论烟囱定向拆除爆破的安全技术

第２３卷第１期　爆破　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２ｏｏ６　２００６年３月　ＢＬＡＳＴＩＮＧ　文章编号：１００１—４８７Ｘ（２００６）０１—００６３—０５　论烟囱定向拆除爆破的安全技术　郭学彬　，张继春　（１．西南科技大学环境工程学院，四川绵阳６２１００２；　２．西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１）　摘要：定向爆破是烟囱、水塔等高耸建筑物最常用的拆除爆破方案。从保证烟囱可靠倒塌、定向倾倒、飞　石防护、爆堆控制等方面比较全面地论述了烟囱定向拆除爆破的安全技术。　关键词：定向倾倒；倒向失控；爆破缺口；支承体；飞石　中图分类号：ＴＵ　７４６．５　文献标识码：Ａ　Ｏｎ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｍｎｅｙ　Ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ＧＵＯ　Ｘｕｅ．ｂｉｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉ．ｃｈｕｎ　【１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１００２。Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｕｓｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｎ　ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｃｈｉｍｎｅｙｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｔｏｗｅｒｓ．Ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ａ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌａｐｓｅ－ｆｌｙｒｏｅｋ　ｄｅｆｅｎｃｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｍｕｃｐｉｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｃｈｉｍｎｅｙ　ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ　ｂｙ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ－ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｔａｋｅｎ　ａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌａｐｓｅ；ｌｏｓｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｐｓｅ；ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｇａｐ；ｂｅａｒｉｎｇ　ｐａｒｔ￣ｆｌｙｒｏｃｋ　１引　言　烟囱的特点是重心高，支撑面积小，所以常用定　２保证烟囱可靠倒塌的技术措施　烟囱拆除爆破要求爆破后必须可靠倒塌，否则，　成为高耸的危险建筑，处理困难。如果因无法再补　钻炮孔而采用裸露药包爆破，不但飞石和空气冲击　波严重，而且倒向无法控制，极易造成事故。　