复杂环境下45m高烟囱的定向爆破拆除

我公司拆了一座45 m高砖烟囱的定向爆破拆除实例,结合该烟囱爆破环境比较复杂,控制定向倒塌精度要求高的情况,给出了爆破方案、爆破参数、预处理及安全防护措施和爆破效果,为同类工程的爆破拆除提供了参考。
关键词:砖烟囱,定向爆破,预处理,拆除爆破
1　工程概况
待拆除的烟囱位于南宁市壮锦大道旁罗村砖窑厂(现为木材加工厂)内,该烟囱材质为砖结构,但完整性很好。烟囱高45 m,底部外直径3.8 m,烟囱壁厚49 cm,隔热层厚2 cm,内衬厚24 cm,烟囱自重约369 t。
烟囱周围环境比较复杂,烟囱东面约40 m为壮锦大道,车流较大;西面50 m处为厂房;南面17 m处为贮木工棚和修理部,围墙外为铁路;北面15 m为旋切车间及木材。烟囱东、南面有围墙与外界隔开,且东面围墙处有高压线。根据业主要求,爆破拆除时应尽量少破坏砖窑和损坏附近的建筑物,爆破后还要进行清渣及修复破损部分等工作,因此工期较紧。
2　爆破方案设计
2.1　爆破方案及倒塌方向的确定
根据烟囱实际情况及对爆破拆除质量、安全、工期的要求,决定采取定向爆破倒塌方案。由于烟囱东南面相对较宽阔,决定选该方向作为烟囱倒塌方向。通过测量,从烟囱中心南东35°到南面围墙约有40 m的距离,而围墙离铁路有一定的距离,该方向可满足烟囱定向倒塌的要求,故设计烟囱倒塌方向为南东35°。
2.2　爆破技术设计
2.2.1　爆破切口位置及形状
由于烟囱周围环境较复杂,为保证烟囱向预定方向准确倒塌和减小烟囱施爆后向后坐塌时对砖窑的破坏,本次爆破选择梯形切口,同时切口位置选择在离砖窑顶面1.5 m处,切口夹角为45°。
2.2.2　爆破切口弧长和高度
爆破切口弧长和高度可由下式确定[1]:12πD<L≤23πD;H=(1.5~3.0)δ。
其中,D为烟囱底部外直径,m;δ为烟囱壁厚,m。该烟囱完整性较好,其抗压、抗拉强度也较大,故本设计中爆破切口弧长取大值,取L=23πD=23π×3.8=7.96 m;切口高度H=1.5δ=1.5×0.75=1.125 m,取H=1.2 m。
2.2.3　爆破参数的确定
1)炮孔直径d:采用Y-26手持式风动凿岩机,孔径d=40 mm。
2)孔深l:外壁孔深l1=(0.69~0.72)δ1=(0.69~0.72)×0.49=0.33 m~0.35 m,取0.35 m;内衬孔深l2=(0.69~0.72)δ2≈0.17 m,实际取0.20 m。
3)炮孔间距a和排距b:外壁采用方形布孔方式,孔距a1=(0.8~0.85)l1=(0.28~0.30)m,取a1=0.30 m,b1=a1=0.30 m;爆破处理内衬时采用大孔距布置1排孔,并增大药量直接崩落该排孔附近的内衬,取a2=0.40 m。
4)炮孔总数N:外壁布置5排炮孔共110个炮孔,包括在切口两侧开设定向窗的10个炮孔;内衬设计布置1排炮孔共20个。炮孔总数N=130个。
5)单孔装药量:外壁单孔装药量Q1=q1a1b1δ1,取q1=1 500 g/m3,计算得Q1=66.15 g,取70 g;内衬单耗取q2=2 500 g/m3,单孔装药量取100 g。
6)炸药总量:Q=110×70+20×100=9.7 kg。
2.2.4　起爆网路
采用非电导爆管起爆网路,每孔均采用1个1段毫秒非电导爆管雷管起爆。开设两侧定向窗时,10个孔并联后用1发电雷管引爆;处理内衬时,20个孔用2发电雷管直接引爆;最后实施爆破时,外壁雷管分为4组,每组用2发导爆管雷管连接后,再用2发电雷管引爆这8个导爆管雷管。
2.3　施工组织
2.3.1　爆前预处理
为了保证烟囱按设计的方向准确倒塌,在施爆前还应对烟囱进行预处理,主要包括以下几点:
1)开设定向窗:主爆前,先在爆破切口两侧各布置5个孔进行爆破,形成2个与倒塌中心线对称的1 m×1 m的三角形定向窗。此次爆破也是检验主爆时所用炸药单耗、孔间距、排间距等参数及起爆网路是否合理。
2)内衬处理:处理时借助开设的定向窗供人员出入,同时充分利用砖窑附近的横木,将其两端搭在烟囱两侧的定向窗上,所需横木量根据工作面宽度确定,工作面宽度要够工人在烟囱内部操作,要保证工人的安全。
3)切断烟囱避雷针以及烟囱附近的电线、水管等。
4)切割南面厂房上A,B两点之间的钢管,使位于烟囱倒塌范围内的厂房与左部分分开,避免烟囱倒塌时对厂房牵扯破坏。
5)爆破前预先拆除围墙上C,D,E三根砖柱间的砖墙,以减少烟囱倒塌时冲垮整个围墙。
2.3.2　施工方法
本次爆破环境较复杂,除了精确的方案设计,还要有准确的施工方法:
1)精确确定烟囱定向倒塌方向及其中心线,并准确定位烟囱爆破切口部位。
2)对开口尺寸、布孔位置严格按设计标在筒身上,以利准确钻孔。
3)钻孔时要求钻杆垂直烟囱中心,同时保证炮孔深度。
4)在施工时应先钻孔并借助风镐等工具开设定向窗,再处理内衬,然后在切口部位钻孔爆破拆除烟囱,保证开定向窗和处理内衬时不破坏外壁炮孔。
3　爆破安全计算及防护措施
4　爆破效果
1)起爆后4 s烟囱按预定方向倾倒,烟囱倒塌堆积中心线准确无误地指向ES 55°,烟囱完全按设计方向倾倒。
2)烟囱倒塌时冲破C,E之间的围墙塌散到围墙外,最大塌散距离为58 m,横向塌散最大宽度为12 m,堆积体最高为1.6 m,爆堆集中,块度比较破碎。
3)由于垫了较厚的木料缓冲层,烟囱倒塌时仅把砖窑压了一个弧坑,地震波和塌落振动、飞石等对附近建筑物没产生任何不良影响,达到了厂方对爆破的要求。
5　结语
本次爆破环境比较复杂,爆破前根据现场的实际情况,制订了合理的爆破设计方案,并对爆破震动和飞石等进行了充分的考虑和验算,在施工时充分利用现场材料进行必要的安全防护,保证了本次爆破安全、顺利、圆满完成。从爆后效果看,选择的爆破参数是合理的,设计内容是恰当的;从效益看,该烟囱爆破和清除、修复等工作只用了3 d时间,比人工拆除节省时间7倍~10倍,拆除费用成本较低,达到了预期效果。