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摘要：在有限倒塌空间内进行烟囱爆破拆除是一个较大的工程，需要综合考虑很多因素才能制定方案。本文通过对爆破拆除工程的方案设计，对其爆破、拆除与安全管理的具体细节进行了详尽地分析，为安全生产提供了方案。
关键词：有限倒塌空间；烟囱；爆破拆除
1 有限倒塌空间烟囱爆破工程概况
厂区位于新疆阜康市甘河子镇的城镇中心，距离阜康市中心约35km，北距G216吐乌大高速甘河子入口3.5km，南紧邻S303省道。厂区占地超过50万平米，目前正常生产运营，职工一千余人。按昌吉州环保局、经信委的相关管理规定，阜康市环保局要求对该厂区已经停用的三座烟囱进行拆除，本方案针对1号60米烟囱。
2 爆破拆除工程分析
2.1 方案设计原则
根据该烟囱的结构特点、周围环境和业主要求，本方案必须做到以下几点：（1）爆破切口必须按设计精确定位，能够使烟囱按预定方向倒塌。（2）烟囱必须准确倒塌在指定的位置上。（3）爆破时产生的爆破飞石和倒塌后产生的二次飞石必须在预定的警戒范围内，不得对周边产生影响。（4）爆破产生的爆破振动和倒塌时产生的塌落振动必须控制在允许范围。（5）必须满足工期要求。设计依据主要有：现场勘查的有关数据资料；公司拆除爆破设计内部资料；市公安局以及业主对爆破作业的有关要求。
2.2 定向爆破总体方案
从周围环境分析，1#烟囱向北偏西方向倒塌，爆破结束后用液压破碎锤对倒塌烟囱进行破碎、清运。公司已有多座高烟囱、立井、水塔类结构物爆破拆除技术和成功的经验，公司在阜康地区已成功拆除6座烟囱，分别为150米一座、120米一座、100米一座、60米三座，可以保证本座60m烟囱爆破成功。因本工程的周边环境非常复杂，爆破条件差，向正北方向倒塌将会对正北处的二层框架建筑不可避免的产生一定损坏，经与天龙矿业公司及环保局沟通，对该建筑进行部分预拆除。
2.3 预处理和试爆
为了消除烟囱倒塌时对周围建（构）筑物的拉扯破坏，以及对有效地控制烟囱定向倒塌方向，需要对烟囱附属结构和爆破切口采取人工和机械相结合的方法进行预处理。
2.3.1 厂房、设备、架空管道和角钢楼梯预拆除和清理
烟囱的正东为紧挨着的厂房和设备，爆破前需对该厂房的设备及物件进行清理和转移，然后进行一定的机械拆除，使其与烟囱接触脱离。烟囱的正北、正南、正西边均有钢构件的楼梯、管架、角钢支撑等，需要进行热切割处理。其他影响爆破效果和爆破施工的设备、物资、杂物和厂房等均需要预拆除和清理。
2.3.2定向窗的开凿
为了有效的控制倒塌方向，对烟囱壁进行定向窗开凿，由于地形条件复杂，只能进行人工开凿处理。每座烟囱开两处定向窗，定向窗为正方形，边长1米。
2.3.3试爆
通过判断爆破效果，为精确计算炸药消耗量提供可靠的依据，预先选择爆破区域内少量炮孔进行试爆。本次试爆区为需要开凿的定向窗范围内。
2.4 爆破切口设计
2.4.1切口圆心角大小
烟囱爆破拆除设计一般是将倒塌一侧的底部筒壁周长的1/2-2/3进行爆破，余下的部分作为支撑，在重力弯矩作用下烟囱本体将失稳向爆破一侧倾倒塌落。根据过去烟囱爆破经验，本烟囱切口圆心角选210°。现对爆破切口的大小进行分析计算，校核爆破后支承部分的强度，防止烟囱下座造成方向偏离。支承部分的强度计算公式：σ=P/S。这里，烟囱体积V=350m3，砖结构容重2.0t/m3，砖结构抗压强度σ=150kg/cm2。计算要求的极限承载面积为4667cm2，设计取保留段承载面积安全系数为3，烟囱壁厚为δ=100cm，计算要求保留段作为支撑部分的圆周弧长为
L=3S/δ=140cm。其所对应的圆心角为27°。
2.4.2爆破切口长度Lp
切口长度的大小决定切口形成以及烟囱能否实现偏心失稳，如果切口过大可能导致余留部分没有足够的支撑力而使烟囱倒塌方向失去控制，甚至出现反向倒塌，反之可能出现倾而不倒的情况。切口对应的圆心角α为210°。烟囱切口下沿为底座混凝土上沿，距地高0.5m，烟囱外直径为6.0m，周长16.3m，切口下沿长度Lp=18.84×210/360=11.0m。切口上沿长度取6m。
2.4.3爆破切口高度HP
爆破部位（爆破缺口）的高度的确定与烟囱的材质和筒壁的厚度有关。烟囱拆除爆破要求爆破部位的筒壁瞬间要离开原来的位置，使烟囱失稳。因此设计要求爆破部位的高度h≥（2.0~5.0）δ。式中δ—爆破缺口部位的烟囱的壁厚，1.0m。h≥2.0~5.0m。本工程爆破切口高度取为h=3.0m。