向倒塌的拆除爆破方法。然而，实际工程中，由于某　些技术问题处理不当，仍然出现一些烟囱爆后不倒、　倾倒方向偏移、飞石或爆堆超出设计范围等意外事　故¨．２　Ｊ。因此，烟囱定向爆破拆除必须可靠倒塌、准　确定向、并严格控制爆堆范围和飞石距离。为达此　从理论上讲，只需炸出大于１／２烟囱周长的爆　破缺口，烟囱就会在自重力矩作用下定向倒塌，但是　目的，就烟囱定向拆除爆破的上述４个技术方面的　安全问题加以讨论。　实际爆破中却存在爆而不倒的现象。究其原因，关　键在于爆破后没有形成理想的爆破缺口。所谓理想　的爆破缺口是指形成大于１／２周长的空洞，缺口内　没有任何可以起到支撑作用的砖头或混凝土。　收稿日期：２００５—１２—１３．　作者简介：郭学彬（１９４７一），男；绵阳：西南科技大学环境工程学院　教授．　不能形成理想的爆破缺口的主要原因包括：孔　网参数过大，单孔装药量过小，炮孔深度不当或装药　维普资讯 http://www.cqvip.com

爆破　２００６年３月　位置不合理，内衬处理不当，部分炮孑Ｌ拒爆等。因　此，为保证烟囱可靠倒塌，应采取如下技术措施。　外壁同时起爆，爆破后烟囱没倒。从爆破情况看，在　爆破缺１２１范围内的外壁按设计要求全部爆除，没有　１）合理设计爆破缺口尺寸和爆破参数。应根　据烟囱直径、材质和壁厚等条件合理设计爆破缺１２１　长度和高度，以及孔网参数、单孔装药量、炮孔深度　等。若炮孑Ｌ深度不够，使装药靠外，爆破外层而留下　碎砖支撑，但是内衬只在缺１２１中部的一个超深孔处　Ａ　有局部破碎，其余位置完好。内衬起到了支撑作用　（尤其是烟囱未使用过，内衬耐火砖的韧性大，难于　爆破）。后用裸露药包爆破处理内衬，飞石达１００　内层；反之，若炮孑Ｌ太深，使装药靠内，爆破内层而留　下外层，烟囱均不能顺利倾倒。如果药量不够，则只　多ｍ，且倒塌方向偏离设计方向约３５。，砸向稻田。　外处　村连　捌　缺一破一一　３保证烟囱倒向准确的技术措施　产生爆破裂隙而不能成洞，或残留碎块没有完全抛　出缺１２１，仍然能起到支撑作用，影响烟囱倒塌。　２）切实保证施工质量。应做到钻孑Ｌ方向正确　（钻杆指向烟囱轴心并垂直于筒壁表面），深度准确　（误差不超过５％），保证堵塞长度和堵塞质量，应检　验爆破器材质量和爆破网路敷设质量，杜绝拒爆现　象。　３）重视内衬处理工作。烟囱的承重构件是外　壁简体，内衬主要起隔热作用。因此人们容易忽视　内衬的处理工作，或者处理不到位。内衬和外壁之　间一般有５　ｃｍ左右的缝隙，但是在某些部位，内衬　和外壁由砖块砌筑连接在一起（见图１），成为整体　结构，增加了内衬的支撑能力。如果内衬处理不到　位，只爆除外壁，留下内衬，则烟囱不会倒塌。　烟囱定向倾倒拆除爆破的关键，是保证起爆后　烟囱从静止位置开始倾斜到一定角度（常为２０。一　３０。）的时间内，始终沿设计的２个支承点（爆破缺　口的２个端点）作定轴转动。为此，需要采取如下　的技术措施。　１）保证支承部分有效长度。定向控爆是利用　起爆瞬间形成的爆破缺Ｅｌ使烟囱在自重倾覆力矩作　用下失稳，并沿缺１２１两端的支点转动而定向倾倒。　由于惯性作用，在缺１２１形成瞬间，烟囱处于静止状　态，经过约１　ｓ后，才产生明显的偏转。如果支承体　的强度不够，在此期间，烟囱还未沿预定方向形成不　可逆倾斜时，支承部分就被压垮，烟囱整体下沉，支　点位置变化，就会产生倒向失控。　支承体的整体强度由支承部分的有效长度ｚ　和　烟囱材质决定，支承体有效长度是指强度未受影响　的支承部分的水平弧形长度。支承体的有效长度按　下式计算　，　ｆ　＝Ｓ—Ｌ—Ｂ＝Ｓ一（Ｌ　＋２Ｒ）一Ｂ　（１）　式中，ｓ为爆破部位外周长（ｍ）；　为爆破缺１２１长度，　（ｍ）；Ｌ　为布孑Ｌ范围水平长度（ｍ）；Ｒ为爆破缺口两　端炮孑Ｌ爆破的破裂半径（ｍ），与烟囱壁厚和爆破参　数有关。