冶煉廠廢棄設備的拆除方案及安全防護措施研究

張寶亮

（貴州開源爆破工程有限公司，貴州 貴陽 551400）

1 工程概況

某公司金屬冶煉廠部分設備設施進行拆除改建，現廠區內除冶煉相關設施外技術要求較高的拆除設施為一根高約42 m的磚砌煙囪。由于受地震影響，煙囪已經發生偏斜，煙囪頂帽出現明顯裂痕，對冶煉廠其他相關設施安全造成嚴重威脅。目前該煙囪已經廢棄，已成為廠區內危險建筑，為排除安全隱患，保護其他冶煉設施，決定對該煙囪實施拆除。煙囪東側距離2m有深3.5m的廢渣儲存區，西側距離9.5m是鍋爐房，北側3m處是廢棄的臨時儲料區，爆破施工時可以對其進行拆除，拆除后北側可供煙囪倒塌；南側為廠區內廢棄的管道、設備，南側距煙囪20m處是廠區圍墻，圍墻外面是村民耕地；東北側37m處有一個10t容量的液體儲存庫，西北側40m處是原料儲存區，廠房上距離地面15m處是燃氣管線。根據現場具體情況，為保證煙囪安全倒塌且不影響周圍環境，選擇北側空曠地帶為煙囪倒塌方向。

該煙囪整體結構為磚砌結構。其結構特點為：煙囪高約42m，因年久失修外部顯現微腐蝕，煙囪筒體9.6m高處有不銹鋼管道和鋼架平臺與其連接，筒體10m以上每隔1m用鋼圈做加固處理。根據煙囪設計規范高42m的煙囪外徑為2m，內徑為1m，周長為6.28m，壁厚為50cm，具體尺寸參數需根據現場施工鉆鑿開孔調整。

2 技術分析

對于冶煉相關設施可采取機械拆解方式拆除，目而對于高聳筒體建筑的拆除方式往往采取爆破、機械或者人工方式拆除，針對特定的工程，綜合考慮、比較分析選取合適的方式，需要綜合考慮施工的安全性、工程進度是否能滿足工期要求、工程成本是否經濟合理。而對于本工程，由于廠內道路、架設設施等導致大型機械設備作業受限，因此不適用本工程；而煙囪高聳，筒體出現裂縫，人工拆除極其危險，滿足不了安全要求，且施工效率低下，施工成本較高。

對煙囪的拆除方式主要有爆破拆除、機械拆除、人工拆除三種方式，選擇哪一種拆除方法，主要依據是其安全性，工程進度，施工成本等是否滿足工期要求，對于高大煙囪而言，機械拆除受其拆除高度和作功能力的限制，無法對其予以拆除，而采用人工拆除，其危險度相當高，且難度大，工期長，既滿足不了工期要求，又保證不了高空作業人員的施工安全。對于高聳建筑采取爆破手段拆除是一種非常高效的方式，爆破拆除原理是根據建構筑物自身結構特點，在特定承重位置布置藥包，爆破后破壞其結構穩定性，使其在自重下沿預定方向或預定方式傾倒。就本煙囪而言，周邊設施經處理后具備爆破拆除條件，但需對周邊的重點保護設施采取一定的保護措施。

3 煙囪爆破方案設計

爆破切口通常有方形、正梯形、倒梯形形式，在倒塌方向要求嚴格時一般需采取開鑿定向窗方式確保倒塌方向，本工程冶煉廠煙囪周圍設施眾多，在兩側開鑿定向窗。切口的圓心角的大小決定了爆破工作量，一般來講對于不具備抗拉性能的鉆砌煙囪，可選擇較小的爆破切口，但切口圓心角應大于180°。爆破切口的圓心角大小決定爆破后形成缺口的大小，缺口過小煙囪不易失穩，下部容易留有未倒塌段，缺口過大則煙囪底部在倒塌過程中支撐面積不夠，倒塌過程容易發生偏斜。而冶煉廠廠區內該煙囪筒體出現裂縫，周邊環境復雜，不允許傾倒初期解體塌落，因而選擇較大角度的爆破切口圓心角。根據相關施工經驗，爆破切口圓心角選為216°，爆破切口形狀采用倒梯形方式，設計煙囪傾倒方向為向正北方向傾倒，爆破前兩側開鑿定向窗，從而確保倒塌方向的準確。定向窗形狀為三角形，底邊長0.6m，高1.5m，沿倒塌中心線兩側對稱。切口高度大小一定程度上決定了煙囪傾倒速度，根據類似工程經驗爆破切口高度選擇為1.0m。

