金屬結(jié)構(gòu)采砂船爆破拆除技術(shù)

安玉東 陳 晨 李本偉 胡浩川 周應(yīng)軍

(中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司)

1 工程概況

湖北省通山縣下闊村境內(nèi)河段存在2艘非法采砂船(圖1),長(zhǎng)約16 m，寬約5.5 m，為金屬結(jié)構(gòu)。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(gè)部分構(gòu)成，分別為前艙、儲(chǔ)沙艙、后艙。前艙設(shè)有2道斜支撐結(jié)構(gòu)，高約2 m、寬約1.5 m，為無(wú)縫鋼管，壁厚約3 mm，斜支撐結(jié)構(gòu)下部為傳沙履帶，由角鋼支撐；儲(chǔ)砂艙因湖水侵蝕和泥沙沉淀，艙內(nèi)存有大量鐵銹和泥沙結(jié)塊；后艙為設(shè)備艙，為柴油機(jī)組、輸送管道、吊桿、卷?yè)P(yáng)機(jī)等。

2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)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(shù)圈導(dǎo)爆索，利用炸藥產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊剪切作用，將金屬材料切斷破裂。

圖1 爆區(qū)環(huán)境

經(jīng)計(jì)算[1-4]：非法采砂船船艙鋼板厚約5 mm，設(shè)計(jì)爆破破口面積為50 cm2/m，爆破每米長(zhǎng)切口所需乳化炸藥藥量約1.7 kg；船上部鋼板厚約2 mm，設(shè)計(jì)爆破破口面積為20 cm2/m，爆破每米長(zhǎng)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(jié)φ32 mm乳化炸藥，藥量0.2 kg (線裝藥密度為1 kg/m)；2節(jié)φ32 mm乳化炸藥，藥量0.4 kg(線裝藥密度為2 kg/m)；3節(jié)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(jié)φ70 mm乳化炸藥，藥量為2 kg(線裝藥密度為4 kg/m)；0.5節(jié)φ32 mm乳化炸藥(豎向切割成半節(jié))，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(jié)φ32 mm乳化炸藥(豎向切割成半節(jié))，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(chǔ)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(jié)φ32 mm乳化炸藥，藥量0.2 kg(線裝藥密度為1 kg/m)；2節(jié)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(yīng)用的條形藥包由多節(jié)乳化炸藥用膠帶沿炸藥軸線捆綁而成。每個(gè)藥包布置位置通過(guò)使用5～6個(gè)沙袋固定與壓實(shí)。

現(xiàn)場(chǎng)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(qū)域，爆破破碎效果良好；當(dāng)藥量為0.6 kg時(shí)，由于藥量過(guò)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(chǎn)生了金屬飛濺物，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)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(qū)域。當(dāng)藥量為0.1 kg時(shí)，爆破產(chǎn)生的破碎區(qū)域較小，爆破效果不理想；當(dāng)藥量為0.2 kg時(shí)，爆破效果良好，達(dá)到了預(yù)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(chǔ)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(qū)域，爆破效果良好。由于采砂艙在外部，當(dāng)藥量為0.4 kg 時(shí)，未產(chǎn)生金屬飛濺物。

3 裝藥施工

3.1 總體拆除方案

根據(jù)船體自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境特點(diǎn)，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(chǔ)沙艙、后艙共鋪設(shè)了條形藥包50～56處。

3.2 藥包布置

根據(jù)試爆結(jié)果與各結(jié)構(gòu)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(jìn)行裝藥。采砂船船板與儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)條形藥包。在設(shè)備艙設(shè)置4個(gè)爆破點(diǎn)，分別在柴油機(jī)組、抽砂泵、卷?yè)P(yáng)機(jī)和發(fā)電機(jī)下方。

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)

由于此次爆破區(qū)域附近有高壓線，為確保爆破施工安全并確保安全準(zhǔn)爆，采用非電導(dǎo)爆管微差起爆系統(tǒng)，分2個(gè)段別起爆[4]。采砂船采用MS-13段非電雷管，儲(chǔ)砂船采用MS-9段非電雷管，每18～20發(fā)非電雷管組成1簇用2發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管連接，形成交叉復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，用起爆器起爆(圖2)。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)爆管雷管，MS-2導(dǎo)爆管雷管100發(fā)，MS-9導(dǎo)爆管雷管200發(fā)，MS-13導(dǎo)爆管雷管200發(fā)。所需乳化炸藥6箱，共144 kg。

4 安校核及防護(hù)

4.1 爆破沖擊波

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)[10]，空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)不設(shè)防的非作業(yè)人員為0.02×105Pa，掩體中的作業(yè)人員為0.1×105Pa。在平坦地形條件下爆破時(shí)，可按下式計(jì)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(dāng)量，秒延時(shí)爆破為最大1段藥量，毫秒延時(shí)爆破時(shí)為總藥量，kg；R為爆源至被保護(hù)對(duì)象的距離，m。

當(dāng)Q=40kg，R=250m，經(jīng)計(jì)算：ΔP=0.015×105Pa<0.02×105Pa，因此爆破空氣沖擊波超壓不會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危害。

4.2 金屬爆破飛濺物防護(hù)

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

4.3 爆破振動(dòng)安全核算及監(jiān)測(cè)4.3.1 爆破振動(dòng)安全核算

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)[10]質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V的計(jì)算公式為

式中，K、α分別為與爆破點(diǎn)至被保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，K=150，α=1.5。

當(dāng)Q=40kg，R=250m時(shí)，經(jīng)計(jì)算：V=0.52m/s，小于《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)[10]對(duì)于一般建筑物的安全允許振動(dòng)速度。

4.3.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

根據(jù)爆破區(qū)域周邊民房踏勘的具體情況，采用測(cè)振儀(型號(hào)為TC-4850)對(duì)爆破點(diǎn)周圍建筑物進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)(圖1)。監(jiān)測(cè)表明：1#、2#測(cè)點(diǎn)處的爆破振動(dòng)速度分別為0.09，011cm/s，符合《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)的爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 爆破效果

爆破后船艙大量進(jìn)水沉沒(méi)；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(nèi)；非法采砂船失去工作能力，空氣沖擊波均控制安全范圍內(nèi)?？傮w上，此次爆破達(dá)到了預(yù)期效果，爆破對(duì)周圍建筑設(shè)施無(wú)影響，爆破施工過(guò)程較安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)湖北省通山縣鐵柱港河內(nèi)的2艘非法采砂船進(jìn)行了爆破拆除工作，取得了理想效果，對(duì)于類似鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施拆除工作也有一定的參考意義。

圖3 爆破效果