冶煉廠廢棄設(shè)備的拆除方案及安全防護(hù)措施研究

張寶亮

（貴州開(kāi)源爆破工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 551400）

1 工程概況

某公司金屬冶煉廠部分設(shè)備設(shè)施進(jìn)行拆除改建，現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)除冶煉相關(guān)設(shè)施外技術(shù)要求較高的拆除設(shè)施為一根高約42 m的磚砌煙囪。由于受地震影響，煙囪已經(jīng)發(fā)生偏斜，煙囪頂帽出現(xiàn)明顯裂痕，對(duì)冶煉廠其他相關(guān)設(shè)施安全造成嚴(yán)重威脅。目前該煙囪已經(jīng)廢棄，已成為廠區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)建筑，為排除安全隱患，保護(hù)其他冶煉設(shè)施，決定對(duì)該煙囪實(shí)施拆除。煙囪東側(cè)距離2m有深3.5m的廢渣儲(chǔ)存區(qū)，西側(cè)距離9.5m是鍋爐房，北側(cè)3m處是廢棄的臨時(shí)儲(chǔ)料區(qū)，爆破施工時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行拆除，拆除后北側(cè)可供煙囪倒塌；南側(cè)為廠區(qū)內(nèi)廢棄的管道、設(shè)備，南側(cè)距煙囪20m處是廠區(qū)圍墻，圍墻外面是村民耕地；東北側(cè)37m處有一個(gè)10t容量的液體儲(chǔ)存庫(kù)，西北側(cè)40m處是原料儲(chǔ)存區(qū)，廠房上距離地面15m處是燃?xì)夤芫€(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，為保證煙囪安全倒塌且不影響周?chē)h(huán)境，選擇北側(cè)空曠地帶為煙囪倒塌方向。

該煙囪整體結(jié)構(gòu)為磚砌結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：煙囪高約42m，因年久失修外部顯現(xiàn)微腐蝕，煙囪筒體9.6m高處有不銹鋼管道和鋼架平臺(tái)與其連接，筒體10m以上每隔1m用鋼圈做加固處理。根據(jù)煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范高42m的煙囪外徑為2m，內(nèi)徑為1m，周長(zhǎng)為6.28m，壁厚為50cm，具體尺寸參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工鉆鑿開(kāi)孔調(diào)整。

2 技術(shù)分析

對(duì)于冶煉相關(guān)設(shè)施可采取機(jī)械拆解方式拆除，目而對(duì)于高聳筒體建筑的拆除方式往往采取爆破、機(jī)械或者人工方式拆除，針對(duì)特定的工程，綜合考慮、比較分析選取合適的方式，需要綜合考慮施工的安全性、工程進(jìn)度是否能滿(mǎn)足工期要求、工程成本是否經(jīng)濟(jì)合理。而對(duì)于本工程，由于廠內(nèi)道路、架設(shè)設(shè)施等導(dǎo)致大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)受限，因此不適用本工程；而煙囪高聳，筒體出現(xiàn)裂縫，人工拆除極其危險(xiǎn)，滿(mǎn)足不了安全要求，且施工效率低下，施工成本較高。

對(duì)煙囪的拆除方式主要有爆破拆除、機(jī)械拆除、人工拆除三種方式，選擇哪一種拆除方法，主要依據(jù)是其安全性，工程進(jìn)度，施工成本等是否滿(mǎn)足工期要求，對(duì)于高大煙囪而言，機(jī)械拆除受其拆除高度和作功能力的限制，無(wú)法對(duì)其予以拆除，而采用人工拆除，其危險(xiǎn)度相當(dāng)高，且難度大，工期長(zhǎng)，既滿(mǎn)足不了工期要求，又保證不了高空作業(yè)人員的施工安全。對(duì)于高聳建筑采取爆破手段拆除是一種非常高效的方式，爆破拆除原理是根據(jù)建構(gòu)筑物自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在特定承重位置布置藥包，爆破后破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在自重下沿預(yù)定方向或預(yù)定方式傾倒。就本煙囪而言，周邊設(shè)施經(jīng)處理后具備爆破拆除條件，但需對(duì)周邊的重點(diǎn)保護(hù)設(shè)施采取一定的保護(hù)措施。

