复杂环境下钢筋混凝土箱型拱桥的爆破拆除.pdf

第35卷 第3期 2018年9月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 3 Sep. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 -487X. 2018. 03. 016 复杂环境下钢筋混凝土箱型拱桥的爆破拆除* 王守伟 （ 重庆市公安局， 重庆401147） 摘 要 待拆大桥为钢筋混凝土结构， 拱肋采用箱型截面的砼箱形拱桥， 经多次加固， 拱箱壁为薄壁结构， 采用水压和浅孔爆破相结合的方式， 将药包置于注满水的箱型拱肋内的设计位置上， 桥面、 拱上结构等用浅 孔爆破。同时， 对大桥东侧与相邻房屋同基岩的拱座基础2 m范围内， 在拱脚根部采用弱松动爆破； 沿拱肋 5 ～10 m位置， 再采用完全爆破方式。爆破后， 大桥解体充分， 空气冲击波、 飞石及噪声等得到有效控制。 关键词 箱型拱桥；水压爆破；浅孔；复式网路；力学铰 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X（2018）03 -0098 -05 Blasting Demolition of Reinforced Concrete Box Arch Bridge under Complex Environment WANG Shou-wei （Chongqing Municipal Public Security Bureau，Chongqing 401147，China） Abstract The reinforced concrete box arch bridge to be demolished was strengthened several times. Water pres- sure and shallow hole blasting s was used to demolish the bridge arch rib，bridge deck and arch structure. At the same time，in the 2 m range of the arch base of same bedrock between east side of the bridge and adjacent build- ings，the weak loosening blasting was used in the root of the arch foot. Along the position of 5 ～10 meters in the arch rib，a complete blasting was used. After blasting，the bridge was disintegrated fully，and the air shock wave， fly stone and noise are controlled effectively. Key words box arch bridge；water pressure blasting；shallow hole；duplex network；mechanical hinge 收稿日期2018 -07 -08 作者简介王守伟（1968 -） ， 男， 四川安岳人， 重庆市公安局高级工 程师、 硕士， 主要从事爆破安全技术与管理工作， （E-mail） wsw61579＠ sina. com。 基金项目国家自然科学基金（41672260） 1 工程概况 巫溪大桥位于重庆市省道S102巫溪县渝巫路 K488 ＋237处， 跨越大宁河。该桥于1973年建成并 投入使用， 已经服务巫溪人民40余年。随着交通快 速发展， 桥两岸过往汽车吨位不断增加， 大桥超期服 役出现严重损害， 专家认定为四类危桥。因此需对 其进行爆破拆除， 并在原址建立新桥。 1. 1 桥梁结构 巫溪大桥是一座悬链线混凝土双曲拱桥， 实测 桥梁全长133. 20 m， 该桥设12孔腹孔， 主拱圈线形 为悬链线，混凝土双曲拱桥，净跨110 m，矢跨比 1／8， 拱轴系数为4. 328， 桥面净宽7 ＋2 0. 75 m。 大桥主跨由6片拱肋组成， 拱肋间设有钢筋混 凝土横联。桥面分3段，分别为空心板段（长 39. 55 m） 、Π型梁段（长34 m）和空心板段（长53. 75 m） 。桥梁两侧空心板段分别包括5个腹孔， 大 桥陕西岸有14 m引桥， 巫溪岸有3. 65 m桥台， 桥梁 结构如图1所示。 1. 2 周围环境 巫溪大桥两岸环境极其复杂。陕西岸桥头两侧 与房屋紧邻， 均为砖混结构， 最近处相隔8 cm。