复杂环境下100 m烟囱高位切口定向爆破拆除

2017-10-23郑文富陈少辉张文龙

采矿技术 2017年5期

关键词：内衬烟囱标高

郑文富，陈少辉，张文龙

(广东中人爆破工程有限公司，广东广州 510640)

复杂环境下100 m烟囱高位切口定向爆破拆除

郑文富，陈少辉，张文龙

(广东中人爆破工程有限公司，广东广州 510640)

介绍了在复杂环境下，一座100 m高钢筋混凝土结构烟囱高位切口定向爆破拆除的具体工程实例，通过分析，选择了合理的爆破方案，并确定烟囱切口高度、倒塌方向、起爆网络等，同时采取有效的防护措施，取得了良好的爆破效果。

烟囱；拆除爆破；高位切口

0 引言

广东省广州市某碱业公司厂内，有一座烟囱因建设需要进行爆破拆除。拆除烟囱为100 m高的钢筋混凝土结构，标高±0至20 m处混凝土壁厚为0.45 m，0.14 m厚的#150陶粒砼内衬，混凝土壁与陶粒砼内衬中间还留有0.05 m厚的封闭空气隔热层。

该烟囱周围构建筑物密集，烟囱东侧45 m是蒸汽管道及厂区道路；南侧9 m处是渣池吊及渣池；西南侧65 m处有两层沙场宿舍楼，100 m外是两层的楼房；西侧29 m处是围墙及二条废污水钢管，130 m处为空置厂房；西北侧120 m处有空置厂房及二层职工宿舍；北侧105 m及东北侧80 m处为两间约7 m宽厂区内部二层配电房，环境比较复杂，四面呈夹制状，可供烟囱倒塌的最大长度为正北方向，长105 m，最大宽度为67 m。烟囱周围环境如图1所示。

图1 烟囱周围环境平面图

1 技术难点

由于烟囱在厂区内，周边环境较为复杂，实施爆破拆除主要有以下几个难点。

(1) 控制倒塌方向。由于拆除烟囱周边环境比较复杂，倒塌空间狭小，烟囱高度与倒塌距离相当，必须精准控制烟囱倒塌方向以及倒塌距离，控制烟囱倒塌对周边预留构建筑物造成的破坏。

(2) 控制飞石距离。拆除烟囱时，爆破瞬间以及烟囱倒塌触地都会产生大量飞石，容易使周围建筑物、设备及人员造成损坏及伤害[1]。

(3) 控制爆破振动强度。在爆破拆除构建筑物中，构建筑物倒塌触地会产生塌落振动，容易对周围构建筑物、设备造成损伤及损坏。

2 爆破方案

烟囱底部+2.0 m处筒身东、西侧壁位置各设有一个宽2 m、高5 m的烟道口。由于烟囱等细杆式高耸建筑物的自稳定差，周边环境比较复杂，根据大量的工程实际及相关烟囱爆破拆除理论文献[2]，烟囱倒塌方向长度不小于烟囱其高度的1.2倍，宽度不小于烟囱底部直径的2.5倍[3]，即标高100 m、底部外直径为8.5 m的烟囱倒塌需要120 m长度及21.25 m宽度的倒塌空间，超过周边环境可供倒塌场的最大长度105 m。

因此烟囱不能采用从烟囱底部定向爆破的方法，须采用提高缺口的高位切口定向爆破拆除方法，以确保100 m烟囱倒塌在正北侧105 m长度的有限场地内。

3 爆破预定倒向及切口参数

爆破拆除倒塌方向确定为正北方向。把切口标高提高到+15 m标高处，+15 m标高以上的烟囱倒塌最大倒塌距离核算为102 m，符合爆破周边环境要求。爆破切口参数如下：

(1) 切口处结构及参数。切口标高+15 m处，烟囱壁厚0.45 m，外直径7.14 m，外周长22.42 m；内直径6.24 m，内周长19.59 m；标高16.8处烟囱壁厚0.45 m，外直径7.08 m，外周长22.23 m；内直径6.18 m，内周长19.41 m；内衬为0.14 m的#150陶粒砼，混凝土与陶粒砼内衬中间还留有0.05 m厚的封闭空气隔热层。

(2) 切口形状。采用正梯形爆破切口。如图2所示。

图2 爆破切口

(3) 切口高度。切口高度与烟囱壁厚和材质有关，通常为3～5倍的壁厚[3]，取1.8 m。

(4) 切口尺寸。切口对应圆心角取α=220°，则梯形下底长L=13.70 m；定向窗底边三角形长度取2.88 m，底角角度为32°。梯形上底长S=7.94 m。

