復雜環境下煙囪精細爆破拆除

楊準,丁齊浩,周如賢

(1.湖南中人爆破工程有限公司, 湖南 長沙 410005,2.湖南省第六工程有限公司, 湖南 長沙 410007)

磚結構煙囪定向傾倒爆破拆除是比較成熟的拆除手段。通常要求在定向倒塌方向上有一個橫向寬度不小于爆破部位直徑3.0～4.0倍的倒塌場地。對于倒塌場地橫向寬度僅為爆破部位直徑2.3倍的場地條件,如何做到煙囪精準傾倒爆破拆除,是本文著重介紹的內容。本文針對巴陵石化分公司廠區內一座50 m高磚結構煙囪爆破拆除工程實例,介紹在十分復雜環境下通過多種爆破技術的運用,確保了爆破的效果,可為類似的工程提供借鑒。

1 工程概況

中國石化集團巴陵石化分公司廠區內一座50 m高磚結構煙囪需要通過爆破方式進行拆除。根據周圍環境條件,可供煙囪傾倒的范圍極小,煙囪傾倒軸線兩側均有建筑物和管道設施,煙囪傾倒最大允許偏差只有2.2°,要求煙囪傾倒定向準確,偏差要控制在1°之內,才能保證周邊建筑物和設施的安全。

1.1 煙囪結構

待拆除煙囪為磚結構,高度為50 m,煙囪底部外直徑為4.7 m,頂部外直徑2.2 m,煙囪底部壁厚60 c m,耐火磚壁厚0.24 c m,煙囪底部西側有一煙道口,寬度1 m。煙囪筒體無開裂現象,筒壁5 m以下用10 c m厚度的鋼筋混凝土進行了加固,煙囪結構完整良好。

1.2 周圍環境

待拆除煙囪周圍環境十分復雜,煙囪東側有南北走向的架空蒸汽管道,距離煙囪最近處約3 m;南側有東西走向的架空蒸汽管道,管道與煙囪傾倒軸線大致平行,距離煙囪底部最近處4 m;北側為廠區建筑物,與煙囪傾倒方向大致平行,有辦公室和倉庫,距離煙囪最近處5 m;西側為廠區道路,道路走向與煙囪傾倒方向相同,煙囪距離廠區大門85 m,如圖1所示。

圖1 周邊環境示意

2 工程難點及對策

2.1 工程難點

(1)煙囪倒塌范圍受限,傾倒精度要求高。煙囪傾倒軸線兩側分別為與之平行的架空管道和建筑物,管道與建筑物最寬處為14 m,最小距離僅有11 m,可供煙囪傾倒的范圍非常小,允許煙囪傾倒偏差最大角度為2.2°,因此要求煙囪傾倒定向極為精準,在留有一定安全富余量的要求下,煙囪傾倒偏差要控制在1°之內,也就是煙囪頂部落地位置不能偏離傾倒軸線超過0.9 m。這對爆破設計和施工提出了極高的要求。

(2)煙囪后側保護目標近,要嚴格控制后座。煙囪傾倒方向后側3 m處為蒸汽管道和建筑物,需要重點保護,因此要有相應的措施防止煙囪爆破時產生后座而影響管道的安全。

(3)周邊保護目標近,爆破有害效應控制難度大。煙囪底部除傾倒方向外,3個方向都有建筑物或設施需要保護,其中2個方向有運行的架空蒸汽管道,管道距煙囪僅3～4 m,另一個方向為一座兩層的辦公樓,距煙囪底部5 m,由于周邊需保護的建(構)筑物較多,因此需要通過嚴格的防護措施來減小爆破振動和飛石的有害效應。

2.2 提高煙囪傾倒精度的措施

(1)精細設計。磚結構煙囪爆破切口對應的圓心角通常在185°～210°范圍內,從原理上分析,圓心角取值越小,煙囪傾倒的精度越高。根據閆統釗等[1]對55 m磚結構煙囪小角度切口爆破拆除采用185°圓心角的實踐結果,本次設計爆破切口對應的圓心角為187.2°,切口長度為煙囪外徑周長的52%。最大限度地保證煙囪的傾倒精度。

(2)精準測量。使用全站儀對煙囪爆破設計上幾個關鍵部位精準測量。主要測量部位包括煙囪傾倒軸線、定向窗頂角的高度等,測量誤差控制在毫米級。通過皮尺反復核對切口長度及后支撐體的長度,確保定向窗頂角位置的準確。

(3)精心施工。如何把精細設計和精準測量的結果落實到工程中,必須通過精心施工來實現。施工中主要是控制定向窗的頂角位置,通過使用小型工具,精心施工,確保位置精度控制在厘米級。

3 爆破設計

3.1 倒塌方向確定

由于現場周邊環境條件限制,可供傾倒的范圍較小,只有約2°的倒塌范圍,根據周圍環境條件,較為理想的倒塌方向為西偏北16°方向。偏差要控制在1°之內。

3.2 爆破切口設計

煙囪爆破切口位置在煙囪標高＋0.5～＋2.25 m處。為獲得理想的定向效果,切口形狀選擇正梯形。為確保倒塌方向的準確性,在切口兩邊開設定向窗,定向窗傾倒角度30°,在切口中部利用煙囪原有洞口開設一個寬1 m、高1.75 m的減荷槽,如圖2所示。

