裂缝砖烟囱爆破拆除的工程实践与技术探讨

裂缝砖烟囱爆破拆除的工程实践与技术探讨

龚黄俊1江云龙2

龚黄俊1江云龙2

1杭州金通爆破工程有限公司

2浙江省杭州市公安局富阳区分局治安大队

摘要：当前，我国对于烟囱的拆除方式主要有：爆破拆除法、人工拆除法以及机械拆除法。对于较高的烟囱，在安全和环境允许的条件下，一般首选爆破拆除法。但是，对一些有结构缺陷的烟囱，不论是人工拆除、机械拆除还是爆破拆除，至今还没有很好的办法确保其完全按设计要求安全倒塌。

关键词：裂缝砖烟囱爆破拆除；工程实践；技术

引言

本文有效论证了结构裂缝砖烟囱的爆破拆除技术措施，结合某砖厂68m高、底部高度1．0～32．0m内有一明显对称贯穿裂缝的烟囱爆破拆除方案、切口设计、爆破参数的选择及爆破效果，对爆破过程中出现与常规烟囱爆破不一样倒塌形式的原因进行了深入分析，提出了在烟囱存在裂缝部位，每间隔1．0m采用宽2．0m铁皮环向箍住烟囱或环向用竹跳板和铁丝箍住烟囱进行加固，使其形成一个整体的方法和改变烟囱切口位置及选择合适的支撑部位与大小、降低烟囱下坐加速度和下坐过程对铰链的不对称破坏等技术措施。同时对此次爆破技术措施进行了探讨，提出了改善爆破效果的建议，以期为类似工程提供借鉴。

1工程概况

本文以某待拆烟囱为例，其主要是砖混结构，外观呈筒形圆柱体，由水泥砂浆砌成，高68m，顶部外径1．5m，底部外径5．1m，壁厚65ｃm，从烟囱底部高度1．0～32．0m内有一明显对称贯穿裂缝。烟囱位于砖厂的砖堆和砖窑之间，其倒塌方向被限制在一个狭长地带内。

2爆破方案设计

2.1爆破切口形状与烟囱倒塌方向

待拆烟囱在进行爆破过程中很可能出现倒塌应力集中点，为例避免这种情况的发生选用正梯形切口形状，能有效提高支撑部位承载力，延迟下坐开始时间，烟囱起爆后下坐时间越晚，烟囱在水平方向获得的位移和加速度越大，烟囱倾倒方向也就越不容易改变（见图1）。

图1切口形状及倒塌方向

2.2爆破切口参数

1）切口长度L。烟囱爆破拆除时切口长度包括了定向窗的尺寸，较小的定向窗夹角不利于支撑部位过早破坏，却有利于控制烟囱下坐的开始时间，并且下坐时间长，烟囱的下坐和倒塌方向都能得到有效控制。

为有效控制并减缓起爆后烟囱筒壁剩余部分的屈服程度，使烟囱在倾倒前得到有效支撑，根据砖结构烟囱爆破切口对应的圆心角为190°～205°时，会使烟囱支撑部位的受力更容易满足烟囱定向倾倒的条件，初选圆心角为200°，按照下列公式计算爆破切口长度为

式中：L为爆破切口长度，m；Ｄ为爆破切口处的烟囱外部直径，m。实际工程中，取切口长度8．8m，对应的开口圆心角为200．5°。

2）切口高度h。切口高度必须能够使烟囱倒塌后，上、下边切口闭合时重心移到烟囱边缘之外，这样烟囱才能失稳，顺利倒塌，否则出现倒塌偏转。切口高度过高，爆破后倾倒速度过快，倒塌方向很难控制；切口高度过低，爆破时夹制性大，爆破后碎块不易抛出。在烟囱爆破拆除时，切口高度一般为其开口部位壁厚B的1．5～3．0倍，即：

实践证明，较高的爆破切口和合理的定向窗，可防止烟囱在倾倒过程中出现偏转。因此，取爆破切口高度h＝1．2m。

2.3爆破参数

1）炮孔参数。待拆烟囱爆破的自由面是弧形，烟囱外表面向外突出，自由面大，对爆破有利，而内侧表面向里凹，自由面小，夹制作用大，不利于爆破，因而药包中心应该靠近内侧。选取孔径38～42mm；最小抵抗线W＝1/2B＝1/2×0．65＝0．325m；孔深h＝2/3B＝2/3×0．65＝0．44m，取0．45m；孔距a＝（1～2）W＝0．325～0．65m，取0．55m；排距B＝（0．8～1）W，取0．4m；炮孔个数58个。