2.4.4爆破切口参数
烟囱的爆破切口下沿选在距地面0.5m处，方便地面施工。（1）最小抵抗线W：取切口处烟囱壁厚的一半，即W=δ/2=50cm。（2）（炮）孔间距a：a=50cm。（3）孔排距b：b=a=50cm。（4）孔深L=δ2/3=67cm。（5）单孔药量Q1：Q1=2500*0.5*0.5*1.00=625g
式中：Q1—单个装药量，g；q —单位体积耗药量，kg/m3，由于炮孔深度较浅，能量利用率低，本工程取2.5 kg/m3。δ—筒壁壁厚，m；a、b—药孔的孔距及排距，m，采用正方形布孔。
2.4.5装药量及详细爆破设计参数
本工程中采用孔径40mm的炮孔，直径32mm的乳化炸药。烟囱爆破孔70个，炸药量为70*625g=43.75kg，导爆管雷管个数为150发，导爆管500m。
2.5 装药和填塞
根据烟囱特点，本设计选择采用连续的装药方式。先放入带起爆雷管炸药包，起爆雷管放在中部药包内，使用含水量适宜、粘度合适的泥土作为填塞材料，用炮棍将炮土挤实，保证填塞的质量。合理的填塞长度应能阻止爆炸气体过早地冲出孔外，使砖结构破碎更加充分。具体可以视爆破物体性质和炸药的性质而定。当填塞长度大于或等于抵抗线大小时，可严格控制飞石。所以，根据具体砖结构性质和周围环境，进行合理填塞长度选择。在城市拆除爆破中，常采用的起爆器材有两种：①电起爆器材；②塑料导爆管起爆器材。本次爆破每孔装一发雷管，每10发构成一簇，用2发传爆雷管连接到四通网路上，再用起爆器起爆四通闭合网路。
2.6 爆破安全问题
根据以往爆破经验，经过竹排栅防护后的爆破飞石可以控制在50m范围内，因此，爆破飞石的危害不大。但是对于高耸的烟囱，烟囱顶部触地引起的飞石飞溅距离往往很大，有的甚至超过100m，因此，距离烟囱顶部触地较近的材料楼，在爆破前做好玻璃门窗的防护，若因个别飞石造成玻璃破损，再进行修复。由于烟囱爆破用药量较少，地势平坦，空气冲击波的危害较小，可忽略其影响。为防止爆破振动、塌落震动、飞石、冲击波毁物伤人从技术方面可以采取以下措施：孔口用炮泥填严密，防止飞石从孔口窜出。采取有效防护措施，在爆破区域外围搭设密竹排栅或脚手架。所有人员撤至警戒范围以外。
2.7 爆破材料的管理
实施爆破或网络试验时，提前将当次爆破器材用量报当地公安部门审批、办理购买手续，在持证押运员护送下由当地民爆物品专营公司专车送至指定地点，行车路线由公安部门指定，运输车辆必须持有当地公安机关批准的火工品运输证，严格按照《爆破安全规程2014》和当地公安部门的规定进行操作，确保安全。由材料供应部派出爆破工程师接收并清点数量，然后放置在特制的保险柜内，按照施工顺序及项目签发的领用清单领取用量。若有剩余，当天退回民爆公司仓库。爆破工作严格按《爆破规程》执行，杜绝流失一发雷管、一两炸药。
2.8 安全警戒
起爆网路的敷设，必须由有经验的爆破人员担任，按照设计进行敷设，检查组不得少于2人。按照设计以及爆破安全规程规定，起爆站应设置在安全警戒区以外，并不少于200米。安全工作是很重要的一环工作，尤其装炸药的当天直到爆破完毕，是确保爆破成功的重要环节。具体程序为：装好炸药连好线和安全防护后，引出的导爆管要专人看守；爆破前警戒区要清场，在入口有人把守，严禁无关人员入内；爆破前派人到岗位上进行警戒，爆破时暂时切断周围交通。警戒范围以爆源为中心向外半径300m。
2.9 工程管理
对于一个具体的工程而言，工程实施的质量始终是放在第一位的，烟囱爆破拆除工程完成的好坏主要取决于相关的工作人员，工作人员对待此项工程的责任心，工作人员技术的熟练程度都会影响工程的完成情况；对于此类质量要求非常高的工程，相关的工作人员要有相关的技术证明。
3总结
通过分析，可知砖烟囱在倒塌过程中的一些特有的变化过程，从而在设计中对某些细节问题加以重视，对具体工程具有一定的实际指导意义和帮助作用，同时对拆除爆破科学研究的发展也有一定的推动作用。
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论文作者:孙伦奎,张万忠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：烟囱论文; 切口论文; 飞石论文; 工程论文; 雷管论文; 炸药论文; 圆心角论文; 《基层建设》2017年第7期论文;