杨准,丁齐浩,周如贤

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

砖结构烟囱定向倾倒爆破拆除是比较成熟的拆除手段。通常要求在定向倒塌方向上有一个横向宽度不小于爆破部位直径3.0～4.0倍的倒塌场地。对于倒塌场地横向宽度仅为爆破部位直径2.3倍的场地条件,如何做到烟囱精准倾倒爆破拆除,是本文着重介绍的内容。本文针对巴陵石化分公司厂区内一座50 m高砖结构烟囱爆破拆除工程实例,介绍在十分复杂环境下通过多种爆破技术的运用,确保了爆破的效果,可为类似的工程提供借鉴。

1 工程概况

中国石化集团巴陵石化分公司厂区内一座50 m高砖结构烟囱需要通过爆破方式进行拆除。根据周围环境条件,可供烟囱倾倒的范围极小,烟囱倾倒轴线两侧均有建筑物和管道设施,烟囱倾倒最大允许偏差只有2.2°,要求烟囱倾倒定向准确,偏差要控制在1°之内,才能保证周边建筑物和设施的安全。

1.1 烟囱结构

待拆除烟囱为砖结构,高度为50 m,烟囱底部外直径为4.7 m,顶部外直径2.2 m,烟囱底部壁厚60 c m,耐火砖壁厚0.24 c m,烟囱底部西侧有一烟道口,宽度1 m。烟囱筒体无开裂现象,筒壁5 m以下用10 c m厚度的钢筋混凝土进行了加固,烟囱结构完整良好。

1.2 周围环境

待拆除烟囱周围环境十分复杂,烟囱东侧有南北走向的架空蒸汽管道,距离烟囱最近处约3 m;南侧有东西走向的架空蒸汽管道,管道与烟囱倾倒轴线大致平行,距离烟囱底部最近处4 m;北侧为厂区建筑物,与烟囱倾倒方向大致平行,有办公室和仓库,距离烟囱最近处5 m;西侧为厂区道路,道路走向与烟囱倾倒方向相同,烟囱距离厂区大门85 m,如图1所示。

图1 周边环境示意

2 工程难点及对策

2.1 工程难点

(1)烟囱倒塌范围受限,倾倒精度要求高。烟囱倾倒轴线两侧分别为与之平行的架空管道和建筑物,管道与建筑物最宽处为14 m,最小距离仅有11 m,可供烟囱倾倒的范围非常小,允许烟囱倾倒偏差最大角度为2.2°,因此要求烟囱倾倒定向极为精准,在留有一定安全富余量的要求下,烟囱倾倒偏差要控制在1°之内,也就是烟囱顶部落地位置不能偏离倾倒轴线超过0.9 m。这对爆破设计和施工提出了极高的要求。

(2)烟囱后侧保护目标近,要严格控制后座。烟囱倾倒方向后侧3 m处为蒸汽管道和建筑物,需要重点保护,因此要有相应的措施防止烟囱爆破时产生后座而影响管道的安全。

(3)周边保护目标近,爆破有害效应控制难度大。烟囱底部除倾倒方向外,3个方向都有建筑物或设施需要保护,其中2个方向有运行的架空蒸汽管道,管道距烟囱仅3～4 m,另一个方向为一座两层的办公楼,距烟囱底部5 m,由于周边需保护的建(构)筑物较多,因此需要通过严格的防护措施来减小爆破振动和飞石的有害效应。

2.2 提高烟囱倾倒精度的措施

(1)精细设计。砖结构烟囱爆破切口对应的圆心角通常在185°～210°范围内,从原理上分析,圆心角取值越小,烟囱倾倒的精度越高。根据闫统钊等[1]对55 m砖结构烟囱小角度切口爆破拆除采用185°圆心角的实践结果,本次设计爆破切口对应的圆心角为187.2°,切口长度为烟囱外径周长的52%。最大限度地保证烟囱的倾倒精度。

(2)精准测量。使用全站仪对烟囱爆破设计上几个关键部位精准测量。主要测量部位包括烟囱倾倒轴线、定向窗顶角的高度等,测量误差控制在毫米级。通过皮尺反复核对切口长度及后支撑体的长度,确保定向窗顶角位置的准确。

(3)精心施工。如何把精细设计和精准测量的结果落实到工程中,必须通过精心施工来实现。施工中主要是控制定向窗的顶角位置,通过使用小型工具,精心施工,确保位置精度控制在厘米级。

3 爆破设计

3.1 倒塌方向确定

由于现场周边环境条件限制,可供倾倒的范围较小,只有约2°的倒塌范围,根据周围环境条件,较为理想的倒塌方向为西偏北16°方向。偏差要控制在1°之内。

3.2 爆破切口设计

烟囱爆破切口位置在烟囱标高＋0.5～＋2.25 m处。为获得理想的定向效果,切口形状选择正梯形。为确保倒塌方向的准确性,在切口两边开设定向窗,定向窗倾倒角度30°,在切口中部利用烟囱原有洞口开设一个宽1 m、高1.75 m的减荷槽,如图2所示。