巫 溪岸桥头东侧20 m为交通局路政大队。大桥上游 万方数据 平行5 m远， 有架空过江污水管， 管径为20 cm， 与 桥面垂直高差8 m。爆破要求周边建构筑物不受损 坏， 且垮塌后不得影响阻断水流， 形成堰塞湖。待拆 除桥梁及其周围环境如图2所示。 图1 桥梁结构图（ 单位cm） Fig. 1 Diagram of bridge structure（unitcm） 图2 待拆除桥梁及环境 Fig. 2 Bridge being dismantled and the surrounding environment 2 爆破拆除方案 2. 1 爆破技术难点 （1） 待拆大桥周边环境极为复杂， 最近8 m处 为砖混结构房屋， 上游5 m处有平行于待拆大桥的 污水管道及其便桥， 如何控制爆破有害效应， 确保不 对房屋和污水管道造成损坏， 是本次爆破拆除的难 点之一。 （2） 待拆大桥中间Π形梁段桥面位于河道上 方， 如何有效控制爆渣块度、 实现粉碎性爆破拆除， 避免垮塌后爆堆不阻断河道形成堰塞湖， 是本次爆 破拆除的难点之二。 （3） 巫溪侧桥台基础与旁边路政大队房屋基础 位于同一基岩上， 如何保证主拱拱脚爆破时不对房 屋基础产生影响， 是本次爆破拆除的难点之三。 2. 2 爆破总体方案 大桥拱肋和桥面等均为钢筋混凝土结构， 采用 浅孔爆破方式。 爆破拆除部分为主拱及大桥中间Π形梁段桥 面， 其中Π形梁段桥面爆破拆除实心部分由桥面直 接钻孔至拱肋内部， 空心部分采用水压爆破。 由于巫溪侧桥台基础与旁边路政大队房屋基础 位于同一基岩上， 大桥巫溪岸拱脚爆破分两部分， 首 先在拱脚根部采用弱松动爆破（混凝土破碎未脱 笼， 避免损伤拱脚基岩） ， 形成1 m宽力学铰（类似 橱柜门的“ 铰链” ） ， 在大桥中间段爆破后， 使得剩余 结构有围绕“铰链”向中部倾倒的趋势； 在“铰链” 99第35卷 第3期 王守伟 复杂环境下钢筋混凝土箱型拱桥的爆破拆除 万方数据 上， 沿拱肋5 ～10 m位置， 再采用完全爆破方式（混 凝土粉碎， 脱离钢筋笼）布孔， 在“铰链”位置起爆 750 ms后， 最后起爆。 大桥陕西岸拱脚采用粉碎爆破方式拆除第一腹 孔和第二腹孔桥拱。 2. 3 爆破参数设计 （1） 桥面、 拱肋[ 1，2] ①钻孔直径D ＝42 mm ②最小抵抗线W ＝ B／2（B为拱肋厚度） ③孔间距a ＝0. 9B ④孔深 桥面主要是Π形梁部分， 由桥面直接 钻至拱肋内部， 拱肋底部保留0. 3 m， 炮孔深度在 2.1 ～2.8 m； 拱肋主要分布于主拱拱脚， 孔深1.62 m。 ⑤拱肋主要采用间隔装药， 炸药单耗2.2 kg／ m3， 单药包药量100 g。拱脚“铰链”位置，炸药单耗 1. 0 kg／ m3， 单药包药量50 g。 （2） 桥拱 桥拱桁式构件的形状为长方形柱体， 其内腔为 长方体空腔， 壁厚10 ～18 cm。根据实际条件， 炸药 放在方形空腔内如图3所示， 采用水压爆破。 图3 桥拱空腔体水压爆破装药示意图 Fig. 3 Diagram of water-pressure blasting charge for bridge arch hollow parts 考虑长筒形结构物形状尺寸， 水压爆破装药量 可按下列经验公式计算[ 3] Q ＝ KbKcKdKeδBL（1） 式中Q为装药量，kg；Kb为与爆破方式有关的 系数， 敞口爆破时，Kb＝0. 9 ～1. 2， 闭口爆破时，Kb＝ 0. 7 ～1. 0， 取1. 0；Kc为结构物材质系数， 对于钢筋 混凝土，Kc＝0. 5 ～1. 0， 取1. 0；Kd为结构调整系数， 对于矩形截面，Kd＝0. 85 ～1. 0， 取1. 0；δ为结构物 壁厚，m；B为结构物内径（ 圆形）或边长（矩形） ，m； L为结构物的长度或高度，m。 由于空心部分宽1. 05 m，最大1. 09 m，最小 0. 28 m， 所以装药药包间隔1 m， 以中间线为起点， 0 ～6 m装药200 g，6 ～12 m， 装药300 g，12 ～17 m， 装药400 g。 桥面、 拱肋布孔及装药结构如图4 ～6所示。 图4 Π形梁段桥面布孔及装药（ 单位cm） Fig. 4 Drilling hole and charge of bridge deck（unitcm） 图5 炮孔分布图（ 单位cm） Fig. 5 Blast-hole distribution diagram（unitcm） 图6 拱肋布孔及装药图（ 单位cm） Fig. 6 Drilling hole and charge of the bridge arch（unitcm） 2. 