静力爆破技术在拆除钢筋混凝土剪力墙烟道中的应用

张　辉（福建龙净环保股份有限公司）



静力爆破技术在拆除钢筋混凝土剪力墙烟道中的应用

张辉（福建龙净环保股份有限公司）

静力爆破技术是在混凝土等介质上钻孔，在钻孔中灌装静力破碎剂，利用静态破碎剂化学反应，使破碎剂晶体变形，产生体积膨胀；通过膨胀压力使混凝土介质产生裂隙或裂缝，从而达到破碎的目的。某些特殊环境下，可实现混凝土构筑物的无振动、无飞石，无噪音的破碎与拆除。

引言

随着国家环保政策的改变，大气污染治理成为当务之急。如何实现烟气治理与生产兼顾，短工期内完成影响生产的烟道改造接驳作业是烟气治理改造工程施工中棘手的问题。一般而言，大型火力发电厂与烟囱连接的出口烟道均设计为厚钢筋混凝土剪力墙烟道（墙体厚度300mm以上），如采用常规的机械破碎进行拆除施工作业工期很难满足。然而，由于周边邻近建（构）筑物的限制也会给爆破带来很大的难度，控制爆破产生的振动、冲击、飞石等将对邻近建（构）筑物造成影响（特别对锅炉主机运行的影响）；因此，不允许使用爆破拆除方式。结合以往工程岩土工程经验，采用静力爆破技术（预爆破形成贯通裂缝）并结合机械拆除辅助方案，实现短工期目标，并取得了良好的技术经济效益。

1　工程概况

青海盐湖工业股份有限公司化工分公司烟气脱硫脱硝减排工程位于青海盐湖集团综合利用项目一期以南，铁路专用线南侧。该项目1#机组于2016年5月15日停机，并于6月10日完成钢筋混凝土烟道改造接驳。原钢筋混凝土烟道方形截面（3m×5m），剪力墙厚度350mm，需拆除长度30m；钢筋混凝土烟道拆除工期5d，因靠近烟囱等高耸构筑物，结合施工场地情况，采用静力爆破技术（预爆破形成贯通裂缝）并结合机械拆除辅助方案。

2　静力破碎剂及工作原理

静力破碎剂是一种不使用炸药就能使岩石、混凝土破裂的粉状工程施工材料。其破碎原理就是对被破碎介质，经过合理的破碎设计（孔径、孔距等的确定）及钻孔，将粉状破碎剂用适量水调成流动状浆体，直接注入钻孔中，利用静态破碎剂加水后发生水化反应，使破碎剂晶体变形，产生体积膨胀，从而缓慢的、静静地将膨胀压力（可达30～50MPa）施加给孔壁，将介质破碎。静力破碎是一种新的破碎或切割岩石和混凝土的方法。其典型的化学反应式为：

CaO＋H2O→Ca（OH）2＋6.5×104J

式中CaO——氧化钙；

H2O——水；

Ca（OH）2——氢氧化钙；

J——焦（热量单位）。

3　施工方案设计

钢筋混凝土剪力墙烟道拆除施工，施工方案设计的主要关键点为：①在不停机的状态下，采用静力爆破技术将整浇的钢筋混凝土剪力墙烟道按横向和纵向预先裂缝分割 （即产生贯穿性分割裂缝）。②后期在停机状态下，采用机械免爆方式块状快速拆除钢筋混凝土剪力墙。

静力爆破钢筋混凝土剪力墙烟道施工主要遵循以下施工流程：设计布孔→测量定位→钻孔→填药→药剂反应→破碎清渣。其中关键在于对构筑物构造、作业环境、破碎程度、工期要求、气候条件、实体配筋进行详细分析，以确定钻孔参数、钻孔分布。本工程钢筋混凝土剪力墙拆除具体钻孔设计及分布如下：将剪力墙烟道顶面及2侧面，按预裂缝布置按1.2m× 2.1m区域分割考虑，其中立面墙体布孔：横向（高5m）5行，孔距300mm，纵向（长30m）10列，孔距300mm；顶面布孔：横向（宽3m）4行，孔距300mm，纵向（长30m）10列，孔距300mm；孔径按40mm设计，共约1800个钻孔。

4　施工质量关键控制

影响静力爆破施工效果的因素主要有：①钻孔的直径及方式；②药剂的水灰配合比；③装药施工的顺序及时间。

4.1钻孔的直径及方式

钻孔直径及方式与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，孔口难以堵塞。根据以往工程案例及施工工艺推荐钻孔直径，采用直径为38～42mm的钻头。整体现浇的方形筋混凝土剪力墙烟道立面墙体成孔时，为确保装药的密实度及孔口封堵采用向下倾斜的眼孔。钻孔完成后，孔内余水和余渣用压缩空气风吹干净，并确保孔口干净。

为不影响锅炉机组运行，钻孔需在发电机组运行状态下进行，在实现剪力墙烟道预裂缝的同时又不能完全破坏烟道，而影响烟气外排烟囱的功能；因此，对钻孔深度有较严格的要求。结合原钢筋混凝土烟道剪力墙厚度为350mm，并根据设计方案，要求施工时钻孔深度和装药深度为300mm。