2）装药参数。炸药单耗q＝1000～1500g/m3；单孔装药量q＝qaBB＝143～214．5g，试爆时单孔取150g，总装药量：约9．0ｋg。

2.4起爆网路与安全防护

本次烟囱爆破拆除孔内采用mS5段非电导爆管延时雷管，孔外采用mS1段非电导爆管延时雷管“一把抓”的起爆网路，用导爆管连接到起爆站，用击发枪或起爆针击发起爆。

为避免爆破飞石对周边建筑物和人员造成损害，对装药位置采取内层2层草帘，外层铁丝网包裹，并用8＃铁丝捆扎固定，防止爆破飞石。

3爆破效果与原因分析

3.1爆破效果

烟囱起爆后倒塌过程如图3所示，起爆3S后烟囱开始逐渐下坐倾斜，在4～6S时烟囱沿原有裂缝不断开裂、扭曲、扩张、变形并逐渐按设计方向倒塌，７S后烟囱的80％倒塌在设计位置，有5％左右出现了后坐，还有10％倒塌在设计范围之外，在烟囱裂缝处开裂的底部仍竖立着，高度约为12．5m，约占烟囱的5％。从现场可以看出，烟囱在爆破倒塌过程中出现了意外，尽管大部分是按照设计方案倒塌，但还有部分倒塌在设计范围外和烟囱的5％没有倒塌，这些没有倒塌部分及倒塌中烟囱的扭曲、裂变等会对周边建（构）筑物的安全构成威胁。因此，对离保护物近且存在较大裂缝或结构缺陷的烟囱，需要引起注意，采取必要的、针对性防护措施以确保不出现异常，杜绝安全事故的发生。

3.2原因分析

1）烟囱本身存在贯穿裂缝和裂缝两边强度不一是主因。起爆后烟囱在下坐过程中由于裂缝存在和烟囱自身强度不同，致使烟囱裂缝不断扩大，并因为烟囱强度的不同逐渐分离，造成裂缝两边在结构上脱离和扭曲，失去整体性。各部分因自重的作用自行塌落，导致烟囱未按照设计方案倒塌和部分耸立着。

2）现场条件限制了烟囱定向倒塌位置。根据现场情况，烟囱只能在平行于裂缝贯穿线方向布置切口，致使爆破后沿裂缝形成切割面，烟囱沿裂缝两边垮落；而裂缝的另一边在前边垮落体的牵引下逐渐下落到一定位置时两者产生分离，各自就在重力作用下按照当时受力状况自行垮塌，失去了定向作用，这是外因。

3）切口高度过高和炸药单耗高等施工因素造成烟囱塌落过快，加剧了烟囱倒塌中的裂变，影响烟囱的倒向。

4）爆破设计前和施工过程中，未深入研判烟囱结构和强度变化，因而没有做出针对性的爆破设计方案，特别是对烟囱存在裂缝的影响认识不够，施工过程中没有采取有效防范措施，导致烟囱分开塌落。

5）在爆破形成缺口后，砖砌体抗压强度和抗剪强度有可能小于其支座压应力和剪应力；烟囱在倾倒以前支座可能已发生破坏，支点位置前移，造成烟囱的倾倒稳定性降低，导致部分烟囱没有按照设计方案倒塌。

4技术措施探讨

1）为防止烟囱爆破时不成整体性倒塌，在了解和研究烟囱裂缝所处位置、大小、形状及贯穿情况，对其作出精准判断后，在烟囱存在裂缝段，每间隔1．0m采用宽2．0m铁皮环向箍住烟囱或环向用竹跳板及铁丝箍住烟囱，使其形成一个整体，便于爆破时按设计方向倒塌。

2）选用合适的切口高度、爆破参数及起爆形式等，使裂缝不利因素转变成有利因素，避免倒塌时烟囱分片塌落。

3）改变切口位置，尽可能使裂缝位于切口中心且垂直于爆破面，减少爆破后烟囱分离风险。

4）对于切口位置未爆破部分烟囱筒体，建议对预留的支撑结构钻凿少量的炮孔而不装药，以使爆破过程中在此成为铰链，让烟囱倒塌时在打孔位置处折断倒塌。

5）根据待拆烟囱自身结构和强度，选择合适的支撑部位与大小，降低烟囱下坐加速度和下坐过程对铰链不对称破坏，这是控制烟囱定向倒塌和不被空中解体的关键因素。

结语

1）在对烟囱进行爆破拆除的过程中，强度和结构不一或其他缺陷问题，除采用常规的爆破切口和定向窗外，还必须针对烟囱结构与缺陷，在局部采用一些特殊切口、对强度较大部位实行轻度破坏或加固强度较低部位等手段，增加烟囱局部支撑强度，使爆破烟囱各处强度大体一致，确保烟囱倒塌过程中顺序连贯，避免局部延缓塌落或分离，影响烟囱的整体塌落和爆堆形态从而引发事故。

2）在烟囱拆除爆破中除校核爆破切口长度、高度、装药量、起爆延迟时间等因素外，也要校核支撑部分强度和烟囱爆破后下落倾斜的加速度等，以防止烟囱在空中解体过快或过慢造成前后脱离，致使其在空中折断或偏向倒塌，影响爆破安全。

3）对有裂缝与爆破切口平行的烟囱爆破拆除，可采用多段延时爆破，使烟囱倒塌的切口逐渐形成与加大，切断爆破部分与未爆破部分形成反冲击力的渠道，降低烟囱垮落过快或空中解体概率。

4）在爆破拆除存在缺陷的烟囱时，应用“安全评价理论”对烟囱拆除过程中的风险进行预判，即以保障安全为目的，按照科学的程序和方法，运用系统工程理论对烟囱爆破拆除中潜在的危险进行事先预判、分析和评价，为制定合理的爆破技术施工方案提供依据，最大化地保障爆破拆除工作安全进行。

参考文献：

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