4 爆破网路设计 根据总体方案设计， 为实现桥梁按照设计方式 安全垮塌， 同时控制爆破产生的震动、 飞石等不利影 响， 采取一次点火、 分段起爆的总体起爆方案， 桥上 部结构与下部结构同时起爆。起爆顺序由桥中间向 桥两端起爆， 段别从低到高。起爆网路系统前端的 导爆管雷管分两级簇联， 簇联的引爆雷管用瞬发电 001爆 破 2018年9月 万方数据 雷管起爆， 孔深超过1 m的炮孔， 采用间隔装药， 药 包间用导爆索连接。 本项目采用的毫秒导爆管雷管为MS1、MS3、 MS5、MS7、MS13段。雷管段别分布如图7所示。 图7 段别分布图 Fig. 7 Distribution of detonators segments 3 爆破安全校核与防护 3. 1 爆破地震有害效应安全验算 爆破安全规程（GB67222014）规定[ 4]， 评 价爆破对不同类型建（构）筑物和其它保护对象的 振动影响， 应采用质点振动速度作为判别标准。爆 破时引起的建筑物地面质点的振动速度V可按下 式计算 Qmax＝ R3 [v] K 3／ α （2） 式中Q为单段最大药量，kg；R为爆心距，m； K、α为受地形、 地质条件影响的系数， 对于本拆除爆 破取K ＝50，α ＝1. 5。 本工程重点保护对象为陕西岸两侧民房， 本工 程最大齐爆药量位于桥中间， 齐爆药量456 kg， 与最 近民房直线距离约70 m， 计算得V1＝ 1. 8 cm／ s； 陕 西岸拱脚MS5段先起爆， 齐爆炮孔6个， 单孔药量 120 g， 齐爆药量0. 72 kg， 爆破中心点与最近民房直 线距离约8 m， 计算得V2＝ 1. 8 cm／ s； 巫溪岸拱脚 MS5段齐爆药量6 kg， 该位置爆破中心点距离路政 大队房屋直线30 m， 计算得V3＝ 0. 7 cm／ s； 以上数 据均满足一般民用建筑抗震要求， 且对于拆除爆破， 爆破体与被保护对象非直接接触， 振动波经地面传 播后， 会有很大的衰减， 所以爆破引起的民房的实际 振动速度会远小于1. 8 cm／ s。 3. 2 飞石的安全距离 爆破飞石距离（L） 与单耗（q） 的关系为[ 5] L ＝ 71q0. 58（3） 依照爆破大桥最大所需炸药单耗q ＝2.2 kg／ m3， 可以计算得L ＝110 m。 3. 3 触地震动安全校核 大桥塌落触地冲击震动速度由下式计算[ 6，7] Vt＝ Kt R （MgH／ σ） 1／[]3 β （4） 式中Vt为塌落引起的地面振动速度，cm／ s；M 为下落构件的质量， 本工程中为主拱及其上部结构 质量，M≈2000 t；g为重力加速度， 取为9. 8 m／ s2；H 为构件的高度， 本工程中H ＝15 m；σ为地面介质的 破坏强度， 取为10 MPa；R为观测点至冲击地面中 心的距离， 本工程R ＝50 m；Kt为塌落振动速度衰减 系数， 参考类似工程，Kt＝1. 1；β为塌落振动速度衰 减指数， 一般取-1. 66 ～ -1. 80， 参考类似工程， 本 工程中β ＝ -1. 66。 由公式（4） 计算得大桥垮塌后造成的触地冲击 震动为Vt＝ 0. 5 cm／ s。该值小于爆破安全规程 （GB67222014） [4]规定的砖混结构建筑的安全振动 速度最小允许值2.0 cm／ s（ 主振频率＜10 Hz） 时。 3. 4 安全防护措施 根据现场爆破特点及爆破安全控制要求， 现场 采取的安全防护措施如下[ 8-10] ①在桥体装药部位采用竹跳板＋钢丝网包裹， 桥面和桥拱装药部位铺沙袋。 ②污水管道用竹跳板覆盖， 支撑立柱下部堆渣， 与原墩座持平， 并铺轮胎。 ③大桥陕西岸上游方向民房爆破前将违章建筑 部分和人行道拆除， 下游方向民房在底部支撑柱间 修建钢筋混凝土剪力墙， 并在外围搭设防护架。 ④陕西岸第一腹孔拱脚两侧与紧临的民房之间 采取减震孔， 尽量降低爆破对民房的扰动。 4 爆破效果 该桥梁于2017年5月24日上午10时起爆， 爆 破过程及效果如图8所示。爆破后， 大桥按照设计 完全垮塌， 主要爆破点均按设计要求准爆， “铰链” 的设置起到了较好的作用， 飞石控制得到了有效控 制， 爆堆落地飞溅最大距离5 m， 保了相邻房屋的安 全， 跨江部分爆渣未阻碍航道。在两桥头两侧房屋、 污水管道等位置布设了8个测振点， 各测点距爆源 101第35卷 第3期 王守伟 复杂环境下钢筋混凝土箱型拱桥的爆破拆除 万方数据 最近距离为1. 2 ～ 20 m， 测得最大振动速度幅值为1.59 cm／ s， 小于规范中规定的安全振速值2.0 cm／ s。 图8 桥梁爆破过程及爆破效果 Fig. 8 The blasting process and result of bridge 爆破结果表明， 本项目采取的安全技术措施， 特 别是减小爆破振动危害、 减小塌落振动、 飞石防护等 措施， 起到了明显的安全防护效果。 