运行高速公路上跨天桥爆破拆除关键技术研究.pdf

第35卷 第4期 2018年12月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 4  Dec. 2018 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2018. 04. 015 运行高速公路上跨天桥爆破拆除关键技术研究* 王新生 1，2， 张英才2 （1.河南广播电视大学建筑工程学院， 郑州450008；2.河南理工大学土木工程学院，焦作454100） 摘 要 为安全、 快速拆除运行高速公路上跨天桥， 对爆破拆除中的关键技术进行了探索和实践。采用数 值模拟方法， 分析了开凿炮眼对天桥力学性能的影响， 结果表明 尽管桥梁开凿炮眼后跨中挠度和最大受拉 筋应力分别增加了4. 8％和9．2％， 但对其整体稳定性影响不明显。对天桥倒塌过程的数值模拟结果表明 对锚入桥台内的钢筋进行预处理可确保桥体顺利失稳塌落， 施爆时用角钢制作了高80 mm、 宽50 mm、 装药 量为150 g的聚能切割器对φ 32螺纹钢筋实施了预切割， 并针对桥梁不同部位和拟保护对象特点， 采取了覆 盖、 铺设钢板和黄土缓冲垫层等防护措施， 取得了良好的爆破效果。 关键词 拆除爆破；运行高速公路；上跨天桥 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 －487X（2018）04 －0084 －06 Research of Key Technology of Blasting Demolition on Flyover Bridge Running Highway WANG Xin-sheng1， 2， ZHANG Ying-cai2 （1. School of Architectural Engineering，Henan Radio and TV University，Zhenzhou 450008，China； 2. School of Civil Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454100，China） Abstract To demolish the flyover bridge overpassing highway quickly，some key technologies in blasting demoli- tion were explored and practiced. By numerical simulation，the influence of drilling holes on the mechanical property of the flyover bridge was discussed. Results show that，the mid-span deflection and the maximum tension stress in- creased by 4. 8％ and 9. 2％ respectively after the blast hole drilling，but the influence on the overall stability of the bridge was not obvious. The numerical simulation results of the collapse process of the flyover bridge show that the pretreatment of the reinforcing bar anchored into the abutment ensured the collapse of the bridge body. The screw steel with diameter of 32 mm was pre-cut by a concentrated cutter with height 80 mm，width 50 mm and charge 150 g. According to the characteristics of different parts of the bridge and protected objects，protective measures with covering and laying steel plates and loess cushion were adopted，finally good blasting result was obtained. Key words explosive demolition；running highway；flyover bridge 收稿日期2018 －07 －29 作者简介王新生（1976 －） ， 男， 副教授、 博士， 主要从事爆破技术科 研及教学工作， （E-mail）wxs＠ hpu. edu. cn。 