广东爆破工程有限公司广州市510700
摘要：介绍了用定向控制爆破拆除一85m高钢筋混凝土烟囱的工程实例。根据工程实际情况，设计了定向窗与爆破相结合开缺口，合理确定爆破参数，对爆破部位及地面布置安全防护。爆破及倒塌效果表明，烟囱倒塌方向符合设计，安全防护措施有效减小了爆破飞石及烟囱触地振动与飞溅等危害，可为类似工程提供参考。
关健词：烟囱拆除;定向爆破;缺口设计;安全防护
随着城市建设的发展，城市控制爆破拆除应用日益广泛。因周边环境往往复杂，对高耸构筑物（如烟囱）的爆破拆除难度更大，要求更为严格。毕卫国，付武，张建平[1-5]等成功实现了高钢筋混凝土烟囱的定向爆破拆除，并提出了有效的安全防护措施。实际工程中，需掌握待拆除烟囱周边环境，烟囱结构等情况，结合实际条件合理设计与施工，以达到预期的工程效果及工程的安全性。
1工程概况
1.1爆区环境
广州市油制气厂位于广州市天河区吉岐路南侧，应厂区改建项目需要，需将厂区内一85m高钢筋混凝土烟囱拆除，考虑到工期与经济性因素，决定对烟囱进行爆破拆除。烟囱北面厂房、设备基本已拆除完毕，现为空地；西面85m处有一钢结构临时厂房，150m处为广州三鑫服饰洗染有限公司厂房；南面120m处为一钢结构临时厂房；东面30m为原生产厂房区（待拆除，无需保护）。烟囱北面及东面500m范围内无需保护建筑物，150m内无地下管线，爆破环境较为良好。
1.2烟囱结构与参数
烟囱为一锥形体，地面以上部分高约85m。烟囱基础采用混凝土灌注桩基础，地面以上筒壁为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级设计为C25，钢筋采用HPB235，HRB335钢。以地面标高为±0.0m，标高±0.0m以上筒身共分8节，相邻节之间设置牛腿，筒身结构及参数见表1。烟囱底（±0.0m）圆形外径为7.04m，内径4.32m；顶（＋85.0m）外径3.20m，内径2.84m。烟囱近地面节壁筒厚36cm隔热层厚8cm，内衬层厚约24cm，壁筒内竖向配筋为Φ20，环向配筋Φ14，为双层钢筋网片结构。地面以上烟囱总重量约为1453t。
烟囱西面底部有一个出灰口，尺寸为0.7m×0.8m，烟囱南面和北面在＋4.2m处各有一个烟道口（底标高＋3.3m），尺寸为1.6m×1.8m。
2.2缺口设计
2.2.1缺口设计原则
缺口的设计直接决定了烟囱是否能成功倒塌与倒塌的方向，一般遵循以下原则：
（1）缺口要关于设计倒塌方向对称，是烟囱能精确定向倒塌的前提。
（2）爆炸缺口形成后，保留部分要能够支撑烟囱上部的总重量，若被自重压垮，则倾倒方向无法控制。
（3）爆炸缺口形成的倾倒力矩必须大于支撑截面的极限抗弯力矩，保证烟囱能够发生初始倾倒。
（4）爆炸缺口倒伏合拢时，烟囱重心要偏出基座支撑面，保证烟囱能够继续倒塌落地。
2.2.2缺口位置与形状
根据本工程烟囱结构情况及施工操作的方便，爆破切口底部选择在与出灰口顶边平齐的位置。该段筒壁外直径7.04m，周长22.10m，壁厚36cm。为了保证缺口的对称和保留部分的稳固，选择定向较为准确、易于控制的梯形缺口。
2.2.3缺口参数
1）缺口弧长
缺口圆心角对烟囱的定向倒塌产生重要影响。考虑到本烟囱为高、重的结构结构特点，缺口圆心角α取210°～240°。本工程取缺口圆心角α=230°，则可计算得缺口弧长L=14.13m（梯形缺口下底边长）。梯形缺口斜段倾角取β=30°。
2）缺口高度
爆破缺口高度，可根据经验公式：
H=（3～5）δ（1）
式中δ为烟囱外壁厚，m；D为烟囱底部外径，m。
经计算得H=1.08～1.8m。根据类似工程实践经验适当增加缺口高度可加大烟囱触地冲量，从而加剧烟囱主体破碎解体。结合工程实际情况，设计取缺口高度H=2.5m，缺口底边与出灰口顶平齐（＋0.8m），顶边与烟道口底边平齐（＋3.3m）。
3）定向窗和中间窗
