復(fù)雜環(huán)境厚壁磚混煙囪拆除的精準(zhǔn)定向控制爆破

邢光武，耿 鵬

(1.福建省奕順建設(shè)工程有限公司，福建 泉州 362200；2.福建高能建設(shè)工程有限公司，福州 350003)

1 項(xiàng)目概況

因鐵路工程建設(shè)需要，對(duì)位于福建省大田縣石牌鎮(zhèn)小湖村的舊煙囪實(shí)施拆除，為保證施工作業(yè)安全可控，選擇采用定向爆破拆除的方法。

待拆煙囪東側(cè)66 m有小胡村磚混結(jié)構(gòu)民房；南側(cè)4 m為西東走向河流，33 m處有東西走向的10 kV高壓線及217省道，高壓線離地面高度10 m，距煙囪47 m有小型水電站；西南側(cè)57 m為物流公司辦公室，磚混結(jié)構(gòu)；西側(cè)35 m處有磚混結(jié)構(gòu)民房，40 m外為山體；東北側(cè)20 m有空中通訊光纜，需要在爆破前拆遷，120 m外為山體。總體爆破環(huán)境比較復(fù)雜(見圖1)。

圖1 爆區(qū)周圍環(huán)境Fig.1 Surrounding environment of explosion area

煙囪系磚混結(jié)構(gòu)，高83 m，底部(+5 m以下)外直徑7.5 m，壁厚1.1 m(含0.1 m厚的內(nèi)襯及隔熱層)；尾部直徑3.65 m，壁厚0.45 m，總質(zhì)量約633.9 t。煙囪底部北西側(cè)+3.3 m以下有1個(gè)2.7 m寬、3.3 m高的煙道口，煙道口的東側(cè)邊界位于煙囪正北中心線上；煙囪西側(cè)+14 m以下有1個(gè)寬1.8 m、高3 m的窗口接脫硫設(shè)備(見圖2)。煙囪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，底部平面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 待拆除煙囪Fig.2 Chimney to be demolished

圖3 煙囪底部結(jié)構(gòu)(平面)Fig.3 Structure of chimney bottom(Plane)

2 技術(shù)難點(diǎn)

拆除該煙囪的技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1)磚混結(jié)構(gòu)煙囪高度較低，且重心較低；煙囪壁較厚，有內(nèi)襯。準(zhǔn)確定向傾倒難度較大，設(shè)計(jì)不合理時(shí)容易出現(xiàn)炸而不倒的現(xiàn)象；

2)環(huán)境比較復(fù)雜，傾倒方向控制不好時(shí)，容易出現(xiàn)倒塌方向偏差而釀成事故；

3)因?yàn)闊焽璞诤瘢磦鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，定向窗的預(yù)開鑿難度較大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工效率低；

4)煙囪四周存在高壓線、水電站、大量民房及其他重要設(shè)施，爆破飛散物控制難度較大，稍有疏忽，容易造成事故；

5)需嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)和空氣沖擊波對(duì)民房、水電站等設(shè)施的影響，確保爆破安全。要求對(duì)民房爆破振動(dòng)速度須控制在1 cm/s以內(nèi)，對(duì)水電站爆破振動(dòng)速度須控制0.9 cm/s以內(nèi)。

3 拆除爆破方案

根據(jù)煙囪高度及周圍場(chǎng)地情況，采取定向控制爆破技術(shù)，控制煙囪向具備倒塌空間的正北方向定向傾倒(見圖4)。

圖4 定向窗及爆破部位Fig.4 Ovientation opening and blasting area

1)煙道處理。爆破前將煙囪內(nèi)的積灰和廢渣通過煙道口清理，將煙道內(nèi)的廢渣全部清除。

2)預(yù)拆除處理。將煙囪西側(cè)用于脫硫的附屬結(jié)構(gòu)和北側(cè)廠房，全部采用人工機(jī)械進(jìn)行拆除并清理干凈；對(duì)接脫硫設(shè)備的窗口采用紅磚和水泥砂漿進(jìn)行砌筑；對(duì)北側(cè)通訊光纖進(jìn)行妥善遷移。