圖2 爆破切口展開(單位:cm)

爆破切口過長,會影響煙囪傾倒的精度,因此在滿足煙囪結構失穩的條件下,盡量減小切口長度。在確保煙囪爆破切口滿足傾覆要求的前提下,取爆破切口所對應的圓心角為187.2°(爆破切口部位為周長的52%)較為合理,通過計算得到煙囪筒壁爆破切口的下口寬為7.68 m,切口的上口寬為2.44 m,切口高度設計為1.75 m。

為確保煙囪傾倒,減小煙囪筒體支撐區后側的抗拉強度,在預處理時除保留定向窗兩個頂角向后20 c m之內的混凝土,其他支撐區的外部加強混凝土全部切開。爆破前將煙囪內襯全部用人工拆除,爆破切口范圍內筒體外部混凝土全部用機械清理干凈。

3.3 炮孔參數的選取

爆破切口部位按橫向平行布置5排炮孔,孔徑38 mm,各排間的炮孔交錯配置,裝藥使用Φ32 mm乳化炸藥。起爆雷管使用導爆管雷管。每孔一個藥包并安裝一發起爆雷管。根據常用公式和經驗數據,經計算所得的爆破參數見表1。

表1 爆破參數

3.4 起爆網路設計

起爆網路為非電導爆管網路,使用MS2導爆管雷管,采用孔外傳爆方式,分兩個段別起爆。

4 安全防護措施

為減小爆破振動和爆破飛石對周邊建筑和設施的影響,采取了如下安全措施。

(1)控制單響藥量,最大單響藥量為2.4 kg,安全校核計算得出:距離煙囪最近5 m處的辦公樓的爆破振動值小于2.5 c m/s的安全允許標準。

(2)在煙囪爆破切口部位用2層棉被、一層鋼絲網、5層密目安全網進行包裹,爆破飛石可控制在20 m范圍之內。

(3)對近距離的辦公樓門窗和管道設施采取主動式防護,搭建排架,使用竹夾板、密目安全網等防護材料進行遮擋或覆蓋防護。

(4)用沙袋在煙囪傾倒范圍內設置三道緩沖帶,減小煙囪落地時的振動。

5 爆破效果與體會

煙囪起爆后短暫處于靜止狀態,約0.5 s后開始向設計傾倒方向緩慢傾倒,傾倒至大約50°時,煙囪43 m處斷裂,9 s時煙囪全部落地。倒塌位置與設計的軸線完全重合。倒塌最大距離為46 m左右。本次煙囪定向爆破傾倒過程中,沒有產生下坐,定向窗頂角位置筒壁抗壓強度很高,沒有產生明顯壓縮變形,煙囪筒壁后側在預切割縫位置拉斷,并整體向前翻轉,傾倒方向和倒塌距離都得到了很好的控制。爆破飛石控制在安全距離內,沒有對周邊的建筑和設施造成有害影響。起爆瞬間的煙囪倒塌和完全倒塌后的情形如圖3和圖4所示。

圖3 50 m高煙囪起爆瞬間照片

圖4 50 m高煙囪倒塌后照片

本次爆破有以下幾點體會。

(1)煙囪傾倒定向精準。本次煙囪傾倒落地后的位置與預定的傾倒軸線完全重合。總結經驗,主要是精細和精心施工,設計上對爆破切口圓心角采取187.2°的極限值設計,最大限度地保證了傾倒的準確性。在定向窗等部位的施工上嚴格按照設計方案,盡最大能力減小施工誤差。

(2)控制后座效果明顯。煙囪傾倒方向后側3 m處有管道和建筑物,不允許煙囪產生較大的后座,因此,在設計施工中,采取小切口,增大支撐區面積,保留定向窗頂角后端20 c m的混凝土加固層,增加轉角位置的抗壓強度,其他支撐體部分的混凝土切斷,減小煙囪傾覆時的拉力。煙囪傾倒后檢查,轉角處的筒體沒有明顯的壓垮現象,整體從預切割縫處與支撐區斷開,向傾倒方向翻轉。后部保護目標完好無損。

(3)有害效應得到控制。由于本次煙囪爆破拆除工程周邊需要保護的建(構)筑物距離很近,因此,如何降低爆破過程中產生的爆破震動就成為了安全防護的重點。通過多段起爆、防護工程措施的落實,爆破所產生的振動和飛石都得到了很好的控制。煙囪北側倉庫(測振點距煙囪底部30 m,距煙囪傾倒軸線6 m)的測振結果為0.97 c m/s,煙囪北側辦公室(測振點距煙囪最近距離5.5 m)的測振結果為1.70 c m/s,均小于設計方案中的預估結果。爆破飛石未對周邊的建筑物和設施造成任何損害。