基金项目国家自然科学基金资助项目（11542019、51504082） ； 河南 省基础与前沿技术研究项目（162300410032） 桥梁拆除常常要跨河流、 道路， 与其它建筑物在 受力模式上也有所不同， 在特殊条件下（如通航河 流、 运行道路、 部分拆除等） ， 将爆破的方法应用于 桥梁拆除就受到限制。因此， 有必要探讨在特殊条 件下适合桥梁爆破拆除的方法。一些学者对钢筋混 凝土简支梁式桥［ 1］、 箱型拱桥［2，3］、 城市高架桥［4］、 上跨高速公路匝道桥的爆破拆除进行了工程实 践［ 5］。随着计算机技术的发展， 数值模拟方法为众 多学者深入研究爆破拆除桥梁， 尤其是模拟桥梁倒 塌过程提供了有效的分析手段［ 6-8］。 高速公路上跨天桥是连接高速公路两侧的唯一通 万方数据 道， 由于车流量较大， 且要在不影响车辆通行的情况下 进行拆除， 施工难度大， 工期要求紧， 危险程度高。拆 除过程中， 既要保证拆除点周围人员、 过往车辆、 建构 筑物的安全， 又要保证高速公路路面和电缆的安全。 如何高效、 安全地拆除其上跨天桥， 又不影响高速公路 的正常运行， 是一个值得研究的重要课题。 结合爆破拆除连霍高速公路K704K842段上 跨天桥的工程实际， 拟探索类似工程爆破拆除的基 本思路和关键技术。 1 总体爆破拆除方案 目前， 桥梁拆除的方法主要有人工拆除、 机械拆 除、 爆破拆除及综合拆除等［ 9］， 根据高速公路上跨 天桥的特点、 环境及工期要求， 综合比较各种拆除方 案， 确定选用控制爆破法拆除。 根据国内桥梁爆破拆除成功案例［ 10，11］， 结合工 程实际， 拟选用以下爆破拆除方案 （1） 在桥梁两侧梁肋及桥面上钻眼， 形成多个 横向爆破缺口； 将桥梁分割成多个小块， 并保证爆后 各缺口的钢筋裸露， 加快爆后的钢筋切割及清渣速 度。（ 2） 起爆顺序 以对称的方式从中间向两边分4 个爆区依次起爆， 如图1所示。 （3） 采用孔内毫秒延期起爆技术，4个爆区分别 采用ms －1、ms －3、ms －5、ms － 7导爆管雷管起爆 炸药， 以减小爆破振动和桥梁触地振动的强度。 （4） 对桥台进行钻眼爆破，以保证桥梁顺利 倒塌。 图1 上跨天桥爆破拆除起爆顺序 Fig. 1 Initiation sequence of the flyover bridge 2 开凿炮眼对桥梁力学性能影响的分析 按照要求， 钻眼期间不能影响高速公路正常通 行， 因此， 钻眼作业对上跨天桥稳定性的影响是必须 要考虑的问题。 根据目前我国相关规范［ 12］， 很难对开凿炮眼以 后桥梁结构的安全进行有效的分析及评价。采用 ABAQUS软件， 基于非线性有限元理论分别对炮眼 影响下的桥梁结构的安全性进行计算和分析， 计算 模型如图2、 图3所示。 图2 钢筋笼模型 Fig. 2 Reinforcing cage model 图3 桥梁整体模型 Fig. 3 Bridge model 图4、 图5分别给出了桥梁开凿炮眼前后挠度 示意图、 梁跨最大受拉筋Ⅰ级筋拉应力分布规律图。 由图4、 图5可知， 无论从变形还是强度角度考 虑， 开凿炮眼对桥梁的整体力学性能影响不明显， 开 凿炮眼以后桥梁结构仍然安全可靠， 能够确保钻孔 作业期间高速公路正常通行。 3 上跨天桥爆破拆除数值模拟及聚能 切割器设计 3. 1 上跨天桥爆破拆除数值模拟 桥梁的爆破拆除是一个复杂的动力学过程。采 58第35卷 第4期 王新生， 张英才 运行高速公路上跨天桥爆破拆除关键技术研究 万方数据 用数值方法对桥梁倒塌过程进行模拟也是检测爆破 方案合理与否、 确保拆除工作是否安全的重要手段。 采用ANSYS／ DYNA软件建立分离式桥梁实体模型， 对桥梁拆除倒塌过程进行数值模拟， 主要目的是验证 桥梁实施爆破过程中对钢筋进行预先处理的必要性。 图4 桥梁开凿炮眼前后挠度示意图 Fig. 4 Schematic diagram of the deflection before and after drilling holes in beam 针对锚入桥台的钢筋， 建立了如下方案 方案1 不对钢筋进行预切割。 方案2 如果桥梁在数值方案1下不能倒塌， 对 钢筋预切割4根， 保留8根。 图5 梁跨最大受拉筋拉应力分布规律 Fig. 5 Tensile stress distribution of the most reinforcement in beam 方案3 如果方案2下桥梁能够安全塌落， 则计 算终止。如果不能， 增加预切割钢筋的数量。 数值模拟结果如下 （1） 方案1 如图6所示， 由于锚入桥台内的钢筋在桥体下 沉的过程中未达到其失效强度， 因此， 桥体在钢筋的 牵引下悬挂在地面之上， 桥体未能安全顺利塌落。 图6 桥梁爆破失稳倒塌过程数值模拟结果（ 方案1） Fig. 6 Numerical simulation results of bridge collapse instability collapse（Option 1） 68爆 破 2018年12月 万方数据 （2） 方案2 如图7所示， 爆破后， 桥体在自身重力作用下失 稳塌落， 钢筋在受拉过程中首先达到屈服强度， 之 后， 钢筋应变超过钢筋极限拉应变时， 钢筋被拉断， 桥体在重力作用下自由塌落直至触地。 