復(fù)雜環(huán)境條件下生料庫定向爆破拆除

謝承煜，羅 俊，李新星，程貴海

(廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 廣西南寧 530004)

復(fù)雜環(huán)境條件下生料庫定向爆破拆除

謝承煜，羅 俊，李新星，程貴海

(廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院， 廣西南寧 530004)

詳細(xì)介紹了田東水泥廠生料庫搶險(xiǎn)定向爆破拆除實(shí)例，結(jié)合該生料庫爆破環(huán)境較復(fù)雜、控制定向倒塌精度要求高的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)了爆破方案、爆破參數(shù)、安全防護(hù)措施，爆破效果較好，為類似爆破拆除工程提供了參考。

生料庫;定向爆破;爆破參數(shù);安全防護(hù)

1 工程概況

田東水泥廠生料庫在使用過程中，因庫體中下部出現(xiàn)斷裂，需要進(jìn)行搶險(xiǎn)爆破拆除。生料庫為圓筒型剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體底外徑為23.26 m，內(nèi)徑為22.3 m，壁厚為 0.48 m，筒高 61.81 m，外周長 73 m，斷裂處位于地面以上26.9 m處。筒體斷裂處以上為料倉，貯料重量約1.5萬 t，料倉體積約1000 m3，重量約2500 t，斷裂處以下有倒錐形下料口及出料漏斗，下部有出料設(shè)備需要保護(hù)。

待爆料倉周邊環(huán)境復(fù)雜(見圖1)，東距空壓機(jī)房僅約5 m，58 m外為中控樓，西距變壓房約10 m，北距生產(chǎn)車間(窯尾)約14 m，距離提升機(jī)1.8 m，且在60 m高處有一人行天橋與生料庫塔頂相連，緊靠西北角有風(fēng)機(jī)裝置，僅在南側(cè)有開闊空間。筒體斷裂后已向東北方向偏移，頂部偏移水平距離約1.58 m，偏移角度 2.45°。

圖1 爆破環(huán)境示意

2 拆除方案

2.1 工程特點(diǎn)

(1)待拆除生料倉結(jié)構(gòu)已破壞，重心已向北東向偏移，且偏移方向與拆除倒塌方向不一致;

(2)生料倉隨時(shí)有倒塌的可能，施工安全隱患較大，拆除時(shí)不能采用大型機(jī)械設(shè)備;

(3)料倉高度大、直徑大，待拆除料倉達(dá)2500 t，重量大，爆破后對地面和筒體沖擊大;

(4)料倉筒壁較薄，筒體內(nèi)現(xiàn)有水泥生料約1.5萬t，且料倉在斷裂以上部分傾斜已達(dá)1 m以上，料倉筒壁負(fù)荷大，施工過程有較大的安全隱患，施工難度大，若排放水泥生料則會造成生料倉受力變化而導(dǎo)致生料庫提前倒塌;

(5)斷裂處距地面高達(dá)20余m，不便機(jī)械施工，高空作業(yè)效率低;

(6)僅一個(gè)方向有倒塌空間，且周邊待保護(hù)建(構(gòu))筑物距離太近;

(7)斷裂處下部有設(shè)備和設(shè)施需要保護(hù)。

2.2 方案選擇

(1)方案一:對生料倉筒體全部架設(shè)鋼管架，對斷裂處以上部分全部或部分打眼爆破，將上部混凝土爆破剝離后再切割鋼筋拆除。該方法風(fēng)險(xiǎn)小，能有效保護(hù)下部設(shè)備。主要缺點(diǎn)是爆破炮孔太多、爆破量大、爆破網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、處理施工時(shí)間長、施工費(fèi)用高。

(2)方案二:在生料倉筒體架設(shè)鋼管架，斷裂處5 m以下位置布置炮孔(斷裂處以下5 m的料倉筒體作為斷裂處以上35 m料倉筒體定向托盤)，采用向南定向控制爆破拆除。該方法施工時(shí)間短，爆破對周邊影響小，施工費(fèi)用低，但該方法存在一定風(fēng)險(xiǎn)，對技術(shù)要求高，考慮到對生料倉內(nèi)的水泥生料進(jìn)行排放易導(dǎo)致生料庫繼續(xù)傾斜甚至倒塌，原則上不對生料庫內(nèi)的生料進(jìn)行預(yù)排放處理(為提高爆破的可靠性，可于施工前在確保安全的情況下盡量排除生料)[1]。