图2 爆破切口展开(单位:cm)

爆破切口过长,会影响烟囱倾倒的精度,因此在满足烟囱结构失稳的条件下,尽量减小切口长度。在确保烟囱爆破切口满足倾覆要求的前提下,取爆破切口所对应的圆心角为187.2°(爆破切口部位为周长的52%)较为合理,通过计算得到烟囱筒壁爆破切口的下口宽为7.68 m,切口的上口宽为2.44 m,切口高度设计为1.75 m。

为确保烟囱倾倒,减小烟囱筒体支撑区后侧的抗拉强度,在预处理时除保留定向窗两个顶角向后20 c m之内的混凝土,其他支撑区的外部加强混凝土全部切开。爆破前将烟囱内衬全部用人工拆除,爆破切口范围内筒体外部混凝土全部用机械清理干净。

3.3 炮孔参数的选取

爆破切口部位按横向平行布置5排炮孔,孔径38 mm,各排间的炮孔交错配置,装药使用Φ32 mm乳化炸药。起爆雷管使用导爆管雷管。每孔一个药包并安装一发起爆雷管。根据常用公式和经验数据,经计算所得的爆破参数见表1。

表1 爆破参数

3.4 起爆网路设计

起爆网路为非电导爆管网路,使用MS2导爆管雷管,采用孔外传爆方式,分两个段别起爆。

4 安全防护措施

为减小爆破振动和爆破飞石对周边建筑和设施的影响,采取了如下安全措施。

(1)控制单响药量,最大单响药量为2.4 kg,安全校核计算得出:距离烟囱最近5 m处的办公楼的爆破振动值小于2.5 c m/s的安全允许标准。

(2)在烟囱爆破切口部位用2层棉被、一层钢丝网、5层密目安全网进行包裹,爆破飞石可控制在20 m范围之内。

(3)对近距离的办公楼门窗和管道设施采取主动式防护,搭建排架,使用竹夹板、密目安全网等防护材料进行遮挡或覆盖防护。

(4)用沙袋在烟囱倾倒范围内设置三道缓冲带,减小烟囱落地时的振动。

5 爆破效果与体会

烟囱起爆后短暂处于静止状态,约0.5 s后开始向设计倾倒方向缓慢倾倒,倾倒至大约50°时,烟囱43 m处断裂,9 s时烟囱全部落地。倒塌位置与设计的轴线完全重合。倒塌最大距离为46 m左右。本次烟囱定向爆破倾倒过程中,没有产生下坐,定向窗顶角位置筒壁抗压强度很高,没有产生明显压缩变形,烟囱筒壁后侧在预切割缝位置拉断,并整体向前翻转,倾倒方向和倒塌距离都得到了很好的控制。爆破飞石控制在安全距离内,没有对周边的建筑和设施造成有害影响。起爆瞬间的烟囱倒塌和完全倒塌后的情形如图3和图4所示。

图3 50 m高烟囱起爆瞬间照片

图4 50 m高烟囱倒塌后照片

本次爆破有以下几点体会。

(1)烟囱倾倒定向精准。本次烟囱倾倒落地后的位置与预定的倾倒轴线完全重合。总结经验,主要是精细和精心施工,设计上对爆破切口圆心角采取187.2°的极限值设计,最大限度地保证了倾倒的准确性。在定向窗等部位的施工上严格按照设计方案,尽最大能力减小施工误差。

(2)控制后座效果明显。烟囱倾倒方向后侧3 m处有管道和建筑物,不允许烟囱产生较大的后座,因此,在设计施工中,采取小切口,增大支撑区面积,保留定向窗顶角后端20 c m的混凝土加固层,增加转角位置的抗压强度,其他支撑体部分的混凝土切断,减小烟囱倾覆时的拉力。烟囱倾倒后检查,转角处的筒体没有明显的压垮现象,整体从预切割缝处与支撑区断开,向倾倒方向翻转。后部保护目标完好无损。

(3)有害效应得到控制。由于本次烟囱爆破拆除工程周边需要保护的建(构)筑物距离很近,因此,如何降低爆破过程中产生的爆破震动就成为了安全防护的重点。通过多段起爆、防护工程措施的落实,爆破所产生的振动和飞石都得到了很好的控制。烟囱北侧仓库(测振点距烟囱底部30 m,距烟囱倾倒轴线6 m)的测振结果为0.97 c m/s,烟囱北侧办公室(测振点距烟囱最近距离5.5 m)的测振结果为1.70 c m/s,均小于设计方案中的预估结果。爆破飞石未对周边的建筑物和设施造成任何损害。