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第 32 卷 第 1 期 2015 年 3 月 爆 破 BLASTING Vol. 32 No. 1  Mar. 2015 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2015. 01. 023 复杂环境下危桥控制爆破拆除 叶海旺 1， 余红兵1， 周建敏1， 徐文文1， 何成斌1， 吴剑锋2， 雷兴良3 （1. 武汉理工大学 资源与环境工程学院， 武汉 430070； 2. 武汉铁四院控制爆破技术有限公司， 武汉 430063； 3. 武汉市江夏凯龙爆破工程有限公司， 武汉 430032） 摘 要 位于仙桃老里仁口的通顺河公路桥多处出现裂痕， 中间一跨采用钢结构进行了加固， 大桥已不能 满足安全使用、 交通畅通的要求； 大桥两端距离民房最近只有 2 m， 环境十分复杂， 决定采用原地坍塌的爆破 方案进行拆除。为确保周边房屋等建筑设施的安全， 爆破部位主要设置在爪型桥墩和连系梁， 采用刚性防护 与柔性防护相结合的方式进行覆盖防护和近体防护， 配合以爆破震动测试。起爆后， 大桥按设计原地塌落， 飞石均在 10 m 范围以内， 爆破振动速度均小于爆破安全规程的标准。 关键词 桥梁拆除；控制爆破；孔网参数；爆破振动 中图分类号 TU746. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2015） 01 -0116 -05 Explosive Demolition of Unsafe Bridge in Complex Environment YE Hai-wang1， YU Hong-bing1， ZHOU Jian-min1， XU Wen-wen1， HE Cheng-bin1， WU Jian-feng2， LEI Xing-liang3 （1. School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China； 2. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co LTD， Wuhan 430063， China； 3. Wuhan Jiangxia Chiron Blasting Engineering Group Co Ltd， Wuhan 430032， China） Abstract The Lao Li Ren Kou Tongxun Rriver Hhighway Bbridge located in Xiantao city appeared many cracks， and the bridge has been reinforced in the middle span with steel structure. It couldnt meet the safe usage and smooth traffic requirements. The smallest distance between the brick buildings and the end of the bridge was only 2 m. In order to ensure the safety of the surroundings， the blast site was mainly arranged at the bridge piers. The piers and beams were covered with bamboo spring board and safety nets， at the same time， the blasting vibration test was taken into account. The blasting results show that the construction demolition agreed with in-situ collapse design well， and the fly rocks were controlled within 10 m， and the blasting vibration was lower than the standard of state regulations. Key words bridge demolition；controlled blasting；blasting parameter；blasting vibration 收稿日期 2014 -12 -08 作者简介 叶海旺 （1971 - ） ， 男， 副教授、 博士， 主要从事采矿爆破方 面的研究与教学工作，（E-mail） yehaiwang369 hotmail. com。 1 工程概况 爆破拆除的构筑物为仙桃市老里仁口通顺河公 路桥， 此桥为上个世纪 60 年代所建。随着交通流量 的增加， 此桥已无法满足现有交通需求， 且桥身部分 多处出现裂痕， 存在安全隐患， 需予以拆除。老里仁 口通顺河公路桥为东西走向， 桥长 63 m， 宽 6. 5 m， 桥面距水面高 8 m， 桥面厚约 40 cm。桥梁两端引桥 部分各有一对垂直方柱， 两柱之间有连系梁连接， 梁 的尺寸为 40 X40 cm2； 中间主跨有 4 对爪型柱 （3 根 立方柱形成 1 个爪型柱） ， 每组桥墩均有 3 根横梁， 立柱和横梁的尺寸均为 40 X40 cm2， 结构如图 1 所 示。桥四周均为砖结构建筑物， 大桥周边环境如图 1 所示， 距离大桥最近的民房只有 2 m， 大桥西南方向约 2 m 处有一根裸露的自来水管。 图 1 被拆除桥梁及周边环境示意图 （单位 m） Fig. 1 Surroundings of bridge to be demolished （unit m） 2 方案选择 由于该桥为轻型结构桥梁， 桥梁已产生裂缝， 局 部已采用钢结构进行过加固。根据该桥的结构特 点、 周围环境情况及工程要求， 参考其它桥梁拆除爆 破实例 ［1-3］， 采用原地坍塌方案实施爆破。