復(fù)雜環(huán)境下煙囪精細(xì)爆破拆除

楊準(zhǔn),丁齊浩,周如賢

(1.湖南中人爆破工程有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410005,2.湖南省第六工程有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410007)

磚結(jié)構(gòu)煙囪定向傾倒爆破拆除是比較成熟的拆除手段。通常要求在定向倒塌方向上有一個(gè)橫向?qū)挾炔恍∮诒撇课恢睆?.0～4.0倍的倒塌場(chǎng)地。對(duì)于倒塌場(chǎng)地橫向?qū)挾葍H為爆破部位直徑2.3倍的場(chǎng)地條件,如何做到煙囪精準(zhǔn)傾倒爆破拆除,是本文著重介紹的內(nèi)容。本文針對(duì)巴陵石化分公司廠區(qū)內(nèi)一座50 m高磚結(jié)構(gòu)煙囪爆破拆除工程實(shí)例,介紹在十分復(fù)雜環(huán)境下通過多種爆破技術(shù)的運(yùn)用,確保了爆破的效果,可為類似的工程提供借鑒。

1 工程概況

中國(guó)石化集團(tuán)巴陵石化分公司廠區(qū)內(nèi)一座50 m高磚結(jié)構(gòu)煙囪需要通過爆破方式進(jìn)行拆除。根據(jù)周圍環(huán)境條件,可供煙囪傾倒的范圍極小,煙囪傾倒軸線兩側(cè)均有建筑物和管道設(shè)施,煙囪傾倒最大允許偏差只有2.2°,要求煙囪傾倒定向準(zhǔn)確,偏差要控制在1°之內(nèi),才能保證周邊建筑物和設(shè)施的安全。

1.1 煙囪結(jié)構(gòu)

待拆除煙囪為磚結(jié)構(gòu),高度為50 m,煙囪底部外直徑為4.7 m,頂部外直徑2.2 m,煙囪底部壁厚60 c m,耐火磚壁厚0.24 c m,煙囪底部西側(cè)有一煙道口,寬度1 m。煙囪筒體無開裂現(xiàn)象,筒壁5 m以下用10 c m厚度的鋼筋混凝土進(jìn)行了加固,煙囪結(jié)構(gòu)完整良好。

1.2 周圍環(huán)境

待拆除煙囪周圍環(huán)境十分復(fù)雜,煙囪東側(cè)有南北走向的架空蒸汽管道,距離煙囪最近處約3 m;南側(cè)有東西走向的架空蒸汽管道,管道與煙囪傾倒軸線大致平行,距離煙囪底部最近處4 m;北側(cè)為廠區(qū)建筑物,與煙囪傾倒方向大致平行,有辦公室和倉(cāng)庫(kù),距離煙囪最近處5 m;西側(cè)為廠區(qū)道路,道路走向與煙囪傾倒方向相同,煙囪距離廠區(qū)大門85 m,如圖1所示。

圖1 周邊環(huán)境示意

2 工程難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 工程難點(diǎn)

(1)煙囪倒塌范圍受限,傾倒精度要求高。煙囪傾倒軸線兩側(cè)分別為與之平行的架空管道和建筑物,管道與建筑物最寬處為14 m,最小距離僅有11 m,可供煙囪傾倒的范圍非常小,允許煙囪傾倒偏差最大角度為2.2°,因此要求煙囪傾倒定向極為精準(zhǔn),在留有一定安全富余量的要求下,煙囪傾倒偏差要控制在1°之內(nèi),也就是煙囪頂部落地位置不能偏離傾倒軸線超過0.9 m。這對(duì)爆破設(shè)計(jì)和施工提出了極高的要求。

(2)煙囪后側(cè)保護(hù)目標(biāo)近,要嚴(yán)格控制后座。煙囪傾倒方向后側(cè)3 m處為蒸汽管道和建筑物,需要重點(diǎn)保護(hù),因此要有相應(yīng)的措施防止煙囪爆破時(shí)產(chǎn)生后座而影響管道的安全。

(3)周邊保護(hù)目標(biāo)近,爆破有害效應(yīng)控制難度大。煙囪底部除傾倒方向外,3個(gè)方向都有建筑物或設(shè)施需要保護(hù),其中2個(gè)方向有運(yùn)行的架空蒸汽管道,管道距煙囪僅3～4 m,另一個(gè)方向?yàn)橐蛔鶅蓪拥霓k公樓,距煙囪底部5 m,由于周邊需保護(hù)的建(構(gòu))筑物較多,因此需要通過嚴(yán)格的防護(hù)措施來減小爆破振動(dòng)和飛石的有害效應(yīng)。