根據(jù)生料倉現(xiàn)狀及周邊環(huán)境實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，采用方案二進(jìn)行拆除。

2.3 方案實(shí)施步驟

(1)首先對生料倉筒體內(nèi)的水泥生料進(jìn)行排放，施工中發(fā)現(xiàn)生料庫傾斜位移持續(xù)發(fā)生微量變化，故停止放料;

(2)從生料倉筒體西側(cè)底部至21 m高度位置架設(shè)鋼管架，并架設(shè)鉆孔施工安全平臺;生料庫東側(cè)搭設(shè)鋼管架困難，則先用鋼管架搭設(shè)好長寬高均為1.5 m的立方體，并在四周捆綁上竹筏，防止生料庫破裂處的石頭掉落傷及工人，工人系好安全帶由起重機(jī)吊到空中作業(yè);

(3)用風(fēng)鎬將與生料庫塔頂相連的人行天橋切割;

首先解決讀什么的問題，必須根據(jù)學(xué)生的整體學(xué)習(xí)水平來確定文獻(xiàn)閱讀的內(nèi)容。如果是簡單的科普性文章，則失去了文獻(xiàn)閱讀的意義；反之，專業(yè)性過強(qiáng)的文章則讓學(xué)生覺得晦澀難懂，望而卻步。

(4)對料倉筒體東、西兩側(cè)開定向窗口，該窗口作輔助定向爆破使用;

(5)按設(shè)計(jì)布孔要求，在19～22 m高的位置(斷裂處以下5 m)進(jìn)行布孔;

(6)為了保護(hù)料倉南側(cè)約80 m的高壓電線，對料倉南側(cè)布置炮眼位置用柔性材料(如膠帶等)進(jìn)行防護(hù)，對西側(cè)變壓房中必要的貴重設(shè)備進(jìn)行遷移。對南側(cè)地面鋪設(shè)泥土墊層，減少對南面的沖擊震動;

(7)對北側(cè)提升機(jī)底部設(shè)備進(jìn)行必要的遷移，未能遷移部分則用裝有細(xì)沙的袋子防護(hù)，并在頂部墊上稻草等柔性物質(zhì);

(8)采用分段毫秒微差技術(shù)對炮孔裝藥、拆除鋼管架并實(shí)施爆破[2]。

3 爆破參數(shù)計(jì)算

3.1 起爆器材及起爆網(wǎng)絡(luò)

炸藥為2#巖石乳化炸藥，雷管使用非電導(dǎo)爆管雷管和瞬發(fā)電雷管。為了確保安全起爆，減少爆破產(chǎn)生的振動，采用非電導(dǎo)爆管微差起爆系統(tǒng)。由于炮孔比較多，連線時(shí)用串聯(lián)方式聯(lián)網(wǎng)，每20發(fā)導(dǎo)爆管雷管為1束，每束分別用2發(fā)導(dǎo)爆管雷管連接，連接之后用2發(fā)瞬發(fā)電雷管起爆。

3.2 爆破切口

根據(jù)生料倉的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的切口形狀為梯形，根據(jù)方案二，切口部位距地面以上+19 m標(biāo)高處，以生料筒體南側(cè)門中心線作為切口的中心線。梯形底部開2個(gè)小角度定向窗，鑒于實(shí)際施工的可行性，梯形夾角設(shè)計(jì)為25°。爆破切口高度取3 m，爆破切口弧長取生料筒體外壁周長的0.6倍，切口弧長取 43 m[3]，如圖2 所示。

圖2 爆破切口示意

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合實(shí)際情況選取爆破切口參數(shù)[4，5]:孔徑 d=0.40 m;最小抵抗線 W=0.5δ=0.20 m;炮孔深度 L=(0.65 ～0.68)δ=(0.65 ～0.68) ×0.40=(0.26 ～0.272)m，實(shí)際取 0.3 m;炮孔間距a=0.4 m;炮孔排距b=a=0.4 m;經(jīng)計(jì)算，炮孔總數(shù)為n=680個(gè);單孔裝藥量Q1=150 g;總裝藥量Q總=nQ1=102 kg。

