高卸荷槽技術在100 m高冷卻塔爆破拆除中的應用

邊作青 張紀云 高帥杰 劉玉華 趙玉龍 董保立 張英才

(1.內蒙古赤峰市公安局治安支隊；2.河南迅達爆破有限公司;3.河南省公安廳治安總隊；4.河南理工大學土木工程學院)

1 工程概況

陳塘熱電有限公司待拆除的高冷卻塔位于廠區東北角，北側距離換熱站64 m，東側距河西環衛處49 m；南側有135 m長的空地；西側距離二期 220 kV出線電纜46 m。該冷卻塔為雙曲線自然通風冷卻塔，淋水面積為4 000 m2；塔頂標高100 mm，進風口標高6.30 m，直徑73.172 m；喉部標高80.00 m，喉部直徑41.40 m，出口直徑43.337 m。人字支柱基礎標高-3.5 m，直徑79.484 m，共由44對人字支柱組成，人字支柱垂高6.902 m，傾角70.91°，斜長7.477 m；人字支柱根部標高-0.602 m，直徑39.013 m；人字支柱為圓形斷面，直徑55 cm。

2 爆破方案設計

2.1 拆除方案選擇

根據冷卻塔自身結構、周圍環境情況、場地條件、各種需要保護設施的安全要求，并考慮到工期緊的要求，確定采用單向定向倒塌的控制爆破拆除方案，冷卻塔向南偏西倒塌，拆除前需將循環水泵房等拆除，以便冷卻塔有足夠的倒塌場地。采用“預開定向窗，預處理部分塔壁板塊，僅對人字支柱進行爆破”的單向定向控制爆破拆除方案。

2.2 爆破切口設計

本研究對該冷卻塔的人字支柱實施鉆孔爆破，預先采用機械方式對塔壁進行處理獲得高度的卸荷槽，即可使塔體按設計方向順利倒塌、解體，可大大減少裝藥量，既有效控制了爆破振動，又有利于縮短工期，提高安全系數。根據冷卻塔結構，冷卻塔切口寬度取塔壁周長的3/5，對應圓心角為212.7°；人字支柱高6.90 m，高卸荷槽高度取15 m；切口高度實取22.35 m。實際施工中，僅對人字支柱爆破，實際施工時人字支柱有26對。

2.3 爆破預處理

預處理主要包括定向窗、高卸荷槽和淋水平臺，定向窗的作用是確保冷卻塔按設計方向倒塌，用機械方式在爆破切口兩端提前開挖，通過定向窗角度的提前閉合來控制冷卻塔的倒塌方向，本研究三角形定向窗尺寸為6.0 m×3.0 m。高卸荷槽的作用是確保塔體實現連續倒塌、保證切口高度、減小塔體倒地振動，通過預開高卸荷槽來降低爆破工作量。高卸荷槽開設于傾倒中心線中間向兩側對稱，高度分別為15，13.5，12，10.5，9，7.5 m，底部寬度均為2 m。爆破前采用機械方式對塔體內淋水平臺以及鋼爬梯進行拆除，以免影響冷卻塔的倒塌方向。

2.4 爆破參數設計

由于對人字支柱以上的塔體部分采用了機械預破碎處理方案，在設計爆破缺口內僅需對人字支柱進行爆破。本研究設計的人字支柱爆破參數見表1。

表1 人字支柱爆破參數

2.5 起爆網絡設計及分區

為效減小單響起爆藥量，控制爆破振動對塔體周邊建(構)筑物和設施的影響，冷卻塔分8個爆破區4個段別起爆，每個爆破區有3對人字支柱，每個段別最多起爆6對人字支柱，可有效減小單響起爆藥量。采用非電雙向多點觸發起爆網絡，相鄰2個連接點通過綁扎2個正向雷管和2個反向雷管，雙向4根導爆管，最終將所有綁扎點連接成2個方向的閉合回路，在該閉合回路上任意選擇2個起爆點，大大提高了網絡的準爆率。

3 爆破安全設計

(1)爆破振動控制。現場距離最近、需要保護程度最高的是位于塔體東側49 m處的河西環衛機掃中心，將冷卻塔最大單段起爆藥量(32.2 kg)代入質點振動速度公式[1]，得出的理論振動速度為0.629 cm/s，遠小于允許的振動速度。

(2)觸地振動控制。根據《工程爆破理論與技術》中拆除爆破推薦的塌落振動速度公式[2-3]，計算得出河西環衛機掃中心的理論振動速度為4.897 cm/s，大于《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[1]的允許振動速度3.5～4.5 cm/s，故可在不采取減振措施的情況下，河西環衛機掃中心的建筑物受到冷卻塔觸地振動的影響產生的觸地振動速度超過安全限值，須采取減振措施[4]。

(3)爆破飛石控制。結合工程實踐經驗，炮孔爆破飛石距離可由下式計算[5]

Rf=KTqD，

(1)

式中，KT為與爆破方式、填塞長度、地質和地形條件有關的系數，取1.0～1.5；q為炸藥單耗，kg/m3；D為藥孔直徑，mm。計算得：Rf=50.4m。

(4)空氣沖擊波控制。爆破空氣沖擊波的安全距離計算公式為[6]

式中，R為爆破空氣沖擊波的安全距離，m；Q為裝藥量，瞬發爆破時為總藥量，延期爆破時為單段最大藥量，kg；K為與裝藥途徑和爆破程度有關的系數，對于建筑物，K=1～2，對于人，K=10。計算可知：人和建筑物的安全距離分別為56.75，11.35m。安全警戒范圍是以塔體中心半徑為300m的范圍，因此爆炸沖擊波不會對塔體周圍建筑物及警戒距離以外的人員造成危害。

4 安全防護措施

(1)降低爆破振動。采用毫秒延期爆破方式，限制1次爆破的最大用藥量；開挖減振溝，當保護對象距離爆源較近時，在爆源周邊設置1條或多條減振溝。

(2)降低塌落振動。提前開設高卸荷槽，減小冷卻塔的塌落振動強度[7]。相關實例監測數據表明，當采用土埂溝槽減振措施后，爆破拆除時的振動速度可以減小約70%。

(3)爆破飛石及空氣沖擊波防護。相應措施為：確定合理的裝藥結構、爆破參數；確保炮孔堵塞質量；采用毫秒延期爆破技術來削弱空氣沖擊波的強度；預設阻波墻；炮孔覆蓋防護[8]。

5 爆破振動監測分析

在現場設置的10個測振點中，選擇布置于河西環衛機掃中心的4#測點采集的數據進行分析，可知X方向最大振動速度為0.37cm/s，Y方向最大振動速度為0.23cm/s，Z方向最大振動速度為1.14cm/s(圖1)，遠小于理論振動速度(4.897cm/s)、《爆破安全規程》(GB6722—2014)的允許振動速度(3.5～4.5cm/s)。

圖1 4#測點Z方向振動波形

6 結 語

對陳塘熱電有限公司100 m高冷卻塔爆破拆除方案進行了設計，通過在冷卻塔周圍設置減振溝，有效控制了振動速度，對于類似工程實踐也有一定的參考價值。