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拆除爆破工程大多数位于城市建筑物密集地区,有的是在厂房车间内的设备基础的拆除,因此其环境特点是爆破点附近总有要保护的建筑物或设备。拆除爆破设计的目的一方面要达到工程拆除效果,一方面要保护好周边构建筑物及设备。本爆破拆除工程是通过极为精细的质量管理措施,达到正确控制烟囱的定向倒塌及爆破产生的飞散物和爆破振动、烟囱倒地时产生的振动对邻近构建筑物、人员安全不受影响的目的。取得了预期的爆破效果,可供同类爆破工程参考借鉴。

作者简介

刘学庆,男,2000年毕业于山东科技大学,工程硕士,高级工程师,高级爆破工程技术人员。现就职于青岛第一市政工程有限公司基础工程与爆破分公司,主要从事工程爆破相关的工作。

许宸,男,2012年毕业于青岛理工大学,助理工程师。现就职于青岛第一市政工程有限基础工程与爆破分公司,主要从事工程爆破相关工作。

本文以控制爆破的施工安全与精细化质量管理为研究主题进行了较为系统的研究。并且结合工程实例,介绍了四方区大沙路9号甲院内复杂环境下42M高砖烟囱定向爆破拆除。论述了方案选择,爆破参数计算,主要爆破有害效应计算及精细化质量管理措施,可供类似工程参考。

工程概况

2.1 工程环境

该工程位于四方区大沙路9号甲院内。其东侧为锅炉房,距离3m;南侧为加压泵机房,距离约22m;西侧为草坪,在距离约30m处有一条南北走向的架空高压线路;北侧为办公楼,距离约27m。详见下页平面示意图1、2。

图1 环境平面示意图                        图2 施工周边环境

2.2 烟囱结构

烟囱为圆筒式砖混结构,筒壁外观较好,无裂缝,由底部至顶部间隔约2m,设20道钢板箍,10m以上部位,采用砼圈梁加固,共6道。因甲方未提供图纸资料,通过现场勘查测算烟囱高约42m,自第一道钢板箍处测量,周长14.8m,确定其外径为4.7m。其烟道口设于烟囱偏东一侧,距地面高度约3m,直径约0.5m,未见出灰口。通过烟道口探查,筒壁厚度62cm,内衬耐火砖24cm,隔热层为5cm。

爆破方案选择

拆除烟囱有多种方法,如人工、机械和爆破等方法。从大量工程实践分析,爆破拆除要求优于前者,无论从安全性,经济性,还是施工周期等方面考量,爆破拆除的优势是明显的。采用何种方法,关键取决于施工场区的环境条件和业主的要求。就本工程而言,环境条件具备,采用爆破拆除,定向倒塌方法为佳。

爆破设计

根据现场环境分析,西侧的架空高压线在烟囱倾倒范围内,倒塌空间不足。东南侧为施工场区,倾倒空间足够,但须先拆除锅炉房部分房屋,处理架空电话线,另外在距离约15m处有一条地下综合管线通过,应采取有效措施给予保护。经分析论证后,确定倾倒方向东南侧45°角。

(1)为保证定向准确,满足烟囱在爆破倾覆过程中不同时刻的力系和力矩平衡条件,爆破切口形状要选择合理,各项尺寸准确对称。切口形状采用正梯形,按设计尺寸沿倾倒中心线向两侧对称布置。

(2)爆破切口高度:

式中:δ为切口处烟囱壁厚,δ=0.62m,所以h=1.86m,考虑到该烟囱钢度较好,取h=2.0m。

(3)爆破切口弧长:

式中:D为切口处烟囱的直径,D=4.8m,所以L=9.34m,取9.5m。短边取8.5m。

(4)切口底角:(定向窗底边长0.5m)取a=35°。

(5)切口位置:为便于钻孔,自地坪向上+0.5m处为切口底边线,上口线位于地坪+2.5m。

由炮孔布置按设计参数呈梅花形排列,以切口中心线为基准,沿切口底边线向两侧均匀布17孔,依次向上布5排孔,合计85孔。

(1)炮孔深度:L=0.68δ=0.42m,取0.45m。

(2)炮孔间距:a=0.75δ=0.46m,取0.5m。

(3)炮孔排距:b=0. 8a=0.40m,取0.4m。

爆破药量:“碎而不抛”是拆除爆破药量的设计原则,由烟囱的布孔方式和壁厚来确定单位用药量。即:单耗q=0.8kg/m³

单孔药量:

实际取Q单=90g

总药量:85×90=7650g。

图 3 切口展开示意图                      图4 烟囱横切面示意图

定向窗必须保证两侧对称,采用人工机械开凿。

图5 烟囱侧面示意图                    图 6 定向窗实图

施工方法与安全防护

根据施工设计方案要求,用全站仪准确定位,确定缺口中心,画出布孔范围,从中心向两侧对称布孔。先凿出定向窗。然后在经核准的孔位上,垂直于烟囱表面,严格按设计钻孔,保证炮孔位置方向和深度准确。

定向窗:为了确保烟囱按设计方向倾倒,在矩形切口两侧开设定向窗,考虑到定向窗要求严格对称,角度到位,清晰,采用人工用风镐开凿。

内衬预处理:为保证烟囱按照设计的方向倒塌,在主体爆破之前将内衬采用人工机械相结合的方法清除。范围,倾倒切口内,长度与爆破切口长度相同,宽度6层砖。为施工安全,内衬破坏时保留2个立柱支撑,与主体爆破同时起爆。