参考文献（References） [1] 支文超， 孟祥栋. 580 m长钢筋混泥土箱型拱桥爆破拆 除[J].爆破，2017，34（3） 100-103. [1] ZHI Wen-chao，MENG Xiang-dong. Explosive demolition of 580m long reinforced concrete box-typed arch bridge [J]. Blasting，2017，34（3） 100-103.（in Chinese） [2] 王守伟， 唐家明.大直径中深孔在桥梁爆破中的应用 探讨[J].爆破，2011，28（1） 90-91. [2] WANG Shou-wei，TANG Jia-ming. Large bore diameter charge and middle deep hole explosive demolition technolo- gy in bridge[J]. Blasting，2011，28（1） 90-91.（in Chinese） [3] 汪小艳， 宋 磊， 张建仁， 等.水压爆破技术在潼南涪江大 桥拆除施工中的应用[J].重庆建筑，2017（3） 55-56. [3] WANG Xiao-yan，SONG Lei，ZHANG Jian-ren，et al. Ap- plication of water pressure blasting technology in fujiang bridge of Tongnan[J]. Chongqing Architecture，2017（3） 55-56.（in Chinese） [4] GB67222014爆破安全规程[S].北京 中国标准出 版社，2015. [5] 汪 龙， 孟祥栋， 杨永刚.三峡四期蓄水清库工程“最 后一爆” 涪陵白涛旧乌江大桥拆除爆破[J].重庆建 筑，2012（2） 44-46. [5] MANG Long，MENG Xiang-dong，YANG Yong-gang. Blast for a last forth time clearing in three gorges reservoir[J]. Chongqing Architecture，2012（2） 44-46.（in Chinese） [6] 汪旭光， 郑炳旭.爆破手册[M].北京 冶金工业出版 社，2010689，764-771. [7] 刘殿中.爆破工程实用手册[M].北京 冶金工业出版 社，1999. [8] 周家汉.爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[J]. 工程爆破，2009，15（1） 1-5. [8] ZHOU Jia-han. Discussion on calculation ula of col- lapsing vibration velocity caused by blasting demolition [J]. Engineering Blasting，2009，15（1） 1-5.（in Chinese） [9] 赵明生， 龙 源， 贾永胜， 等.预应力混凝土连续梁桥 控制爆破拆除[J].爆破，2015，32（4） 106. [9] ZHAO Ming-sheng，LONG Yuan，JIA Yong-sheng，et al. Control blasting technology for bridge with prestressed continuous concrete beams[J]. Blasting，2015，32（4） 106.（in Chinese） [10] 王君刚.钢管＋钢筋混凝土混合结构拱桥爆破拆除 关键技术研究[D].泉州 华侨大学，2016. [10] WANG Jun-gang. Research on key technology of blasting demolition of concrete filled steel tube and reinforced concrete mixed structure arch bridge[D]. Quanzhou Huaqiao University，2016.（in Chinese ） 本 刊 告 示 爆破 为 中国核心期刊（遴选）数据库 、 中国期刊网 、 中国学术期刊（光盘版） 、 中 文科技期刊数据库 、 超星学术期刊“域出版”平台和“万方数据 数字化期刊群”收录期刊。 作者著作权使用费与本刊印刷版稿酬一次性付给。如作者不同意将文章编入， 请在来稿时说明， 本刊将另做特殊处理。 爆破 编辑部谨致 201爆 破 2018年9月 万方数据