定向窗可将壁筒保留部分与爆破部分隔开，减小爆破对保留部分的影响，且有利于烟囱平缓、精确倒塌。故在爆破部分两侧各开一个定向窗，即在梯形两下底端，开出三角形对称定向窗口，三角形倾角取30°，底边长取为1.0m。同时，在设计缺口中间部位开一个中间窗，中间窗与烟道口同宽即1.8m，与烟道口连通。定向窗与中间窗内钢筋要切断。
缺口设计如图2～图4所示。
2.3爆破参数
孔径Φ为40mm；孔深l=（0.65～0.7）δ，取0.24m；孔距a=0.25m，排距b=0.25m；炸药单耗取q=4.5kg/m3；单孔装药量Q=qabδ=101g，实取Q=100g，布孔边界的孔可适当增加装药量。
采用矩形布孔方式，布置10排炮孔，共计320个炮孔，总装药量约为35kg。
2.4起爆网路
考虑到单孔装药量及总装药量均较小，设计所有炮孔同时起爆，更有利于爆破缺口瞬间成形。选择导爆管雷管连接网路起爆，采用簇连方式连接，将多个炮孔孔内雷管引出的导爆管反向捆绑在双发连接雷管上，以提高传爆的可靠性，如图5所示。孔内雷管用MS5段，孔外连接雷管用MS1段。
3安全校核
3.1支撑体强度校核
支撑体为钢筋混凝土结构，根据工程资料结构抗压强度=28.4Mpa。爆破后缺口完全形成，支撑体所受压应力：
（2）
式中，M为缺口以上烟囱重量，约为1.4×106kg；g为重力加速度，取9.8N/kg；S为保留支撑体截面面积，为2.728m2。
由上式计算得=5.03Mpa，远小于，故保留部分足够支撑上部压力，不会发生后坐。
3.2爆破振动安全
从图2可见，距待爆烟囱最近的需保护建筑物的是西面与南面厂房，其因爆破引起最大振动速度：
（3）
式中，v为距爆源R处的建筑物的最大振速，cm/s；为修正系数，取0.25；R为观测点与爆源距离，m，本工程取距烟囱85m临时厂房为控制点；Q为炸药量，齐发爆破为总炸药量，微差爆破为最大单响药量，本次设计所有炮孔同时起爆，Q取35kg；K、a为场地系数，可使K取50，a取1.3。
计算得=0.29cm/s，满足爆破安全规程要求。
4安全防护
4.1爆破飞石防护
为避免爆破产生个别飞石引起的不确定性风险，需对对缺口方向飞石严密防护。针对钢筋混凝土烟囱爆破拆除单耗较大的特点(q=4.5kg/m3)，对装药部位部位采用8层密目安全网和2层土工布及单层竹芭刚柔结合方式进行悬挂式覆盖，对烟囱原有的烟道口和预拆除的定向窗也需进行覆盖，可适当减小覆盖层数。覆盖防护如图6所示。
5爆破效果与结论
起爆后2s烟囱开始缓慢倾倒，在约20°后倾倒速度明显加快，整个倒塌过程历时8s，无后坐现象。烟囱倒塌轴线与设计倒塌中心线基本重合。爆破引起振动非常小，无爆破飞石危害，烟囱触地振动较小，落地碎块飞溅现象得以有效控制。本次烟囱的爆破拆除有效、安全。
（1）梯形缺口的设计使得烟囱倒塌过程较平缓，倒塌方向准确。
（2）本次爆破参数选取合理，对爆破部分筒壁有效破碎，最终形成设计缺口轮廓。
（3）采用刚、柔材料相结合方式对爆破部位和开口进行悬挂式覆盖，可有效减少爆破飞石现象。
（4）本次地面缓冲防护布置有效减小了烟囱触地振动，落地碎块飞溅现象得以有效控制。
参考文献：
[1]毕卫国,王超,李媛媛,李文涛,孙明旭.100m高钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除[J].工程爆破,2013,(05):35-37+57.
[2]付武,王永强,蒋金玉,郭福德.120m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除[J].工程爆破,2006,(04):35-37.
[3]张建平,王俊生,胡俊涛.150m钢筋混凝土烟囱爆破拆除[J].工程爆破,2016,(01):82-85.
[4]徐顺香,陈德志,李本伟,张萍,李克菲,周应军.100m高钢筋混凝土烟囱爆破拆除及安全措施[J].爆破,2015,(02):106-108+126.
[5]王缪斯,张义平,池恩安,张修玉.2座钢筋混凝土烟囱定向爆破[J].爆破,2010,(04):88-90.