2.2 提高煙囪傾倒精度的措施

(1)精細(xì)設(shè)計(jì)。磚結(jié)構(gòu)煙囪爆破切口對(duì)應(yīng)的圓心角通常在185°～210°范圍內(nèi),從原理上分析,圓心角取值越小,煙囪傾倒的精度越高。根據(jù)閆統(tǒng)釗等[1]對(duì)55 m磚結(jié)構(gòu)煙囪小角度切口爆破拆除采用185°圓心角的實(shí)踐結(jié)果,本次設(shè)計(jì)爆破切口對(duì)應(yīng)的圓心角為187.2°,切口長(zhǎng)度為煙囪外徑周長(zhǎng)的52%。最大限度地保證煙囪的傾倒精度。

(2)精準(zhǔn)測(cè)量。使用全站儀對(duì)煙囪爆破設(shè)計(jì)上幾個(gè)關(guān)鍵部位精準(zhǔn)測(cè)量。主要測(cè)量部位包括煙囪傾倒軸線、定向窗頂角的高度等,測(cè)量誤差控制在毫米級(jí)。通過皮尺反復(fù)核對(duì)切口長(zhǎng)度及后支撐體的長(zhǎng)度,確保定向窗頂角位置的準(zhǔn)確。

(3)精心施工。如何把精細(xì)設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果落實(shí)到工程中,必須通過精心施工來實(shí)現(xiàn)。施工中主要是控制定向窗的頂角位置,通過使用小型工具,精心施工,確保位置精度控制在厘米級(jí)。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 倒塌方向確定

由于現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境條件限制,可供傾倒的范圍較小,只有約2°的倒塌范圍,根據(jù)周圍環(huán)境條件,較為理想的倒塌方向?yàn)槲髌?6°方向。偏差要控制在1°之內(nèi)。

3.2 爆破切口設(shè)計(jì)

煙囪爆破切口位置在煙囪標(biāo)高＋0.5～＋2.25 m處。為獲得理想的定向效果,切口形狀選擇正梯形。為確保倒塌方向的準(zhǔn)確性,在切口兩邊開設(shè)定向窗,定向窗傾倒角度30°,在切口中部利用煙囪原有洞口開設(shè)一個(gè)寬1 m、高1.75 m的減荷槽,如圖2所示。

圖2 爆破切口展開(單位:cm)

爆破切口過長(zhǎng),會(huì)影響煙囪傾倒的精度,因此在滿足煙囪結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的條件下,盡量減小切口長(zhǎng)度。在確保煙囪爆破切口滿足傾覆要求的前提下,取爆破切口所對(duì)應(yīng)的圓心角為187.2°(爆破切口部位為周長(zhǎng)的52%)較為合理,通過計(jì)算得到煙囪筒壁爆破切口的下口寬為7.68 m,切口的上口寬為2.44 m,切口高度設(shè)計(jì)為1.75 m。

為確保煙囪傾倒,減小煙囪筒體支撐區(qū)后側(cè)的抗拉強(qiáng)度,在預(yù)處理時(shí)除保留定向窗兩個(gè)頂角向后20 c m之內(nèi)的混凝土,其他支撐區(qū)的外部加強(qiáng)混凝土全部切開。爆破前將煙囪內(nèi)襯全部用人工拆除,爆破切口范圍內(nèi)筒體外部混凝土全部用機(jī)械清理干凈。

3.3 炮孔參數(shù)的選取

爆破切口部位按橫向平行布置5排炮孔,孔徑38 mm,各排間的炮孔交錯(cuò)配置,裝藥使用Φ32 mm乳化炸藥。起爆雷管使用導(dǎo)爆管雷管。每孔一個(gè)藥包并安裝一發(fā)起爆雷管。根據(jù)常用公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),經(jīng)計(jì)算所得的爆破參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)