3)定向窗爆破開鑿。為了確保煙囪準(zhǔn)確定向傾倒，在爆破前，需要在煙囪倒塌方向?qū)ΨQ布置爆破切口，并在爆破切口底部?jī)蓚?cè)，采用爆破方法開鑿定向窗。

在煙囪爆破切口位置的外壁進(jìn)行布孔、鉆孔，炮孔內(nèi)放入炸藥和雷管后實(shí)施爆破。爆破后煙囪在爆破切口上部自身重量作用下將產(chǎn)生傾倒力矩，使煙囪定向傾倒。

3.1 煙囪定向窗與爆破切口

3.1.1 定向窗爆破

為了保證煙囪定向窗的準(zhǔn)確性，同時(shí)提高施工效率，在切口底部采用控制爆破方式預(yù)先開設(shè)2個(gè)對(duì)稱的定向窗，其面積之和為0.368 m2，定向窗設(shè)計(jì)為三角形(見圖5)并進(jìn)行精準(zhǔn)爆破。對(duì)三角形定向窗ABC進(jìn)行布孔，取AB=80 cm，∠CAB=30°, 保護(hù)層厚度δ取10 cm，三角形A′B′C′為爆破區(qū)域。

圖5 定向窗炮孔布置Fig.5 Layout of blastholes for the ovientation opening

1)鉆孔直徑φ38 mm，鉆孔方向?yàn)閺较蛩椒较颉?/p>

2)在A′B′C′的斜邊A′C′及底面A′B′布置空孔和炮孔，孔距取15 cm。空孔穿透煙囪壁，即空孔的深度等于煙囪壁厚；炮孔的孔深取85 cm。在ABC的斜邊AC及底面AB連續(xù)布置密集空孔，孔距取8～10 cm，孔深穿透煙囪壁。

3)在定向窗的中部布置炮孔，孔距為20 cm，中部布置2～3個(gè)空孔。

4)在A′B′C′的斜邊A′C′及底面A′B′的炮孔，單孔藥量取55 g；三角形定向窗中部的炮孔，單孔裝藥量取110 g。

5)每個(gè)定向窗裝藥量660 g，2個(gè)定向窗總裝藥量為1 320 g。

對(duì)煙囪定向窗進(jìn)行爆破，清渣，剔除保護(hù)層，采用風(fēng)鎬及輕型切割機(jī)進(jìn)行修整，直到定向窗滿足要求。特別應(yīng)保證2個(gè)定向窗的底面水平一致，定向窗底角大小一致。

3.1.2 爆破切口布置

1)切口底部位于煙囪地面+0.5 m處，形狀為近等腰梯形(見圖6a)，梯形底角取30o；切口炸高1.35 m,對(duì)應(yīng)的圓心角α=230°；梯形下底L=7.50 m，上底l=2.90 m。近等腰梯形切口底部開設(shè)2個(gè)定向窗后的剩余部分為爆破部位(見圖6c)。切口爆破部位底邊長(zhǎng)5.90 m,外壁面積6.652 m2,體積5.171 m3。保留部分(支撐部位)的外壁弧長(zhǎng)4.25 m，對(duì)應(yīng)的圓心角約為130°。

為了保證較好的爆破效果，在煙囪外側(cè)自底部+0.5 m處沿筒壁布置徑向水平孔，采用梅花形布孔，炮孔直徑為38 mm，自下而上布置4排炮孔(見圖6b)，孔距a=0.45 m，排距b=0.45 m，孔深L=0.85 m；炮孔個(gè)數(shù)N=46個(gè)。

圖6 爆破切口炮孔布置Fig.6 Layout of blastholes for blasting cutting

上部2排炮孔單孔藥量取0.15 kg，底部2排炮孔單孔藥量取0.2 kg；最大單響藥量5.4 kg；總裝藥量8.25 kg，爆破平均單耗1.6 kg/m3。采用φ32 mm條狀乳化炸藥，連續(xù)裝藥，孔口采用黃泥嚴(yán)密填塞。