3.3 炮孔布置

炮孔布置在爆破切口范圍內(nèi)，方向朝向生料倉中心，炮孔采用方形布置，如圖3所示。

圖3 炮孔布置示意

4 爆破安全分析

4.1 爆破拆除生料倉產(chǎn)生的震動效應(yīng)

爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動速度根據(jù)薩道夫斯基公式[6]計(jì)算如下:

式中:K——介質(zhì)性質(zhì)系數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)、爆破方法、場地等因素有關(guān)，一般取50～350，實(shí)際取100;

R——測點(diǎn)到爆源的距離，m;

Q——同段起爆最大藥量，取70 kg;

a ——衰減系數(shù)，取2.0。

本工程中距生料倉最近且最重要的建筑物是西北面的廠房，因此取R=25 m，代入數(shù)值計(jì)算得V1=2.7 cm/s＜5 cm/s。這說明在生料倉爆破時(shí)，對廠房不會產(chǎn)生不良影響。

4.2 生料倉塌落觸地產(chǎn)生的震動效應(yīng)

生料倉塌落時(shí)倒塌著地時(shí)引起的振動大小與被爆體的質(zhì)量、剛度、重心高度和觸地點(diǎn)土質(zhì)條件有關(guān)。根據(jù)中科院力學(xué)所提供的構(gòu)件塌落振動試驗(yàn)公式[7]計(jì)算:

式中:I——生料倉塌落時(shí)沖量;

P——生料倉重量，2500 t:

R——目標(biāo)點(diǎn)與構(gòu)件觸地中心距離，40 m。

由式(2)得出在生料倉傾倒時(shí)在主廠房的振動速度V2=4.0 cm/s＜5 cm/s，則同樣不會產(chǎn)生不良影響。

4.3 空氣沖擊波

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)公式確定空氣沖擊波安全距離，則空氣沖擊波對人的安全距離[8]為:

空氣沖擊波對地面建筑物的的安全距離為:

通過以上安全計(jì)算，在合理的警戒范圍外，生料倉爆破產(chǎn)生的地震波、塌落震動及空氣沖擊波均不會對周圍的人和建筑物產(chǎn)生危害。

5 爆破效果

2009年11月26日下午3點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)起爆，隨著一聲悶響，生料庫約10 s按預(yù)定方向倒塌落地，落地時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力使庫內(nèi)重達(dá)1.5萬t的生料散落在倒塌方向上100 m范圍內(nèi)。生料塔質(zhì)量過大，產(chǎn)生了比較大的后座力，但由于各項(xiàng)防護(hù)措施得當(dāng)，四周的機(jī)械設(shè)備及廠房均未破壞，爆破效果比較好，對同類工程有借鑒意義。

[1] 汪旭光，于亞倫.拆除爆破理論與工程實(shí)例[M].北京:人民交通出版社，2008.

[2] 史家堉，程貴海，鄭長青.建筑物爆破拆除理論與實(shí)踐[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] 靳 洋，任志遠(yuǎn).150 m鋼筋砼煙囪定向爆破拆除[J].爆破，2009，26(1):69 －71.

[4] 王東平，馬 克，盧超波.電解鋁廠120 m高煙囪及舊廠房拆除爆破[J].工程爆破，2010，16(3):75 －77.

[5] 王賢來，王新民，姚維信，等.風(fēng)化傾斜磚煙囪定向爆破拆除[J].爆破，2010，27(3):67 －69.

[6] 王玉杰.爆破工程[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2009.

[7] 齊憲秀，張義平，池恩安，等.復(fù)雜條件下4座煙囪拆除爆破[J].爆破，2010，27(3):64 －66.

[8] 邱進(jìn)芬，梁錢福，馮大林.70 m高鋼筋混凝土煙囪控制爆破拆除[J].采礦技術(shù)，2009，9(5):98 －99.

2011－01－13)

謝承煜(1984－)，男，廣西賀州人，碩士研究生，從事爆破及開采工藝的研究，Email:xiechengyu42@163.com。