高卸荷槽技術(shù)在100 m高冷卻塔爆破拆除中的應(yīng)用

邊作青 張紀(jì)云 高帥杰 劉玉華 趙玉龍 董保立 張英才

(1.內(nèi)蒙古赤峰市公安局治安支隊(duì)；2.河南迅達(dá)爆破有限公司;3.河南省公安廳治安總隊(duì)；4.河南理工大學(xué)土木工程學(xué)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(qū)東北角，北側(cè)距離換熱站64 m，東側(cè)距河西環(huán)衛(wèi)處49 m；南側(cè)有135 m長(zhǎng)的空地；西側(cè)距離二期 220 kV出線電纜46 m。該冷卻塔為雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，淋水面積為4 000 m2；塔頂標(biāo)高100 mm，進(jìn)風(fēng)口標(biāo)高6.30 m，直徑73.172 m；喉部標(biāo)高80.00 m，喉部直徑41.40 m，出口直徑43.337 m。人字支柱基礎(chǔ)標(biāo)高-3.5 m，直徑79.484 m，共由44對(duì)人字支柱組成，人字支柱垂高6.902 m，傾角70.91°，斜長(zhǎng)7.477 m；人字支柱根部標(biāo)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(shè)計(jì)

2.1 拆除方案選擇

根據(jù)冷卻塔自身結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境情況、場(chǎng)地條件、各種需要保護(hù)設(shè)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(huán)水泵房等拆除，以便冷卻塔有足夠的倒塌場(chǎng)地。采用“預(yù)開定向窗，預(yù)處理部分塔壁板塊，僅對(duì)人字支柱進(jìn)行爆破”的單向定向控制爆破拆除方案。

2.2 爆破切口設(shè)計(jì)

本研究對(duì)該冷卻塔的人字支柱實(shí)施鉆孔爆破，預(yù)先采用機(jī)械方式對(duì)塔壁進(jìn)行處理獲得高度的卸荷槽，即可使塔體按設(shè)計(jì)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(dòng)，又有利于縮短工期，提高安全系數(shù)。根據(jù)冷卻塔結(jié)構(gòu)，冷卻塔切口寬度取塔壁周長(zhǎng)的3/5，對(duì)應(yīng)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(shí)取22.35 m。實(shí)際施工中，僅對(duì)人字支柱爆破，實(shí)際施工時(shí)人字支柱有26對(duì)。

2.3 爆破預(yù)處理

預(yù)處理主要包括定向窗、高卸荷槽和淋水平臺(tái)，定向窗的作用是確保冷卻塔按設(shè)計(jì)方向倒塌，用機(jī)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(shí)現(xiàn)連續(xù)倒塌、保證切口高度、減小塔體倒地振動(dòng)，通過預(yù)開高卸荷槽來降低爆破工作量。高卸荷槽開設(shè)于傾倒中心線中間向兩側(cè)對(duì)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(jī)械方式對(duì)塔體內(nèi)淋水平臺(tái)以及鋼爬梯進(jìn)行拆除，以免影響冷卻塔的倒塌方向。

2.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

由于對(duì)人字支柱以上的塔體部分采用了機(jī)械預(yù)破碎處理方案，在設(shè)計(jì)爆破缺口內(nèi)僅需對(duì)人字支柱進(jìn)行爆破。本研究設(shè)計(jì)的人字支柱爆破參數(shù)見表1。

表1 人字支柱爆破參數(shù)

2.5 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及分區(qū)

為效減小單響起爆藥量，控制爆破振動(dòng)對(duì)塔體周邊建(構(gòu))筑物和設(shè)施的影響，冷卻塔分8個(gè)爆破區(qū)4個(gè)段別起爆，每個(gè)爆破區(qū)有3對(duì)人字支柱，每個(gè)段別最多起爆6對(duì)人字支柱，可有效減小單響起爆藥量。采用非電雙向多點(diǎn)觸發(fā)起爆網(wǎng)絡(luò)，相鄰2個(gè)連接點(diǎn)通過綁扎2個(gè)正向雷管和2個(gè)反向雷管，雙向4根導(dǎo)爆管，最終將所有綁扎點(diǎn)連接成2個(gè)方向的閉合回路，在該閉合回路上任意選擇2個(gè)起爆點(diǎn)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)爆率。

3 爆破安全設(shè)計(jì)

(1)爆破振動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)距離最近、需要保護(hù)程度最高的是位于塔體東側(cè)49 m處的河西環(huán)衛(wèi)機(jī)掃中心，將冷卻塔最大單段起爆藥量(32.2 kg)代入質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度公式[1]，得出的理論振動(dòng)速度為0.629 cm/s，遠(yuǎn)小于允許的振動(dòng)速度。

(2)觸地振動(dòng)控制。根據(jù)《工程爆破理論與技術(shù)》中拆除爆破推薦的塌落振動(dòng)速度公式[2-3]，計(jì)算得出河西環(huán)衛(wèi)機(jī)掃中心的理論振動(dòng)速度為4.897 cm/s，大于《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)[1]的允許振動(dòng)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(huán)衛(wèi)機(jī)掃中心的建筑物受到冷卻塔觸地振動(dòng)的影響產(chǎn)生的觸地振動(dòng)速度超過安全限值，須采取減振措施[4]。

(3)爆破飛石控制。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，炮孔爆破飛石距離可由下式計(jì)算[5]

Rf=KTqD，

(1)

式中，KT為與爆破方式、填塞長(zhǎng)度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，取1.0～1.5；q為炸藥單耗，kg/m3；D為藥孔直徑，mm。計(jì)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(jì)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(fā)爆破時(shí)為總藥量，延期爆破時(shí)為單段最大藥量，kg；K為與裝藥途徑和爆破程度有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于建筑物，K=1～2，對(duì)于人，K=10。計(jì)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(huì)對(duì)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(hù)措施

(1)降低爆破振動(dòng)。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(dāng)保護(hù)對(duì)象距離爆源較近時(shí)，在爆源周邊設(shè)置1條或多條減振溝。

(2)降低塌落振動(dòng)。提前開設(shè)高卸荷槽，減小冷卻塔的塌落振動(dòng)強(qiáng)度[7]。相關(guān)實(shí)例監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)采用土埂溝槽減振措施后，爆破拆除時(shí)的振動(dòng)速度可以減小約70%。

(3)爆破飛石及空氣沖擊波防護(hù)。相應(yīng)措施為：確定合理的裝藥結(jié)構(gòu)、爆破參數(shù)；確保炮孔堵塞質(zhì)量；采用毫秒延期爆破技術(shù)來削弱空氣沖擊波的強(qiáng)度；預(yù)設(shè)阻波墻；炮孔覆蓋防護(hù)[8]。

5 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的10個(gè)測(cè)振點(diǎn)中，選擇布置于河西環(huán)衛(wèi)機(jī)掃中心的4#測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知X方向最大振動(dòng)速度為0.37cm/s，Y方向最大振動(dòng)速度為0.23cm/s，Z方向最大振動(dòng)速度為1.14cm/s(圖1)，遠(yuǎn)小于理論振動(dòng)速度(4.897cm/s)、《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)的允許振動(dòng)速度(3.5～4.5cm/s)。

圖1 4#測(cè)點(diǎn)Z方向振動(dòng)波形

6 結(jié) 語

對(duì)陳塘熱電有限公司100 m高冷卻塔爆破拆除方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過在冷卻塔周圍設(shè)置減振溝，有效控制了振動(dòng)速度，對(duì)于類似工程實(shí)踐也有一定的參考價(jià)值。