4 中间窗与预处理

在烟囱倒塌中心线处开设1.5 m×1.8 m的中间窗。将烟囱外壁分为两段长度为3.22 m的爆破部分，进行钻眼爆破。保留部分(支撑部位)长为8.7 m，对应的圆心角约为140°。

采用取芯机开切口，并从已开设的定向窗的两侧将切口范围的内衬拆除一部分。

5 爆破参数与起爆网络

炮孔直径：Ф40 mm；炮孔深度：L=0.27 m；孔距：a=0.3 m；排距b=0.3 m；炮孔数量：m=168个；炸药单耗：2.5 kg/m3；单孔装药量0.1 kg；总药量ΣQ=16.8 kg。

采用药卷直径Φ32 mm的乳化炸药，连续装药。装药后，将剩下不装药的部分用黄泥堵塞密实，堵塞时注意保护好雷管脚线。

采用非电起爆网路，选用毫秒非电雷管，炮孔内采用一发2段毫秒非电雷管(脚线长5 m以上)，孔外每12发非电雷管脚线捆成一束，采用两发2段毫秒非电雷管作为接力方式，用击发针起爆。

6 爆破振动校核

通过爆破振动经验公式对爆破振动进行校核。

(1) 爆破振动安全校核[4]。爆破振动安全距离用下式计算：

(1)

式中，V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K,α为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，拆除爆破取经验值，一般取K=50，α=1.5；K′为拆除爆破衰减系数，据场地堆存拆除建筑物废渣情况，取0.5；Q为炸药量，延时爆破为最大一段药量，kg；R为爆破振动安全允许距离，m。

最大段药量Q为16.8 kg，距离最近建筑物渣池的距离为21 m，计算得出最大爆破振动速度：V=1.15 cm/s。满足安全规程振动速度要求。

(2) 塌落振动安全校核[5]。构建筑物拆除时，塌落体落地对地面冲击产生振动，其塌落振动计算公式为：

Vt=Kt[(MgH/σ)1/3/R]β

(2)

式中，Vt为塌落振动速度，cm/s；Kt、β为衰减系数，一般取Kt=3.37，β=1.66；M为下落构件质量，t；H为下落构件质心高度，m；σ为地面介质的破坏强度，MPa，取10 MPa；R为观测点至冲击地面中心距离，m；g为重力加速度，m/s2，取9.8 m/s2。

本次爆破时，烟囱顶部对地面的冲击振动最大。为保守起见，按上部50 m烟囱整体落地计算其冲击波振动大小。上部50 m烟囱体积约150 m3，内衬约50 m3，总质量为480 t；其质心高度为70 m。由东侧最近距离点R=32 m，计算得Vt为3.38 m/s，符合钢筋砼框架结构振动速度允许要求。

7 安全防护措施

(1) 爆破切口安全作业及防护措施。切口周围搭建脚手架，下沿0.5 m铺设作业平台，四周搭设防护网。

(2) 爆破瞬间飞石防护措施。在切口处用棉胎加竹排在烟囱外侧全封闭覆盖爆破部位及定向窗，上中下分别绑扎三圈10#铁线固定，再覆盖一层钢丝网，防护时要保护好爆破网路，竹架外侧搭设密目网。

(3) 烟囱倒地塌落振动防护。首先在烟囱倒塌方向的50～75 m处铺垫河沙减振带，减振带宽5 m、高1 m，上面再铺一层沙包。减振带两边加铺设一层密目网，根据以往烟囱拆除的经验，本工程三道减振带通过缓冲可以卸掉大部分的振动，保证对周边建构筑物的安全，沙包、密目网可以减少飞溅物。其次在烟囱头部落地位置，挖长10 m、宽10 m、深1 m的坑，这样既可以缓冲筒体撞击地面，降低落地振动，又可以减少飞石，能够保证安全。另外在坑的北端堆1～2 m沙堆，缓冲烟囱头铸铁盖板脱离。

(4) 重点防护建筑物防护措施。烟囱北侧及东侧厂房预留两排柱的框架结构，高度约3～5m，柱间拉设钢管，用铁皮或竹排封住，机械拆除施工队拆除的建筑废渣暂不清理，堆积在西北侧，上面堆沙包防护。配电房及员工宿舍的窗户，爆破前全部用竹笆封实。东侧液氨管道采用竹笆或棉垫覆盖进行防护[6]。