经试验，对于砖质烟囱，一般Ｒ＝０．２～０．５　ｍ；　为位于支承范围的烟道或出灰口等底部结构　的水平宽度（ｍ）。为了能同时满足爆破缺口长度和　支承体长度的要求，常将烟道口或出灰口等封堵，或　将爆破缺１２１设计在底部结构以上１．５—２　ｍ的地方，　此时可取Ｂ＝０；支承体有效长度ｚ　是影响烟囱倒塌　情况的关键因素：当Ｚ　较小时，烟囱定向倾倒过程中　伴随有坐塌现象。若ｆ　过小，起爆后，支承体抗压强　度不够，烟囱过早压垮，容易造成倒向失控。　实际爆破中，首先按下式确定爆破缺１２１长度　＝（　～　）ｓ　（２）　再根据式（１）计算支承体的有效长度，然后按　下式验算支承体的有效长度　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２３卷第１期　郭学彬等论烟囱定向拆除爆破的安全技术　（　一　５）．ｓ　度　。　（３）　高度的０．６～０．８倍，宽度取０．５～０．７　ｍ。　定向窗可由试爆形成。当环境条件十分复杂，　若烟囱的抗剪强度或抗压强度较低，必要时还　倾倒方向要求非常严格时，为了保证定向窗的质量，　必要时可由人工凿成。对于钢筋混凝土支承，应将　定向窗内的钢筋切断。　５）底部结构的处理。若支承体范围内存在烟　道１２１或出灰口等底部结构，既影响支承体的有效长　应按照材质强度进行验算，以确定合理的缺Ｖｌ长　２）合理设计爆破缺１２１高度。爆破缺１２１过高，支　承部分的稳定性较差，且爆破工作量加大；过低，开　１２１过早合拢产生的撞击作用可能使烟囱过早断裂，　造成顶部后坠或下部坐落　Ｊ。一般爆破缺口高度　应大于１．５倍壁厚。　３）合理设计炮孔位置。在倾倒中心线两侧的　炮孔应对称布置，否则，有可能影响烟囱倒塌方向。　例如，某炼锌炉砖质烟囱，高３５　ｍ，壁厚３７　ｃｍ，底部　周长１２．３　ｍ，无内衬，烟囱道１２１在南面。除烟囱北　面有工房外，其余方向场地开阔。设计的倾倒中心　线位于南面，爆破缺口长度８．１　ｍ，孔深２５　ｃｍ，孔距　４０　ｃｍ，排距３５　ｃｒｌｌ，单孔药量７５　ｇ。　由于该烟囱位于斜坡面，倾倒中心线两侧地面　坡度不同，高度不等。为了钻孔方便，根据地形坡面　将炮孔布置（底层孔至坡面距离为０＋５　ｍ，共４层）　成不对称的斜形缺口，如图２所示。爆破后，烟囱向　缺口低的一侧偏离５。，究其原因，是由于爆破缺口　不对称，中心线两侧的支撑点高度不同所致。　图２不对称缺口的布孔情况（单位：ｅｒａ）　４）设置定向窗。爆破缺１２１两端炮孔的破裂半　径Ｒ与烟囱材质和壁厚、爆破参数、起爆方法等诸　多因素有关，无法准确计算。多次试爆发现，即使爆　破方案、布孔参数、装药结构、炸药单耗等条件均相　同，缺１２１两侧的破裂半径和破坏情况也有较大的差　异。缺１２１两端炮孔爆破情况不仅影响支承体的有效　长度，而且影响支承体的对称性，进而影响倾倒方　向。定向窗能有效地隔离爆破作用，使支承体不产　生爆破损伤，从而确保爆破缺１２１的实际长度、位置和　形状与设计值一致，还可减少主爆药量，降低爆破震　动强度。定向窗有三角形和矩形２种基本形式，其　尺寸应通过强度验算确定，一般取高度为爆破缺１２１　度，又可能造成支承体不对称，使烟囱的倒向朝强度　较低的一侧偏移。底部结构的处理方法有２种，一　是爆破前封堵；二是适当提高爆破缺１２１的高度（使　爆破缺Ｖｌ的底排孔高于烟道或出灰Ｖｌ顶部１．５～２　ｍ），避开底部结构的影响。相比之下，后者简单、方　便、可靠。　６）内衬的处理。有的烟囱有内衬，甚至多层。　内衬的处理因具体情况而定。