金屬結構采砂船爆破拆除技術

安玉東 陳 晨 李本偉 胡浩川 周應軍

(中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司)

1 工程概況

湖北省通山縣下闊村境內河段存在2艘非法采砂船(圖1),長約16 m，寬約5.5 m，為金屬結構。船底艙金屬鋼板厚約5 mm，船上層金屬鋼板厚約2 mm。采砂船由4個部分構成，分別為前艙、儲沙艙、后艙。前艙設有2道斜支撐結構，高約2 m、寬約1.5 m，為無縫鋼管，壁厚約3 mm，斜支撐結構下部為傳沙履帶，由角鋼支撐；儲砂艙因湖水侵蝕和泥沙沉淀，艙內存有大量鐵銹和泥沙結塊；后艙為設備艙，為柴油機組、輸送管道、吊桿、卷揚機等。

2 爆破參數設計

2.1 計算藥量

本研究爆破采用裸露藥包爆破切割法，在切割部位敷貼條狀裸露藥包或纏繞數圈導爆索，利用炸藥產生的強大沖擊剪切作用，將金屬材料切斷破裂。

圖1 爆區環境

經計算[1-4]：非法采砂船船艙鋼板厚約5 mm，設計爆破破口面積為50 cm2/m，爆破每米長切口所需乳化炸藥藥量約1.7 kg；船上部鋼板厚約2 mm，設計爆破破口面積為20 cm2/m，爆破每米長切口所需乳化炸藥藥量約0.7 kg。

2.2 試 爆

采砂船前艙底部間隔1.5 m布置了3種不同藥量的藥包，依次為1節φ32 mm乳化炸藥，藥量0.2 kg (線裝藥密度為1 kg/m)；2節φ32 mm乳化炸藥，藥量0.4 kg(線裝藥密度為2 kg/m)；3節φ32 mm乳化炸藥，藥量0.6 kg(線裝藥密度為3 kg/m)。采砂船前艙船板間隔1.5 m布置了2種不同藥量的藥包，依次為1節φ70 mm乳化炸藥，藥量為2 kg(線裝藥密度為4 kg/m)；0.5節φ32 mm乳化炸藥(豎向切割成半節)，藥量0.1 kg(線裝藥密度為0.5 kg/m)。采砂船前艙角鋼斜撐布置了0.5節φ32 mm乳化炸藥(豎向切割成半節)，藥量0.1 kg (線裝藥密度為0.5 kg/m)[5-9]，用沙袋壓于所選試爆位置。采砂船儲砂艙金屬板間隔2 m布置了2種不同藥量的藥包，依次為1節φ32 mm乳化炸藥，藥量0.2 kg(線裝藥密度為1 kg/m)；2節φ32 mm 乳化炸藥，藥量0.4 kg(線裝藥密度為2 kg/m)。本研究試爆中應用的條形藥包由多節乳化炸藥用膠帶沿炸藥軸線捆綁而成。每個藥包布置位置通過使用5～6個沙袋固定與壓實。

現場試爆表明：采砂船前艙底部金屬板在3種不同藥量的情況下均形成了最大直徑為50～120 cm 的破碎區域，爆破破碎效果良好；當藥量為0.6 kg時，由于藥量過大造成裝藥位置上部金屬板，即前艙船板處的金屬板被擊穿，產生了金屬飛濺物，對周圍環境產生了一定的危害。采砂船前艙船板在2種不同藥量的情況下均被擊出最大直徑為30～100 cm 的破碎區域。當藥量為0.1 kg時，爆破產生的破碎區域較小，爆破效果不理想；當藥量為0.2 kg時，爆破效果良好，達到了預期效果。采砂船前艙角鋼斜撐的爆破效果良好，角鋼被完全炸斷，失去支撐作用。采砂船儲砂艙金屬板在2種不同藥量的情況下均被擊出最大直徑為50～100 cm的破碎區域，爆破效果良好。由于采砂艙在外部，當藥量為0.4 kg 時，未產生金屬飛濺物。