3.2 起爆網(wǎng)路

采用非電塑料導(dǎo)爆管雷管，非電起爆方式，采用簇聯(lián)方式連接?？變?nèi)雷管用MS5段，孔外傳爆雷管用MS1段。

4 安全校核

4.1 爆破振動(dòng)

爆破振動(dòng)速度計(jì)算：

(1)

式中：v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；K,α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，K取150，α取1.6；K′為拆除爆破衰減系數(shù)，取0.33；Q為最大一段裝藥量，kg；R為裝藥中心至保護(hù)對(duì)象的距離，m。

將Q=5.4 kg，R=51 m(小水電站)，計(jì)算出最大爆破振動(dòng)速度：v=0.23 cm/s<0.9 cm/s。

將Q=5.4 kg，R=69.75 m(小湖村民房)，計(jì)算出最大爆破振動(dòng)速度：v=0.14 cm/s<1 cm/s。

煙囪爆破振動(dòng)對(duì)周圍建(構(gòu))筑物及其他設(shè)施不會(huì)造成有害影響。

4.2 塌落振動(dòng)

煙囪質(zhì)量M=633.9 t，質(zhì)心高度H=30 m，R=47 m，落地沖擊振動(dòng)速度約為

=1.39 cm/s>0.9 cm/s

(2)

煙囪倒塌引起的落地沖擊振動(dòng)較大，存在振動(dòng)危害，在煙囪倒塌落地范圍且垂直于倒塌中心線的地面上，采用沙包壘砌2道長(zhǎng)10 m，寬2 m，高1.2 m的減振堤，防止落地振動(dòng)對(duì)周邊建構(gòu)筑物造成有害影響。

4.3 技術(shù)措施及爆破效果

為了防止爆破飛石的危害，采用3層竹笆在煙囪外側(cè)全封閉覆蓋爆破部位及定向窗，竹笆外側(cè)上、中、下分別綁扎3圈10#鐵線固定，防護(hù)時(shí)須保護(hù)好爆破網(wǎng)路；在煙囪倒塌方向地面鋪設(shè)雙層密目尼龍防護(hù)網(wǎng)；在倒塌方向兩側(cè)各15 m位置分別采用鋼管搭設(shè)8 m高的防護(hù)排柵，掛雙層密目防護(hù)網(wǎng)。

本次煙囪定向窗爆破使用毫秒非電雷管26發(fā)，切口爆破使用毫秒非電雷管共60發(fā)。起爆后，煙囪沿著正北方向定向倒塌，倒塌長(zhǎng)度約80 m，爆堆高度約1.5 m。爆破切口產(chǎn)生的個(gè)別飛散物最遠(yuǎn)距離約15 m，落地飛濺最遠(yuǎn)距離約20 m。

在南側(cè)47 m及東側(cè)66 m的一層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)彎處測(cè)得爆破振動(dòng)速度最大值為0.21 cm/s，符合規(guī)定[6]要求。

5結(jié)語

1)采用爆破方式預(yù)先開鑿定向窗，比傳統(tǒng)的人工開鑿方式相比，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率。

2)爆破前采用磚和水泥砂漿對(duì)煙道口進(jìn)行砌筑，可以有效減小煙囪下坐和倒塌方向的偏離。

3)爆破前將煙囪內(nèi)的積灰和廢渣通過煙道口清理干凈，既有利于煙囪向設(shè)計(jì)方向倒塌，又有利于降低拆除爆破粉塵。

4)在煙囪倒塌方向地面鋪設(shè)雙層密目尼龍防護(hù)網(wǎng)，同時(shí)在煙囪倒塌方向兩側(cè)一定距離搭設(shè)防護(hù)排柵并掛雙層密目防護(hù)網(wǎng)，對(duì)防止煙囪倒塌落地飛濺危害有較好的防護(hù)效果。

5)在高聳建筑物定向倒塌方向布置沙包減振堤，可以有效減小落地振動(dòng)。