对有内衬的砖质烟囱　的试爆发现，当有一层１２　ｃｍ厚的内衬时，外壁的爆　破作用可能摧毁内衬，如果外壁试爆能摧毁内衬，则　内衬可不作专门处理；当有一层２４　ｃｍ厚的强度较　高的内衬或多层内衬时，外壁的爆破作用往往不能　摧毁内衬。为了保证烟囱定向倾倒，应对内衬进行　处理，处理范围应与外壁爆破缺１２１一致。内衬的处　理方法较多：（１）布置１～２排从外壁一直钻到内衬　一定深度的内衬处理炮孔，进行内、外壁分段装药或　连续装药，同时爆破内外壁；（２）在外壁钻较深的炮　孔，使药包中心靠近内衬一侧并加强装药，利用外壁　爆破的能量摧毁内衬；（３）在定向窗处，由人工撬掉　部分内衬，并由定向窗往内、外壁问的夹缝安放２个　裸露药包，与烟囱同时起爆等。笔者认为，方法（１）　较为可靠。图３表示了采用方法（１）的２种布孔方　法和装药结构图，其中图３（ａ）是西南科技大学旧锅　炉房砖质烟囱定向拆除爆破布孔方法和装药结构示　意图［３］。图３（ｂ）是某炼锌炉的５０　ｍ高砖质烟囱定　向拆除爆破布孔方法和装药结构示意图。施－ｖ￣，－Ｊ要　求保证孔深和内、外壁的堵塞质量。考虑内衬爆破　有外壁防护，在不破坏支承体的条件下可适当加大　药量。内衬不是主要的承重构件，所以只布置１～２　排内衬处理孔即可，其余为爆破外壁的普通炮孔。　４飞石和地面的防护技术　４．１爆破飞石的防护技术　为了使爆破碎块全部抛出缺１２１，烟囱拆除爆破　应采用减弱抛掷爆破，这就难免形成爆破飞石。当　环境较复杂时，需要对爆破缺１２１加强覆盖防护，控制　爆破飞石。　维普资讯 http://www.cqvip.com

爆破　２００６年３月　，ｒ　ｌｌｌ＼　．　Ｊ　ｌ船眄　１　鱼酶锄嫩　擞　缓　＼　Ｖ、　＂ｔｑ　一　１　一ｒ　曼灌薅　　３５　ｌ　：４０　７０．　　ｌ４０Ｉ　●　ｆＨ●　ｌ　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　ｌ，一　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　Ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　Ｏ　ｏ　（ａ）西南科技大学烟囱爆破布孔和装药结构　（ｂ）某炼锌炉烟囱爆破布孔和装药结构　。一只爆破外壁的炮孔　・一爆破内、外壁的双层装药炮孔　ｅ一主要爆破内壁的炮孔　图３处理内衬的炮孔布置和装药结构示意图（单位：ｃｍ）　４．２二次飞石和地面的防护技术　当烟囱较高而允许塌散的场地长度较短时，可　因为高耸的烟囱倒塌着地时的强大撞击力使其　采用折叠式倾倒的方案。　摔碎，碎块获得很大的反弹初速度，形成二次飞石。　适当地增加爆破缺口的长度和高度，使烟囱在　如果地面上有碎石时，烟囱倒塌着地瞬间的强大冲　定向倾倒过程中伴随有向前或向后坐塌，如图３（ｂ）　击波作用于地面碎石，使其获得巨大的动能和初速　所示，可以使爆堆长度有所减小。　度，也会成为二次飞石。烟囱愈高，倒塌方向的地面　爆堆塌散的宽度与烟囱直径、强度和地面硬度　愈硬，二次飞石愈远。烟囱拆除爆破产生的二次飞　等因素有关，在硬质地面上铺垫缓冲层，可以控制个　石可能比爆破飞石严重得多。　别大块的塌散宽度和长度。　为了防止二次飞石的危害和保护地面不受损　烟囱倾倒方向的地形条件也会影响爆堆形状和　坏，应在倒塌方向的地面铺缓冲垫层，其材料可以是　范围。例如，倾倒方向为下坡地形时，前冲作用可能　土、砂、煤灰、草垫等。如地下有管道等设施，必须加　增加爆堆长度；倾倒方向为斜坡地形时，碎块将向低　大防护层的厚度。例如，四川省三台县刘营粮站高　的一侧滚动；倾倒方向为上坡地形时，爆堆长度较　３５　ｎｌ砖质烟囱爆破拆除，倾倒方向的水平场地为硬　质土，爆堆长度３４　ｎｌ，在倒塌方向上的二次飞石达　小，但应防止碎块滚动产生的危害。　