3 裝藥施工

3.1 總體拆除方案

根據船體自身結構及周邊環境特點，并綜合考慮各種因素，采用裸露藥包爆破切割法。為保證爆破效果，在采砂船的前艙、儲沙艙、后艙共鋪設了條形藥包50～56處。

3.2 藥包布置

根據試爆結果與各結構金屬板的厚度，最終確定使用0.1，0.2，0.4 kg 3種條形藥包進行裝藥。采砂船船板與儲砂艙的金屬板采用0.2 kg條形藥包，采砂船角鋼斜撐處采用0.1 kg條形藥包，采砂船船艙底部的金屬板采用0.4 kg條形藥包。船板藥包布置間隔為1 m，儲砂艙藥包布置間隔為1.5 m，船艙底部藥包布置間隔為1.5 m，每根角鋼分別布置1個條形藥包。在設備艙設置4個爆破點，分別在柴油機組、抽砂泵、卷揚機和發電機下方。

3.3 起爆網絡

由于此次爆破區域附近有高壓線，為確保爆破施工安全并確保安全準爆，采用非電導爆管微差起爆系統，分2個段別起爆[4]。采砂船采用MS-13段非電雷管，儲砂船采用MS-9段非電雷管，每18～20發非電雷管組成1簇用2發瞬發導爆管雷管連接，形成交叉復式網絡，用起爆器起爆(圖2)。

圖2 起爆網絡示意

3.4 爆破器材

本研究炸藥為乳化藥柱，雷管為非電毫秒延期導爆管雷管，MS-2導爆管雷管100發，MS-9導爆管雷管200發，MS-13導爆管雷管200發。所需乳化炸藥6箱，共144 kg。

4 安校核及防護

4.1 爆破沖擊波

根據《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[10]，空氣沖擊波超壓的安全允許標準：對不設防的非作業人員為0.02×105Pa，掩體中的作業人員為0.1×105Pa。在平坦地形條件下爆破時，可按下式計算超壓：

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R，

(1)

式中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，×105Pa；Q為1次爆破炸藥當量，秒延時爆破為最大1段藥量，毫秒延時爆破時為總藥量，kg；R為爆源至被保護對象的距離，m。

當Q=40kg，R=250m，經計算：ΔP=0.015×105Pa<0.02×105Pa，因此爆破空氣沖擊波超壓不會對人員產生危害。

4.2 金屬爆破飛濺物防護

用沙袋(沙袋中沙子顆粒直徑不宜大于0.5mm，每袋沙袋質量不宜小于25kg)將條形藥柱臨空面壓密實，確保無藥卷裸露于空氣中。

4.3 爆破振動安全核算及監測4.3.1 爆破振動安全核算

根據《爆破安全規程》(GB6722—2014)[10]質點振動速度V的計算公式為

式中，K、α分別為與爆破點至被保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，K=150，α=1.5。

當Q=40kg，R=250m時，經計算：V=0.52m/s，小于《爆破安全規程》(GB6722—2014)[10]對于一般建筑物的安全允許振動速度。

4.3.2 爆破振動監測

根據爆破區域周邊民房踏勘的具體情況，采用測振儀(型號為TC-4850)對爆破點周圍建筑物進行了爆破振動監測(圖1)。監測表明：1#、2#測點處的爆破振動速度分別為0.09，011cm/s，符合《爆破安全規程》(GB6722—2014)的爆破振動安全標準。

4.4 爆破效果

爆破后船艙大量進水沉沒；船艙和船板都被擊出直徑為0.5～1m的大洞(圖3)，斜撐角鋼完全炸斷；爆破金屬飛散物都在50m范圍內；非法采砂船失去工作能力，空氣沖擊波均控制安全范圍內。總體上，此次爆破達到了預期效果，爆破對周圍建筑設施無影響，爆破施工過程較安全。

5 結 語

對湖北省通山縣鐵柱港河內的2艘非法采砂船進行了爆破拆除工作，取得了理想效果，對于類似鋼結構設施拆除工作也有一定的參考意義。

圖3 爆破效果