口总长度，m。S与LS之比值不宜小于1.25。

（3）砖质烟囱采取两阶段切口爆破能够缩减爆破塌散范围，其缩减量大小与爆破切口的长度、高度，时差，以及烟囱的现状质量等密切相关，但目前尚未总结出一条能准确定量计算的公式，有待进一步研究。

参考文献

[1]谢先启.精细爆破[M].武汉：华中科技大学出版社，2010：303-308.

[2]徐冬春，蒋跃飞，等.复杂环境下高切口爆破拆除钢筋混凝土烟囱[J].工程爆破，2013，

[3]王希之，谢兴博，等.210m高烟囱爆破拆除技术[J].工程爆破，2011，17（2）：53－55.

[4]檀纯锦，黄跃，汪浩.电厂发电机组厂房及高150m烟囱定向爆破拆除[J].工程爆破，2011，

[5]陈仲超,武贤,金瑾.利用烟囱下坐减少倒塌长度的爆破实例[J].工程爆破,2007,01:73-75+49.

作者简介

武贤（1982-），男，湖南郴州人，职称：爆破工程技术工程师，研究方向：工程爆破。