４２　ｎｌ，两侧分别达２１　ｎｌ和ｌ９　ｍ；西南科技大学校旧　被保护的对象多种多样，爆破前应对烟囱周围　锅炉房的砖质烟囱定向拆除爆破，烟囱高度同样为　的环境条件认真勘查，特别是对某些容易被忽视的　３５　ｎｌ，倒塌方向为向下倾斜（倾角约８　）的混凝土地　物体应予重视。如笔者爆破某个环境条件很好的烟　坪。由于在倒塌方向上预先铺垫了稻草、树枝等垫　囱时，一个碎块滚到坡下一座看视土堆的坟墓上，引　层。对高出地面Ｉ．２　ｎｌ的消防栓拆除（距烟囱１３．５　起一场不该出现的纠纷。　ｎｌ，至倾倒中心线仅２．２　ｎ１），然后用土袋堆码防护。　２）烟囱后坐的控制技术　爆破后的爆堆长度３１　ｎｌ，全部塌散在缓冲垫层上，　当烟囱距倾倒反方向的保护物较近时，应避免　二次飞石受到有效控制，与烟囱中心相距３２．３　ｎｌ，　烟囱后坐。为了防止烟囱后坐，应取较大的支承体　至爆堆轴线仅４—５　ｎｌ的缝纫机房和面粉加工房的　有效长度，一般为烟囱周长的２／５左右为宜。　门、窗以及房顶的水泥瓦等均未受到二次飞石的损　坏。地面及地下消防栓和消防管道完好无损。　６　结　语　５爆堆范围的安全控制技术　烟囱定向倒塌拆除爆破的技术较成熟、钻爆工　作量小、施工方便、成本低，效率高。只要认真勘查、　１）爆堆的长度和宽度的控制技术　合理设计、精心施工，特别是注意控制好一些关键参　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２３卷第１期　郭学彬等论烟囱定向拆除爆破的安全技术　６７　（上接第６２页）　对于楼房爆破部位外侧面实施悬挂吊草垫或竹　排等挡架防护。　４）遮挡式防护法　２）开挖防震沟法　在倒向一侧的一定范围和距离处挖深　１．５—２　ｍ，宽０．８一Ｉ．０　ｍ的沟槽，以衰减触地地震　波的传递。　对在被爆体装药部位对应的外面一定距离内或　临近的楼房边搭设遮挡排架，上挂安全网或草垫、草　帘防护。　３）堆积缓冲材料层法　在倒向的一定范围和距离处的硬地面上堆积一　定厚度的煤渣或砂，以缓解触地地震波效应的作用。　框架式楼房的控制爆破拆除是爆破部位的装药　起爆后，框架结构在自重作用下，产生偏心受压一位　移一失稳—倒斜一下落—解体一破碎的动力作功过　５）附着或外挡防护法　对临近楼房的玻璃、门、窗口实施附着式外挡防　护，以免破碎石块飞散击碎玻璃。　８．２缓冲减震的防护　对于框架式结构楼房，由于其结构的整体性和　程。因此，设计中，务必根据其强度、外形结构及与　周围建（构）筑物的相互关系，采取合理可靠的设计　方案，同时，务必在施工过程中精细管理，才能实施　安全可靠的爆破拆除。　参考文献　［１］陈华腾．拆除控制爆破技巧［Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术　出版社，１９９５．　自重，在倒塌触地时必然产生触地震动，将使近距离　内的其它建（构）筑物受到该震动效应的危害影响，　因此，必须采取相应的防护措施，常用的方法有：　１）土堤法　在楼房倒塌方向的适当范围和适当的距离处堆　放若干道装砂草袋或设置以土砌筑的小土堤，尤其　是地下有上水、下水、暖气、煤气、输油管道和通讯设　施等管线时，采用此方法更为必要，见图５。　［２］杨人光．建筑物爆破拆除［Ｍ］．北京：中国建筑工业出　版社。１９８５．　［３］秦明武．控制爆破［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９３．　［４］　刘清荣．控制爆破［Ｍ］．武汉：华中工学院出版社，　１９８６．　［５］张云鹏．拆除爆破［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２．　／　　｜ｔ　．｜｜　图５土堤防护法示意图