钻孔人员要清楚钻孔要求,使用全站仪进行精确定位,掌握好深度和方向,使之符合设计要求。

装药人员要对炮孔逐个检查验收,根据每个炮孔的实际情况确定装药量,对不合格炮孔进行修正。装药前要核实孔位和药量,采用称重法严格控制装药量,严禁随意乱装。设专人现场监督装药作业。

填塞材料预先备好,提前用报纸卷成药卷状。填塞材料要有一定湿度(含水率15%—20%,用手能握成球)的黄土或砂子与黏土混合物,其中不能夹杂碎石。用木棍分层捣实。每层厚度不宜超过10cm。填塞过程中注意保护好雷管脚线与导爆管。

(1)爆前将烟囱的爬梯及避雷针接地线等切断。

(2)为了防止爆破倾倒碎块飞扬,造成危害,要注意填塞质量,用合格的填料,分层捣实(注意保护好导爆管),还要做好防护,在烟囱爆破切口部位用四层草袋两层竹笆进行覆盖。在筒壁上用铁钉固定铁丝,将防护草袋和竹排悬挂在铁丝上,成柔性防护。

(3)在倾倒位置双侧,用脚手架钢管搭建护裆,用草袋悬挂,阻挡爆破碎块飞溅。

(4)在倾倒到位置铺垫0.8m厚沙土,做缓冲层,降低烟囱触地时的冲击强度和爆块飞溅,确保周边建筑物安全。

(5)在综合管沟两侧用沙袋构筑两道减震墙,保护管沟安全,在倾倒端点用沙袋围堵,防止筒帽前冲。

图 7 防护沙袋示意图                           图 8 防护实图

爆破安全校核及安全防护措施

根据GB6722-2003《爆破安全规程》规定,保护对象所在地质总峰值振动速度拟取V=2cm/s,地质相关系数k值取32.1,衰减指数a值取1.57。

最大一响安全允许药量:

Qmax=R3(v/k)3/a

=203(2/32.1)3/1.57

本工程总最大起爆药量7.65kg,少于安全允许起爆药量,因此是安全的。

无覆盖条件下爆破飞石距离计算:

Rƒ=70Q0.53=62M

式中Rƒ为无覆盖条件下拆除爆破飞石的距离,M;Q为拆除爆破单位用药量kg。

估算结果证明爆破飞石距离超不出倒塌场区,但为确保安全,还是要采取近体防护,控制飞石危害。

V=k(I1/3/R)a=1.28cm/s

I=M(2gH)1/2=15.5 x 106

式中,V为爆破倒塌触地振动速度,cm/s;R为坍塌中心触地点距离建筑物的距离,m;I为坍塌物触地冲量;M为坍塌物质量,kg;g为动力加速度;H为爆破坍塌物重心落差,m。

其中k=0.08; a=1.57;  R=40M;  M=kg ; g=9.8; H=20M

V=0.08 x I1.57/R=1.31cm/s

测算数据证明低于《爆破安全规程》规定值2cm/s,即便不采取任何防震措施也能满足对保护对象的安全要求。

6.4 安全警戒

为警戒点布置区,无关人员撤离现场120米。预警信号发出后,确保危险区人员撤离后,方准发出起爆信号。

本工程由于采取了有效的预防措施,很好的控制了爆破有害效应。工程进展顺利,按期安全竣工,受到甲方好评。

精细化质量管理

(1)在钻孔定位方面采取了全站仪定位,相比起以往的定位方法更加精确;

(2)在装药时采取较为精细的称重法进行炸药量的确定,比起以往的切割法更加精准;

(3)施工现场周围用彩钢板构筑围挡加强防护,彩钢板高度根据现场的实际情况确定;

(4)爆破作业现场设立警示旗,以免无关人员进入;

(5)进入施工现场爆破人员应统一着装,配带胸牌,持证上岗;

(6)专人负责保管爆破器材,严格领用制度,禁止违规使用;

(7)施爆前发出声响信号和视觉信号,使危险区内人员能听到能看到。主要路段设置岗哨,阻止行人和车辆进入危险区;

(8)爆破前应与当地派出所或居委会进行联系,并张贴告示,告之爆破地点及时间,取得谅解和合作;

(9)根据施工区域情况,选择爆破时间,尽量减少扰民;

(10)到雷雨、大风、大雾天气,禁止进行爆破作业,撤离人员;

(11)工现场爆破人员要接受甲方和监理人员的正当要求,对其提出的疑问作耐心解答,共同做好安全防范工作;

(12)在工地施工期间,认真遵守公司有关规章制度,文明施工公约,处理好与当地居民关系;

(13)在施工过程中发现问题及时上报。

实践证明,在复杂环境条件下进行烟囱定向爆破拆除,必须对爆区周边环境进行详细研究分析,并结合工程特点制定正确合理的设计施工爆破方案,选择合理的爆破参数,采取有效的防护措施,最为重要的是采取了精细化的质量管理措施。在城镇及复杂环境条件下的定向爆破,其爆破地震、飞石、冲击波等有害效应是可以控制的,安全是有保障的,经济效益是可观的。

城市建筑物的控制爆破拆除问题,是爆破应用的新领域,在国内还是比较年青的课题。国外资料虽然不少,但公开报导的主要是一些结果图象及用药量方面的介绍。建筑物是多种多样的,在总体方案设计方面及相关安全规程,目前还处于起步阶段,同时应该把精细化的质量管理放在重要的位置上。

在烟囱定向爆破中,要想取得好的效果,除了要精心设计外,精细化的质量管理也至关重要,需要有熟练的风钻手和严格的监控措施,填塞质量的控制,对暴露在外的导爆索要用土袋覆盖,以防空气冲击波对环境的影响。

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