鉆孔使用40mm孔徑，由于煙囪外壁厚度為50cm，炮孔深度一般設計為2/3倍的壁厚，因此這里炮孔深度為33cm，根據32mm直徑藥卷做功能力，孔距、排距均取30cm，炸藥單耗取0.95kg/m3，則單孔藥量約45g。使用梅花形炮孔布孔，爆破切口內已開鑿定向窗，經布孔，共計28個炮孔，總藥量約1.26kg。孔內使用雙發導爆管雷管，孔內管累計約56發，孔內使用MS1段雷管，孔外每14發雷管進行簇連。爆破切口如圖1，簇連網路如圖1。

圖1 爆破切口示意圖

圖2 起爆網路圖

4 安全校核及措施

4.1 爆破振動校核

爆破振動是炸藥爆炸后能量傳播所致，由于爆破點附近冶煉設施較多，必須對振動加以校核。對于爆破振動一般通過薩道夫斯基公式進行校核：

其中：V為校核點介質質點的振動速度，cm/s。對于本工程參照按照GB6722—2014《爆破安全規程》及相關的爆破振動安全閥值研究，取周邊設備、設施最大允許的振動速度取為1.5cm/s。

R為校核點與爆破中心的最短距離，煙囪附近的鍋爐房為較近保護建筑，取9.5m；

K、a—與傳播途徑有關的系數，根據爆破拆除經驗，經過類比，取K=80，a=2.5；

Q為最大單響藥量，kg，本工程中為采取分段起爆技術，取總藥量值1.26kg；

k1為修正系數，跟爆破方式有關的系數，根據經驗K1取為0.2。

即：V=0.2×80×[1.261/3/9.5]2.5≈0.07cm/s，遠小于安全允許值1.5cm/s

4.2 塌落振動校核及飛濺物的控制

對于大質量的高聳建筑，由于重力勢能較大，在拆除時塌落觸地造成的振動和飛濺極易損毀周邊冶煉設施，必須采取相關措施。當前對于塌落振動控制，主要采取爆破解體延時控制和設置柔性緩沖層控制方式。爆破解體延時控制是通過起爆時間的控制使建構筑物有序倒塌、解體，避免結構物整體沖撞地面；而設置柔性墊層控制，則是在倒塌范圍內鋪設砂、土等柔性墊層，避免高程墜落的結構直接剛性撞擊硬質地面。

針對本工程，由于待拆結構為高聳筒體，不宜于控制不同部位結構的觸地時間，因此采取在倒塌區域鋪設緩沖墊層方式緩沖結構體觸地。由此，在倒塌方向垂直方向鋪設2條緩沖堤，分別舉例煙囪底部25m、30m，緩沖堤高度分別為1.5m、2.0m，緩沖堤的使用沙袋堆積而成。

4.3 飛石的防護措施

首先采用弱松動爆破，既保證爆破效果，同時減小傳遞給地面多余能量。其次，通過爆破部位覆蓋減少飛石對煙囪爆破切口布孔部位采用“膠皮網—草墊”三層防護。先對布孔部位采用單層草氈包裹捆扎，然后在外側懸掛單層草墊。

4.4 爆破粉塵防護

爆破前對爆破煙囪爆破部位做噴水濕式處理，懸掛的草氈上噴水打濕控制爆破后粉塵擴散；同時對倒塌區域內地面噴灑少量水，防止觸地產生過大灰塵。

4.5 周圍重要設施安全防護

對擬爆破煙囪倒塌方向東北側儲存庫內的危險物品，在爆破前由業主單位全部搬離，關閉西北側40m廠房上方的燃氣管道，禁止爆破期間通氣。同時對鍋爐房的玻璃采用覆蓋防護，對倒塌方向的廠區道路鋪墊柔性材料防護，對燃氣管道進行包裹防護。在施工中，使用全站儀全程監測煙囪整體的穩定性。

5 爆破效果評價分析

（1）隨著起爆，煙囪整體沿著預定方向傾倒，在傾倒工程中煙囪結構整體發生解體，對地面未造成剛性沖擊，產生的塌落振動較小，振動未對周邊冶煉設施造成不良影響。

（2）由于爆破前對煙囪和部分地面采取了濕化處理，并且在容易產生灰塵的爆破切口處懸掛的草氈噴水，爆破揚塵得到了較好的控制。

（3）作為柔性墊層，緩沖堤的設置對煙囪觸地時刻的沖擊能起到了緩沖作用，有效降低了觸地瞬間的振動和觸地飛濺，有效保護了冶煉相關配套設施。