数值模拟结果验证了跨线桥实际爆破拆除过程 中对钢筋进行预先切割的正确性以及必要性， 不仅 真实再现了桥梁爆破拆除失稳塌落过程， 而且了解 了失稳过程中钢筋的受力过程， 为实际工程施工提 供了一定参考。 3. 2 聚能切割器设计 基于上述数值模拟结果， 拟采用自行研制的聚 能切割器对梁肋主筋进行切割， 以确保爆前桥体的 整体稳定和爆后桥体的准确失稳、 塌落解体。 聚能切割器用高80 mm、 宽50 mm的角钢制作 而成， 通过对φ 32螺纹钢筋进行聚能切割试验， 最 终确定单个切割器装药量为150 g。聚能切割试验 效果如图8所示。 图7 桥梁爆破失稳倒塌过程数值模拟结果（ 方案2） Fig. 7 Numerical simulation results of bridge collapse instability collapse（Option 2） 图8 聚能切割试验效果 Fig. 8 Test effect of energy cavity cutting 4 安全防护措施 4. 1 钻眼期间安全防护措施 钻眼期间， 下方高速公路仍然通行。为保证钻 眼期间过往车辆的安全， 在天桥下方悬挂大于桥梁 宽度的网布， 将施工部位下方全部包裹， 防止桥梁风 化、 钻眼作业产生的碎块脱落对过往车辆造成损坏。 4. 2 对飞石的防护 桥面炮眼采用双层胶皮进行覆盖， 上压袋装土， 最 后覆盖草苫。桥台、 梁肋水平眼部位、 梁肋中部覆盖草 78第35卷 第4期 王新生， 张英才 运行高速公路上跨天桥爆破拆除关键技术研究 万方数据 苫或旧棉被等柔性材料， 外部使用钢丝网包裹扎紧。 4. 3 高速公路路面防护 采取铺设黄土缓冲垫层的措施对高速路面进行保 护， 如图9所示。综合考虑安全、 经济等因素， 起爆前， 在天桥正下方铺长35 m、 宽7 m、 厚1.5 m的黄土。 图9 高速公路路面防护措施 Fig. 9 Protection measures of highway pavement 4. 4 管线防护 高速公路隔离带下电缆的防护 底部用10 mm 钢板覆盖， 钢板上面覆盖1.5 m厚的黄土。在桥梁高 度较大的位置， 还要在隔离带位置加大废旧轮胎缓冲 带的厚度， 减小触地振动对隔离带处电缆的影响。 5 结语 （1） 采用数值模拟方法分析开凿炮眼对天桥整 体稳定性的影响， 对于爆破施工安全具有重要意义。 （2） 数值模拟天桥爆破的倒塌过程， 可为爆破 方案的选择和爆破参数的确定提供依据。 （3） 利用自行设计的聚能切割器对锚入桥台内 的钢筋进行预切割处理， 有利于桥体顺利失稳塌落。 （4） 覆盖、 铺设钢板和黄土缓冲垫层等防护措 施， 能有效预防飞石， 降低触地振动， 实现安全爆破。 以上技术和措施在连霍高速公路（三门峡西至 洛阳段） 天桥爆破拆除工程中应用， 取得了良好的 爆破效果， 如图10、 图11所示。 图10 聚能切割效果 Fig. 10 Effect of energy cavity cutting 图11 爆破效果 Fig. 11 Blasting effect 爆破后桥体准确失稳； 飞石得到有效控制， 未对 桥梁上方高压线路造成损坏； 光缆及路面完好无损； 周围居民房屋门窗玻璃无一破损； 梁肋与桥台分离， 未出现“爆而不塌”的现象。从高速公路开始封闭 到所有爆破、 清运工作全部完成， 共用了不到12 h， 实现了安全、 快速、 高效的爆破效果， 取得了良好的 社会与经济效益。 参考文献（References） ［1］ 刘国军， 梁 锐， 杨元兵.复杂环境下钢筋混凝土简支 梁式桥爆破拆除［J］.爆破，2017，34（4） 115-119. ［1］ LIU Guo-jun，LIANG Rui，YANG Yuan-bing. Explosive demolition of reinforced concrete simply supported beam bridge under complex environment［J］. Blasting，2017， 34（4） 115-119.（in Chinese） ［2］ 支文超， 孟祥栋. 580 m长钢筋混凝土箱型拱桥爆破拆 除［J］.爆破，2017，34（2） 100-103. ［2］ ZHI Wen-chao，MENG Xiang-dong. Explosive demolition of 580 m long reinforced concrete box-typed arch bridge ［J］. Blasting，2017，34（3） 100-103.（in Chinese） ［3］ 王守伟.复杂环境下钢筋混凝土箱型拱桥的爆破拆除 ［J］.爆破，2018，35（3） 98-120. ［3］ WANG Shou-wei. Blasting demolition of reinforced con- crete box arch bridge under complex environment［J］. Blasting，2018，35（3） 98-120.