3 煙囪爆破方案設(shè)計(jì)

爆破切口通常有方形、正梯形、倒梯形形式，在倒塌方向要求嚴(yán)格時(shí)一般需采取開(kāi)鑿定向窗方式確保倒塌方向，本工程冶煉廠煙囪周?chē)O(shè)施眾多，在兩側(cè)開(kāi)鑿定向窗。切口的圓心角的大小決定了爆破工作量，一般來(lái)講對(duì)于不具備抗拉性能的鉆砌煙囪，可選擇較小的爆破切口，但切口圓心角應(yīng)大于180°。爆破切口的圓心角大小決定爆破后形成缺口的大小，缺口過(guò)小煙囪不易失穩(wěn)，下部容易留有未倒塌段，缺口過(guò)大則煙囪底部在倒塌過(guò)程中支撐面積不夠，倒塌過(guò)程容易發(fā)生偏斜。而冶煉廠廠區(qū)內(nèi)該煙囪筒體出現(xiàn)裂縫，周邊環(huán)境復(fù)雜，不允許傾倒初期解體塌落，因而選擇較大角度的爆破切口圓心角。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，爆破切口圓心角選為216°，爆破切口形狀采用倒梯形方式，設(shè)計(jì)煙囪傾倒方向?yàn)橄蛘狈较騼A倒，爆破前兩側(cè)開(kāi)鑿定向窗，從而確保倒塌方向的準(zhǔn)確。定向窗形狀為三角形，底邊長(zhǎng)0.6m，高1.5m，沿倒塌中心線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)。切口高度大小一定程度上決定了煙囪傾倒速度，根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)爆破切口高度選擇為1.0m。

鉆孔使用40mm孔徑，由于煙囪外壁厚度為50cm，炮孔深度一般設(shè)計(jì)為2/3倍的壁厚，因此這里炮孔深度為33cm，根據(jù)32mm直徑藥卷做功能力，孔距、排距均取30cm，炸藥單耗取0.95kg/m3，則單孔藥量約45g。使用梅花形炮孔布孔，爆破切口內(nèi)已開(kāi)鑿定向窗，經(jīng)布孔，共計(jì)28個(gè)炮孔，總藥量約1.26kg。孔內(nèi)使用雙發(fā)導(dǎo)爆管雷管，孔內(nèi)管累計(jì)約56發(fā)，孔內(nèi)使用MS1段雷管，孔外每14發(fā)雷管進(jìn)行簇連。爆破切口如圖1，簇連網(wǎng)路如圖1。

圖1 爆破切口示意圖

圖2 起爆網(wǎng)路圖

4 安全校核及措施

4.1 爆破振動(dòng)校核

爆破振動(dòng)是炸藥爆炸后能量傳播所致，由于爆破點(diǎn)附近冶煉設(shè)施較多，必須對(duì)振動(dòng)加以校核。對(duì)于爆破振動(dòng)一般通過(guò)薩道夫斯基公式進(jìn)行校核：

其中：V為校核點(diǎn)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，cm/s。對(duì)于本工程參照按照GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》及相關(guān)的爆破振動(dòng)安全閥值研究，取周邊設(shè)備、設(shè)施最大允許的振動(dòng)速度取為1.5cm/s。

R為校核點(diǎn)與爆破中心的最短距離，煙囪附近的鍋爐房為較近保護(hù)建筑，取9.5m；

K、a—與傳播途徑有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)爆破拆除經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)類(lèi)比，取K=80，a=2.5；

Q為最大單響藥量，kg，本工程中為采取分段起爆技術(shù)，取總藥量值1.26kg；

k1為修正系數(shù)，跟爆破方式有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)K1取為0.2。