4.2药剂的水灰配合比

为确保剪力墙破碎效果，静力爆破装药施工前先进行试块破碎效果验证，从而确定达到最佳效果的药剂水灰比。通过试块验证数据，并结合工程案例经验，确定细粉末药剂（SDP1）水灰比在32%左右时流动性较好，灌孔后药剂的自密性高。

4.3装药施工的顺序及时间

静力爆破装药施工的顺序及时间尤为重要。一般采用“同步操作，少拌勤装”的方式进行，各装药小组在取药、加水、拌和、装药过程中要做到基本同步，以达到每个孔内药剂的最大膨胀压同期出现的效应。

在施工过程中要控制好药剂反应时间。药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。施工过程中，已经开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装入孔内。从药剂加入拌合水到灌装结束，这个过程的时间不能超过5min。

一般来说，在施工中控制药剂反应时间有两种方法：①在拌合水中加入抑制剂。②严格控制拌和水、干粉药剂和混凝土的温度。本工程地处于青藏高原的格尔木市，海拔3000m，由于白天日照时间长，气温较高。因此，在静力爆破施工之间对原钢筋混凝土烟道剪力墙进行遮阴，药剂存放在阴凉处，施工时将拌合水温度控制在15℃以下，从而避免药剂反应过快造成伤人事故。

5　安全、职业健康及环境保护措施

职业健康、环境保护及施工安全是不容忽视的问题。根据静力爆破剂的原理及成分特性，施工时须做好安全措施，并制定相关操作技术规程：

（1）采用具有腐蚀性的静力破碎剂作业时，灌浆人员必须戴防护手套和防护眼镜。

（2）在相邻的两孔之间，严禁钻孔与注入破碎剂同步进行施工。

（3）在药剂灌入钻孔到混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。观察裂缝发展情况时应格外小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂溅入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。

（4）在破碎工程施工中需要改变和控制反应时间，必须依照规定加入抑制剂，并按要求配制使用，严禁擅自加入去他任何化学物品。

（5）破碎剂运输和存放中应防潮，开封后请立即使用。

（6）在施工场地按照污水排放要求做好深沉池，施工用的污水经沉淀合格后方可排外排。为防止土壤污染及其它构筑物被腐蚀，要采取将未反应完成的药剂放在容器内，待化学反应充分完成后，随碴土一起外运。

6　经济效益分析

在场地条件及工期等限制的情况下，如单纯使用机械拆除钢筋混凝土剪力墙烟道的施工方式施工效率低下，费用较高，工期长。同样，高效的采用炸药爆破的方式不被允许的。因此，采用高效的静力爆破技术（预爆破形成贯通裂缝）并结合机械拆除的施工方式成为首选，不但能实现短工期目标，也产生良好的技术经济效益。

以本工程为例，拆除工程量为：钢筋混凝土烟道方形截面（3m×5m），剪力墙厚度350mm，需拆除长度30m；采用机械免爆拆除方式与静力爆破+机械拆除方式费用对比如下：

（1）机械免爆拆除的方式。考虑施工降效因素及高原地区机械降效影响（施工机械降效调整系数1.45），初步估计需30台班，当地250型挖掘机（带破碎头）租赁费用为2000元/台班，拆除以上工程量费用为2000元/台班×30台班=60000元。

（2）静力爆破+机械拆除方式。总孔数约1800个（孔深300mm）。人工成孔单价为20元/个，成孔费用为1800个×16元/个=28800元；静力破碎剂约0.6kg/个，总重量为：0.6kg/个×1800个=1080kg；静力破碎剂单价为2.3元/kg，该项费用为2.3元/kg×1080kg×1.1（损耗率）=2730元。后续机械配合拆除使用2台班，2000元/台班×2台班=4000元。以上费用合计为35530元。

综上，当仅考虑混凝土实体拆除时，采用静力爆破+机械拆除方式费用比机械免爆拆除的方式节省24470元，经济效益显著。

7　结语

在烟气治理改造项目中，特殊情况和环境下不允许使用常规爆破来拆除构筑物时，如何短工期内完成钢筋混凝土烟道的拆除及接驳，实现脱硫改造与生产兼顾一直以来都是困扰我们的难题。在炸药爆破原理及施工技术的基础上，运用新材料实现静力爆破在某些特殊情况下与常规机械拆除或炸药爆破相比更具有优越性，它既保证了安全要求，又缩短了施工工期，极大地降低了工程施工成本。通过在改造项目中钢筋混凝土剪力墙烟道拆除工程应用，为类似工程提供很好的经验借鉴。静力爆破是一种新型的爆破方法，它是常规的炸药爆破的一种发展、延伸，通过在改造项目中钢筋混凝土剪力墙烟道拆除工程应用，为类似工程提供很好的经验借鉴。

［1］史雅语，金骥良，顾毅成.工程爆破实践［M］.合肥：中国科学技术大学出版社，2002.

［2］王文龙.钻眼爆破.北京：煤炭工业出版社，1989.

［3］汪旭光.《爆破手册》.北京：冶金工业出版社，2010.

［4］陆春昌，林发荣.爆破施工.重庆：重庆大学出版社，2010.

［5］《无声破碎剂》（JC506-2008）.

2016-5-20

TU746.5

A

2095-2066（2016）16-0224-02