（in Chinese） ［4］ 甄梦阳， 李本伟， 陈德志， 等. 1160 m长城市高架桥爆 破拆除［J］.爆破，2017，34（2） 91-95. ［4］ ZHEN Meng-yang，LI Ben-wei，CHEN De-zhi，et al. Ex- plosive demolition of 1160 m long urban viaduct［J］. Blas- ting，2017，34（2） 91-95.（in Chinese） ［5］ 张孟昌， 蔡章顺， 赵素改， 等.高速上跨机场高速匝道 桥爆破拆除［J］.工程爆破，2017，23（1） 64-66，88. ［5］ ZHANG Meng-chang，CAI Zhang-Shun，ZHAO Su-gai，et al. Blasting demolition of ramp bridge across airport ex- pressway［J］. Engineering Blasting，2017，23（1） 64-66， 88.（in Chinese） ［6］ 易汉斌， 俞 博.泰和大桥拆除过程中的倒塌分析 ［J］.桥梁建设，2018，48（3） 67-72. ［6］ YI Han-bin，YU Bo. Analysis of collapse of Taihe bridge during demolition［J］. Bridge Construction，2018，48（3） 67-72.（in Chinese） ［7］ 冯剑平， 黄平明， 冯彬雪， 等.钢筋混凝土简支板梁桥 爆破拆除数值模拟研究［J］.爆破，2014，31（4） 82-86. ［7］ FENG Jian-ping，HUANG Ping-ming，FENG Bin-xue，et al. Numerical simulation of explosive demolition of rein- forced concrete bridges of simply-supported plate girder ［J］. Blasting，2014，31（4） 82-86.（in Chinese） ［8］ 季 杉， 王桂玲， 谢伟平， 等.高架桥爆破坍塌全过程 数值模拟与分析［J］.爆破，2014，31（4） 76-81. ［8］ JI Shan，WANG Gui-ling，XIE Wei-ping，et al. Analysis 88爆 破 2018年12月 万方数据 and numerical simulation of whole process of blasting and collapse of viaduct［J］. Blasting，2014，31（4） 76-81.（in Chinese） ［9］ 来猛刚， 陈金涛， 牛 宏， 等.论桥梁拆除工程［J］.公 路，2013（9） 80-83. ［9］ LAI Meng-gang，CHEN Jin-tao，NIU Hong，et al. Discus- sion on bridge demolition project［J］. Highway，2013（9） 80-83.（in Chinese） ［10］ 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） 103-109. ［10］ 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） 103-109.（in Chinese） ［11］ 叶海旺， 余红兵， 周建敏， 等.复杂环境下危桥控制爆 破拆除［J］.爆破，2015，32（1） 116-120. ［11］ YE Hai-wang，YU Hong-bing，ZHOU Jian-min，et al. Ex- plosive demolition of unsafe bridge in complex environ- ment［J］. Blasting，2015，32（1） 116-120.（in Chinese） ［12］ 中华人民共和国交通运输部. JTGD622012公路钢 筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京 人民交通出版社，2012. ［12］ People′s Republic of China Ministry of transportation and transportation. JTGD622012 Design specification for highway reinforced concrete and prestressed concrete bridge and culvert［S］. BeijingPeople′s transportation press，2012.（in Chinese） 英文编辑 陈东方 （上接第5页） （3）根据实验数据分析，验证了公式εmax＝ fVTg αC 的准确性， 可在类似的实验中， 根据管道本身 的振动速度来推断管道上的轴向应变， 为实验提供 参考。 （4） 实验中每步操作都应严格按照规范要求， 填土环节应采用人工填土夯实， 与工程实际相符。 参考文献（References） ［1］ 姚安林， 赵师平， 么惠全， 等.地下爆炸对埋地输气管 道冲击响应的数值分析［J］.西南石油大学学报（自然 科学版） ，2009，31（4） 168-172. ［1］ YAO An-lin，ZHAO Shi-ping，ME Hui-quan，et al. Nu- merical analysis of impact of underground explosion on buried gas transmission pipeline［J］. Journal of Southwest Petroleum University（Natural Science Edition） ，2009， 31（4） 168-172.（in Chinese） ［2］ 刘建民， 陈文涛.爆炸荷载下埋地管道动力响应分析 研究［J］.工程爆破，2008，14（2） 20-24. ［2］ LIU Jian-min，CHEN Wen-tao. Analysis of dynamic re- sponse of buried pipeline under blast loading［J］. Engi- neering Blasting，2008，14（2） 20-24.（in Chinese） ［3］ 李又绿， 姚安林.爆炸载荷对埋地输气管道的动力响 应和极限载荷分析［J］.焊管，2009，32（11）63-69. ［3］ LI You-lv，YAO An-lin. Analysis of dynamic response and ultimate load of explosive loads on buried gas transmission pipelines［J］. Welded Pipe，2009，32（11）63-69.（in Chi- nese） ［4］ 陈虎林， 张胜民.接触爆炸荷载下金属管道中应力波 数值分析［J］.工程爆破，2010，16（4） 26-29. ［4］ CHEN Hu-lin，ZHANG Sheng-min. Numerical analysis of stress waves in metal pipes under contact explosion［J］. Engineering Blasting，2010，16（4） 26-29.（in Chinese） ［5］ 张润民， 曾祥国， 王 豪.爆炸载荷作用埋地管道动力 响应数值模拟［J］.西部探矿工程，2017，29（2）26-29. ［5］ ZHANG Run-min，ZENG Xiang-guo，WANG Hao. Numer- ical simulation of dynamic response of buried pipelines with blast loading［J］. Western Exploration Project，2017， 29（2）26-29.（in Chinese） ［6］ 温 婷， 徐丽丽， 王 青， 等.混凝土表面应变片防水 性能的试验研究［J］.中国科技信息，2014（8） 107- 110. ［6］ WEN Ting，XU Li-li，WANG Qing，et al. Experimental re- search on waterproof perance of concrete strain gauges ［J］.ChinaScienceandTechnologyInation， 2014（8） 107-110.（in Chinese） ［7］ Q／ SY13582010油气管道并行敷设技术规范［S］.北 京 中国标准出版社，2010. ［7］ Q／ SY13582010 Specification for parallel laying of oil and gas pipelines［S］. BeijingChina Standard Press， 2010.（in Chinese） ［8］ 张黎明.中深孔台阶爆破振动对地下管道的影响研究 ［D］.贵阳 贵州大学，2015. ［8］ ZHANG Li-ming. Study on influence of medium-deep hole bench blast vibration on underground pipeline［D］. Guiy- angGuizhou University，2015.（in Chinese） ［9］ The American Society of Civil Engineers（ASCE）. Guide- lines for the design of buried steelpipe［S］. USA，2005. 英文编辑 陈东方 98第35卷 第4期 王新生， 张英才 运行高速公路上跨天桥爆破拆除关键技术研究 万方数据