即：V=0.2×80×[1.261/3/9.5]2.5≈0.07cm/s，遠(yuǎn)小于安全允許值1.5cm/s

4.2 塌落振動(dòng)校核及飛濺物的控制

對(duì)于大質(zhì)量的高聳建筑，由于重力勢(shì)能較大，在拆除時(shí)塌落觸地造成的振動(dòng)和飛濺極易損毀周邊冶煉設(shè)施，必須采取相關(guān)措施。當(dāng)前對(duì)于塌落振動(dòng)控制，主要采取爆破解體延時(shí)控制和設(shè)置柔性緩沖層控制方式。爆破解體延時(shí)控制是通過(guò)起爆時(shí)間的控制使建構(gòu)筑物有序倒塌、解體，避免結(jié)構(gòu)物整體沖撞地面；而設(shè)置柔性墊層控制，則是在倒塌范圍內(nèi)鋪設(shè)砂、土等柔性墊層，避免高程墜落的結(jié)構(gòu)直接剛性撞擊硬質(zhì)地面。

針對(duì)本工程，由于待拆結(jié)構(gòu)為高聳筒體，不宜于控制不同部位結(jié)構(gòu)的觸地時(shí)間，因此采取在倒塌區(qū)域鋪設(shè)緩沖墊層方式緩沖結(jié)構(gòu)體觸地。由此，在倒塌方向垂直方向鋪設(shè)2條緩沖堤，分別舉例煙囪底部25m、30m，緩沖堤高度分別為1.5m、2.0m，緩沖堤的使用沙袋堆積而成。

4.3 飛石的防護(hù)措施

首先采用弱松動(dòng)爆破，既保證爆破效果，同時(shí)減小傳遞給地面多余能量。其次，通過(guò)爆破部位覆蓋減少飛石對(duì)煙囪爆破切口布孔部位采用“膠皮網(wǎng)—草墊”三層防護(hù)。先對(duì)布孔部位采用單層草氈包裹捆扎，然后在外側(cè)懸掛單層草墊。

4.4 爆破粉塵防護(hù)

爆破前對(duì)爆破煙囪爆破部位做噴水濕式處理，懸掛的草氈上噴水打濕控制爆破后粉塵擴(kuò)散；同時(shí)對(duì)倒塌區(qū)域內(nèi)地面噴灑少量水，防止觸地產(chǎn)生過(guò)大灰塵。

4.5 周?chē)匾O(shè)施安全防護(hù)

對(duì)擬爆破煙囪倒塌方向東北側(cè)儲(chǔ)存庫(kù)內(nèi)的危險(xiǎn)物品，在爆破前由業(yè)主單位全部搬離，關(guān)閉西北側(cè)40m廠房上方的燃?xì)夤艿溃贡破陂g通氣。同時(shí)對(duì)鍋爐房的玻璃采用覆蓋防護(hù)，對(duì)倒塌方向的廠區(qū)道路鋪墊柔性材料防護(hù)，對(duì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行包裹防護(hù)。在施工中，使用全站儀全程監(jiān)測(cè)煙囪整體的穩(wěn)定性。

5 爆破效果評(píng)價(jià)分析

（1）隨著起爆，煙囪整體沿著預(yù)定方向傾倒，在傾倒工程中煙囪結(jié)構(gòu)整體發(fā)生解體，對(duì)地面未造成剛性沖擊，產(chǎn)生的塌落振動(dòng)較小，振動(dòng)未對(duì)周邊冶煉設(shè)施造成不良影響。

（2）由于爆破前對(duì)煙囪和部分地面采取了濕化處理，并且在容易產(chǎn)生灰塵的爆破切口處懸掛的草氈噴水，爆破揚(yáng)塵得到了較好的控制。

（3）作為柔性墊層，緩沖堤的設(shè)置對(duì)煙囪觸地時(shí)刻的沖擊能起到了緩沖作用，有效降低了觸地瞬間的振動(dòng)和觸地飛濺，有效保護(hù)了冶煉相關(guān)配套設(shè)施。