金属结构采砂船爆破拆除技术

安玉东 陈 晨 李本伟 胡浩川 周应军

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司)

1 工程概况

湖北省通山县下阔村境内河段存在2艘非法采砂船(图1),长约16 m，宽约5.5 m，为金属结构。船底舱金属钢板厚约5 mm，船上层金属钢板厚约2 mm。采砂船由4个部分构成，分别为前舱、储沙舱、后舱。前舱设有2道斜支撑结构，高约2 m、宽约1.5 m，为无缝钢管，壁厚约3 mm，斜支撑结构下部为传沙履带，由角钢支撑；储砂舱因湖水侵蚀和泥沙沉淀，舱内存有大量铁锈和泥沙结块；后舱为设备舱，为柴油机组、输送管道、吊杆、卷扬机等。

2 爆破参数设计

2.1 计算药量

本研究爆破采用裸露药包爆破切割法，在切割部位敷贴条状裸露药包或缠绕数圈导爆索，利用炸药产生的强大冲击剪切作用，将金属材料切断破裂。

图1 爆区环境

经计算[1-4]：非法采砂船船舱钢板厚约5 mm，设计爆破破口面积为50 cm2/m，爆破每米长切口所需乳化炸药药量约1.7 kg；船上部钢板厚约2 mm，设计爆破破口面积为20 cm2/m，爆破每米长切口所需乳化炸药药量约0.7 kg。

2.2 试 爆

采砂船前舱底部间隔1.5 m布置了3种不同药量的药包，依次为1节φ32 mm乳化炸药，药量0.2 kg (线装药密度为1 kg/m)；2节φ32 mm乳化炸药，药量0.4 kg(线装药密度为2 kg/m)；3节φ32 mm乳化炸药，药量0.6 kg(线装药密度为3 kg/m)。采砂船前舱船板间隔1.5 m布置了2种不同药量的药包，依次为1节φ70 mm乳化炸药，药量为2 kg(线装药密度为4 kg/m)；0.5节φ32 mm乳化炸药(竖向切割成半节)，药量0.1 kg(线装药密度为0.5 kg/m)。采砂船前舱角钢斜撑布置了0.5节φ32 mm乳化炸药(竖向切割成半节)，药量0.1 kg (线装药密度为0.5 kg/m)[5-9]，用沙袋压于所选试爆位置。采砂船储砂舱金属板间隔2 m布置了2种不同药量的药包，依次为1节φ32 mm乳化炸药，药量0.2 kg(线装药密度为1 kg/m)；2节φ32 mm 乳化炸药，药量0.4 kg(线装药密度为2 kg/m)。本研究试爆中应用的条形药包由多节乳化炸药用胶带沿炸药轴线捆绑而成。每个药包布置位置通过使用5～6个沙袋固定与压实。

现场试爆表明：采砂船前舱底部金属板在3种不同药量的情况下均形成了最大直径为50～120 cm 的破碎区域，爆破破碎效果良好；当药量为0.6 kg时，由于药量过大造成装药位置上部金属板，即前舱船板处的金属板被击穿，产生了金属飞溅物，对周围环境产生了一定的危害。采砂船前舱船板在2种不同药量的情况下均被击出最大直径为30～100 cm 的破碎区域。当药量为0.1 kg时，爆破产生的破碎区域较小，爆破效果不理想；当药量为0.2 kg时，爆破效果良好，达到了预期效果。采砂船前舱角钢斜撑的爆破效果良好，角钢被完全炸断，失去支撑作用。采砂船储砂舱金属板在2种不同药量的情况下均被击出最大直径为50～100 cm的破碎区域，爆破效果良好。由于采砂舱在外部，当药量为0.4 kg 时，未产生金属飞溅物。

3 装药施工

3.1 总体拆除方案

根据船体自身结构及周边环境特点，并综合考虑各种因素，采用裸露药包爆破切割法。为保证爆破效果，在采砂船的前舱、储沙舱、后舱共铺设了条形药包50～56处。

3.2 药包布置

根据试爆结果与各结构金属板的厚度，最终确定使用0.1，0.2，0.4 kg 3种条形药包进行装药。采砂船船板与储砂舱的金属板采用0.2 kg条形药包，采砂船角钢斜撑处采用0.1 kg条形药包，采砂船船舱底部的金属板采用0.4 kg条形药包。船板药包布置间隔为1 m，储砂舱药包布置间隔为1.5 m，船舱底部药包布置间隔为1.5 m，每根角钢分别布置1个条形药包。在设备舱设置4个爆破点，分别在柴油机组、抽砂泵、卷扬机和发电机下方。

3.3 起爆网络

由于此次爆破区域附近有高压线，为确保爆破施工安全并确保安全准爆，采用非电导爆管微差起爆系统，分2个段别起爆[4]。采砂船采用MS-13段非电雷管，储砂船采用MS-9段非电雷管，每18～20发非电雷管组成1簇用2发瞬发导爆管雷管连接，形成交叉复式网络，用起爆器起爆(图2)。

图2 起爆网络示意

3.4 爆破器材

本研究炸药为乳化药柱，雷管为非电毫秒延期导爆管雷管，MS-2导爆管雷管100发，MS-9导爆管雷管200发，MS-13导爆管雷管200发。所需乳化炸药6箱，共144 kg。

4 安校核及防护

4.1 爆破冲击波

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)[10]，空气冲击波超压的安全允许标准：对不设防的非作业人员为0.02×105Pa，掩体中的作业人员为0.1×105Pa。在平坦地形条件下爆破时，可按下式计算超压：

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R，

(1)

式中，ΔP为空气冲击波超压值，×105Pa；Q为1次爆破炸药当量，秒延时爆破为最大1段药量，毫秒延时爆破时为总药量，kg；R为爆源至被保护对象的距离，m。

当Q=40kg，R=250m，经计算：ΔP=0.015×105Pa<0.02×105Pa，因此爆破空气冲击波超压不会对人员产生危害。

4.2 金属爆破飞溅物防护

用沙袋(沙袋中沙子颗粒直径不宜大于0.5mm，每袋沙袋质量不宜小于25kg)将条形药柱临空面压密实，确保无药卷裸露于空气中。

4.3 爆破振动安全核算及监测4.3.1 爆破振动安全核算

根据《爆破安全规程》(GB6722—2014)[10]质点振动速度V的计算公式为

式中，K、α分别为与爆破点至被保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，K=150，α=1.5。

当Q=40kg，R=250m时，经计算：V=0.52m/s，小于《爆破安全规程》(GB6722—2014)[10]对于一般建筑物的安全允许振动速度。

4.3.2 爆破振动监测

根据爆破区域周边民房踏勘的具体情况，采用测振仪(型号为TC-4850)对爆破点周围建筑物进行了爆破振动监测(图1)。监测表明：1#、2#测点处的爆破振动速度分别为0.09，011cm/s，符合《爆破安全规程》(GB6722—2014)的爆破振动安全标准。

4.4 爆破效果

爆破后船舱大量进水沉没；船舱和船板都被击出直径为0.5～1m的大洞(图3)，斜撑角钢完全炸断；爆破金属飞散物都在50m范围内；非法采砂船失去工作能力，空气冲击波均控制安全范围内。总体上，此次爆破达到了预期效果，爆破对周围建筑设施无影响，爆破施工过程较安全。

5 结 语

对湖北省通山县铁柱港河内的2艘非法采砂船进行了爆破拆除工作，取得了理想效果，对于类似钢结构设施拆除工作也有一定的参考意义。

图3 爆破效果