高卸荷槽技术在100 m高冷却塔爆破拆除中的应用

边作青 张纪云 高帅杰 刘玉华 赵玉龙 董保立 张英才

(1.内蒙古赤峰市公安局治安支队；2.河南迅达爆破有限公司;3.河南省公安厅治安总队；4.河南理工大学土木工程学院)

1 工程概况

陈塘热电有限公司待拆除的高冷却塔位于厂区东北角，北侧距离换热站64 m，东侧距河西环卫处49 m；南侧有135 m长的空地；西侧距离二期 220 kV出线电缆46 m。该冷却塔为双曲线自然通风冷却塔，淋水面积为4 000 m2；塔顶标高100 mm，进风口标高6.30 m，直径73.172 m；喉部标高80.00 m，喉部直径41.40 m，出口直径43.337 m。人字支柱基础标高-3.5 m，直径79.484 m，共由44对人字支柱组成，人字支柱垂高6.902 m，倾角70.91°，斜长7.477 m；人字支柱根部标高-0.602 m，直径39.013 m；人字支柱为圆形断面，直径55 cm。

2 爆破方案设计

2.1 拆除方案选择

根据冷却塔自身结构、周围环境情况、场地条件、各种需要保护设施的安全要求，并考虑到工期紧的要求，确定采用单向定向倒塌的控制爆破拆除方案，冷却塔向南偏西倒塌，拆除前需将循环水泵房等拆除，以便冷却塔有足够的倒塌场地。采用“预开定向窗，预处理部分塔壁板块，仅对人字支柱进行爆破”的单向定向控制爆破拆除方案。

2.2 爆破切口设计

本研究对该冷却塔的人字支柱实施钻孔爆破，预先采用机械方式对塔壁进行处理获得高度的卸荷槽，即可使塔体按设计方向顺利倒塌、解体，可大大减少装药量，既有效控制了爆破振动，又有利于缩短工期，提高安全系数。根据冷却塔结构，冷却塔切口宽度取塔壁周长的3/5，对应圆心角为212.7°；人字支柱高6.90 m，高卸荷槽高度取15 m；切口高度实取22.35 m。实际施工中，仅对人字支柱爆破，实际施工时人字支柱有26对。

2.3 爆破预处理

预处理主要包括定向窗、高卸荷槽和淋水平台，定向窗的作用是确保冷却塔按设计方向倒塌，用机械方式在爆破切口两端提前开挖，通过定向窗角度的提前闭合来控制冷却塔的倒塌方向，本研究三角形定向窗尺寸为6.0 m×3.0 m。高卸荷槽的作用是确保塔体实现连续倒塌、保证切口高度、减小塔体倒地振动，通过预开高卸荷槽来降低爆破工作量。高卸荷槽开设于倾倒中心线中间向两侧对称，高度分别为15，13.5，12，10.5，9，7.5 m，底部宽度均为2 m。爆破前采用机械方式对塔体内淋水平台以及钢爬梯进行拆除，以免影响冷却塔的倒塌方向。

2.4 爆破参数设计

由于对人字支柱以上的塔体部分采用了机械预破碎处理方案，在设计爆破缺口内仅需对人字支柱进行爆破。本研究设计的人字支柱爆破参数见表1。

表1 人字支柱爆破参数

2.5 起爆网络设计及分区

为效减小单响起爆药量，控制爆破振动对塔体周边建(构)筑物和设施的影响，冷却塔分8个爆破区4个段别起爆，每个爆破区有3对人字支柱，每个段别最多起爆6对人字支柱，可有效减小单响起爆药量。采用非电双向多点触发起爆网络，相邻2个连接点通过绑扎2个正向雷管和2个反向雷管，双向4根导爆管，最终将所有绑扎点连接成2个方向的闭合回路，在该闭合回路上任意选择2个起爆点，大大提高了网络的准爆率。

3 爆破安全设计

(1)爆破振动控制。现场距离最近、需要保护程度最高的是位于塔体东侧49 m处的河西环卫机扫中心，将冷却塔最大单段起爆药量(32.2 kg)代入质点振动速度公式[1]，得出的理论振动速度为0.629 cm/s，远小于允许的振动速度。

(2)触地振动控制。根据《工程爆破理论与技术》中拆除爆破推荐的塌落振动速度公式[2-3]，计算得出河西环卫机扫中心的理论振动速度为4.897 cm/s，大于《爆破安全规程》(GB 6722—2014)[1]的允许振动速度3.5～4.5 cm/s，故可在不采取减振措施的情况下，河西环卫机扫中心的建筑物受到冷却塔触地振动的影响产生的触地振动速度超过安全限值，须采取减振措施[4]。

(3)爆破飞石控制。结合工程实践经验，炮孔爆破飞石距离可由下式计算[5]

Rf=KTqD，

(1)

式中，KT为与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，取1.0～1.5；q为炸药单耗，kg/m3；D为药孔直径，mm。计算得：Rf=50.4m。

(4)空气冲击波控制。爆破空气冲击波的安全距离计算公式为[6]

式中，R为爆破空气冲击波的安全距离，m；Q为装药量，瞬发爆破时为总药量，延期爆破时为单段最大药量，kg；K为与装药途径和爆破程度有关的系数，对于建筑物，K=1～2，对于人，K=10。计算可知：人和建筑物的安全距离分别为56.75，11.35m。安全警戒范围是以塔体中心半径为300m的范围，因此爆炸冲击波不会对塔体周围建筑物及警戒距离以外的人员造成危害。

4 安全防护措施

(1)降低爆破振动。采用毫秒延期爆破方式，限制1次爆破的最大用药量；开挖减振沟，当保护对象距离爆源较近时，在爆源周边设置1条或多条减振沟。

(2)降低塌落振动。提前开设高卸荷槽，减小冷却塔的塌落振动强度[7]。相关实例监测数据表明，当采用土埂沟槽减振措施后，爆破拆除时的振动速度可以减小约70%。

(3)爆破飞石及空气冲击波防护。相应措施为：确定合理的装药结构、爆破参数；确保炮孔堵塞质量；采用毫秒延期爆破技术来削弱空气冲击波的强度；预设阻波墙；炮孔覆盖防护[8]。

5 爆破振动监测分析

在现场设置的10个测振点中，选择布置于河西环卫机扫中心的4#测点采集的数据进行分析，可知X方向最大振动速度为0.37cm/s，Y方向最大振动速度为0.23cm/s，Z方向最大振动速度为1.14cm/s(图1)，远小于理论振动速度(4.897cm/s)、《爆破安全规程》(GB6722—2014)的允许振动速度(3.5～4.5cm/s)。

图1 4#测点Z方向振动波形

6 结 语

对陈塘热电有限公司100 m高冷却塔爆破拆除方案进行了设计，通过在冷却塔周围设置减振沟，有效控制了振动速度，对于类似工程实践也有一定的参考价值。