3.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

起爆網(wǎng)路為非電導(dǎo)爆管網(wǎng)路,使用MS2導(dǎo)爆管雷管,采用孔外傳爆方式,分兩個(gè)段別起爆。

4 安全防護(hù)措施

為減小爆破振動(dòng)和爆破飛石對(duì)周邊建筑和設(shè)施的影響,采取了如下安全措施。

(1)控制單響藥量,最大單響藥量為2.4 kg,安全校核計(jì)算得出:距離煙囪最近5 m處的辦公樓的爆破振動(dòng)值小于2.5 c m/s的安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在煙囪爆破切口部位用2層棉被、一層鋼絲網(wǎng)、5層密目安全網(wǎng)進(jìn)行包裹,爆破飛石可控制在20 m范圍之內(nèi)。

(3)對(duì)近距離的辦公樓門窗和管道設(shè)施采取主動(dòng)式防護(hù),搭建排架,使用竹夾板、密目安全網(wǎng)等防護(hù)材料進(jìn)行遮擋或覆蓋防護(hù)。

(4)用沙袋在煙囪傾倒范圍內(nèi)設(shè)置三道緩沖帶,減小煙囪落地時(shí)的振動(dòng)。

5 爆破效果與體會(huì)

煙囪起爆后短暫處于靜止?fàn)顟B(tài),約0.5 s后開始向設(shè)計(jì)傾倒方向緩慢傾倒,傾倒至大約50°時(shí),煙囪43 m處斷裂,9 s時(shí)煙囪全部落地。倒塌位置與設(shè)計(jì)的軸線完全重合。倒塌最大距離為46 m左右。本次煙囪定向爆破傾倒過程中,沒有產(chǎn)生下坐,定向窗頂角位置筒壁抗壓強(qiáng)度很高,沒有產(chǎn)生明顯壓縮變形,煙囪筒壁后側(cè)在預(yù)切割縫位置拉斷,并整體向前翻轉(zhuǎn),傾倒方向和倒塌距離都得到了很好的控制。爆破飛石控制在安全距離內(nèi),沒有對(duì)周邊的建筑和設(shè)施造成有害影響。起爆瞬間的煙囪倒塌和完全倒塌后的情形如圖3和圖4所示。

圖3 50 m高煙囪起爆瞬間照片

圖4 50 m高煙囪倒塌后照片

本次爆破有以下幾點(diǎn)體會(huì)。

(1)煙囪傾倒定向精準(zhǔn)。本次煙囪傾倒落地后的位置與預(yù)定的傾倒軸線完全重合。總結(jié)經(jīng)驗(yàn),主要是精細(xì)和精心施工,設(shè)計(jì)上對(duì)爆破切口圓心角采取187.2°的極限值設(shè)計(jì),最大限度地保證了傾倒的準(zhǔn)確性。在定向窗等部位的施工上嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案,盡最大能力減小施工誤差。

(2)控制后座效果明顯。煙囪傾倒方向后側(cè)3 m處有管道和建筑物,不允許煙囪產(chǎn)生較大的后座,因此,在設(shè)計(jì)施工中,采取小切口,增大支撐區(qū)面積,保留定向窗頂角后端20 c m的混凝土加固層,增加轉(zhuǎn)角位置的抗壓強(qiáng)度,其他支撐體部分的混凝土切斷,減小煙囪傾覆時(shí)的拉力。煙囪傾倒后檢查,轉(zhuǎn)角處的筒體沒有明顯的壓垮現(xiàn)象,整體從預(yù)切割縫處與支撐區(qū)斷開,向傾倒方向翻轉(zhuǎn)。后部保護(hù)目標(biāo)完好無損。

(3)有害效應(yīng)得到控制。由于本次煙囪爆破拆除工程周邊需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物距離很近,因此,如何降低爆破過程中產(chǎn)生的爆破震動(dòng)就成為了安全防護(hù)的重點(diǎn)。通過多段起爆、防護(hù)工程措施的落實(shí),爆破所產(chǎn)生的振動(dòng)和飛石都得到了很好的控制。煙囪北側(cè)倉(cāng)庫(kù)(測(cè)振點(diǎn)距煙囪底部30 m,距煙囪傾倒軸線6 m)的測(cè)振結(jié)果為0.97 c m/s,煙囪北側(cè)辦公室(測(cè)振點(diǎn)距煙囪最近距離5.5 m)的測(cè)振結(jié)果為1.70 c m/s,均小于設(shè)計(jì)方案中的預(yù)估結(jié)果。爆破飛石未對(duì)周邊的建筑物和設(shè)施造成任何損害。