因大桥两 头距离房屋太近 （最近只有 2 m） ， 故此次爆破只对 桥身主跨段的爪型柱桥墩和支架梁钻孔爆破， 不爆 破桥两端的引桥 （长 5 m） 。 3 桥梁爆破设计 3. 1 爆破高度确定 钢筋混凝土容重按 2400 kg/ m3计算， 桥体总质 量为 375 312 kg。每个支柱中有  25 mm 的竖向螺 纹钢筋4 根， 上部桥体重量作用于96 根  25 mm 主 筋上， 每根钢筋承重 3909. 5 kg。采用下式计算立柱 最小炸毁高度 ［4］ Hmin π μ EJn 槡 P 式中 Hmin为最小炸毁高度； μ 为压杆长度系数， 假设 钢筋两端为固支， 取 0. 5； E 为钢筋的弹性模量， 取 2. 0 X 105N/ mm2； J 为 钢 筋 的 截 面 惯 性 矩， 取 19 165 mm4； P 为立柱上的总荷载， 为 3678058 N。将 数据代入上式可算得最小炸毁高度 Hmin约为2 m。 在爆破施工中， 为了使桥体倒塌后产生一定的 触地冲量， 使其梁、 柱解体破坏充分， 立柱破坏高度 远比上述临界值大， 用下列经验公式计算立柱爆破 高度 H1 K1（B Hmin） 式中 K1为经验系数， 取 1. 5， B 为钢筋混凝土 立柱截面长边的边长， 0. 4 m。代入数据计算的立柱 炸毁高度为 3. 6 m。 3. 2 钻孔布置 立柱爆破采用水平浅孔爆破法。截面为 400 X 400 mm2的立柱， 爪型柱东西剖面和南北剖面以及 横梁南北剖面装药布置如图 2 所示。 图 2 爪型柱布孔及装药结构示意图 （单位 m） Fig. 2 Charging structure and display of blast hole in bridge pier （unit m） 711第 32 卷 第 1 期 叶海旺， 余红兵， 周建敏， 等 复杂环境下危桥控制爆破拆除 3. 3 爆破孔网参数计算 在桥墩爪型柱爆破方案采用水平浅孔爆破法， 钻孔采用 7655 型凿岩机， 孔径  40 mm； 炸药采用  32 mm 的乳化炸药药卷， 孔深为 25 cm， 孔间距为 30 cm。采用单排布孔方式。爪型柱每根立方柱上 部 3 个孔， 下部 6 个孔， 每根支架梁左右各 3 个孔， 共计 288 个炮孔。 根据查表及类似工程经验 ［5］， 炸药单耗取 q 0. 8 kg/ m3， 每孔装药量 Q 0. 0384 kg， 取40 g； 每孔 装 1 发非电导爆管延期雷管， 总钻孔个数为 288 个； 总钻孔长度为 72 m； 总装药量为 11. 52 kg； 孔内雷 管用量计算得 288 发。 3. 4 起爆网路选择 桥墩四个爪型柱由中间向两边微差爆破， 微差 间隔时间为310 ms； 桥墩孔内装11 段非电导爆管雷 管， 桥墩之间采用 9 段非电导爆管雷管连接 ［6］。如 图 3 所示。 图 3 网路起爆联结图 Fig. 3 Blasting initial network 4 安全监测及防护 4. 1 桥梁触地振动 根据中华人民共和国国家标准 爆破安全规 程（GB67222003） 可知， 距离 R 处的触地振动速 度为 Vz 0. 08 3 槡 I R 1. 67 式中 Vz为建筑物坍塌冲击底面在测点处在产生的 地表振动速度； R 为测点到冲击触地点的距离； I 为 冲击触地冲量 I M （2Hg） 1/2； M 为坍塌物质量； H 为重心落差。 触地振动速度最大时为中间两块较大桥体落地 时， 每块桥体长 19. 28 m， 不计爪型支柱及连接横 梁， 每块桥体质心高 H 8. 73 m， 每块质量 M 165 206 kg， 触地冲量 I 2 061 031 N X S， 触地点质 心距离桥头 19.24 m。因为桥四周都为砖结构楼房， 因 此， 只需考虑离桥最近距离的房屋的震动速度即可， 取 R 21.24 m， 算得触地震动速度 V 1.63 cm/ s。与爆 破安全规程规定中砖结构房屋允许振动 V 2. 0 cm/ s 相比， 工程实际触地震动远远小于安全规 定， 即爆破触地震动符合安全要求。 4. 2 爆破震动安全允许速度 根据中华人民共和国国家标准 爆破安全规 程（GB67222003） 的规定， 药包位于地表以上 （埋设在立柱上） ， 爆破振动对周围建、 构筑物的损 坏影响可采用下式计算 V K1K 3 槡Q R α 式中 R 为爆破地震安全允许距离， 取最近的房 屋 32 m； Q 为微差爆破最大一段药量为 4. 64 kg； K、 α 都为场地系数分别取 200、 1. 5； K1为衰减系数， 取 0. 5； V 为被保护对象所在地质点振动安全允许速 度。经计算可得该处爆破振动速度为 1. 19 cm/ s， 远小于国家爆破安全规程所规定的允许振速值 （一 般砖房安全允许振动速度为 V 2. 0 3. 0 cm/ s） 。 故爆破震动不会对爆区周边民房造成破坏。 4. 3 安全防护措施 施工应严格按照设计说明书进行， 保证钻孔精 度、 堵塞严密、 连接准确。做好飞石防护工作、 重要 设施保护以及人员安全警戒。 由于爆破技术的特殊性和混凝土介质的复杂 性， 爆破过程难免会产生个别飞散距离较远的飞石。 若不采取安全措施， 对其进行防控， 容易出现安全事 故。为有效控制爆破飞石， 首先将在装药爆破的立 方柱和支架梁周围用竹跳板进行捆绑覆盖防护， 再 在爆破区域周围采用安全防护网进行柔性防护， 用 以阻挡从覆盖防护中飞出的小块飞散物。 5 爆破效果 5. 1 爆破破碎效果 整个大桥的爆破拆除施工共用 5 d 时间完成， 爆破部位都按设计目标破碎解体， 爆破前后如图 4 所示。飞石仅落在沿河流方向 10 m 范围内。大桥 西南方向距离大桥仅2 m 的自来水管和周边房屋都 完好无损。爆破噪声明显小于爆破后燃放的烟花鞭 811爆 破 2015 年 3 月 炮的声响。 图 4 爆破前后对比图 Fig. 4 Pictures of bridge before and after blasting 5. 2 现场振动测试 采用 TC-4850 动态测试仪对现场爆破振动速 度进行测试 ［7］， 离爆破中心约 25 m、 40 m、 50 m、 60 m、 65 m 的爆心距条件下各测点所测得试验数据 如表 1 所示。 表 1 不同爆心距下各测得的 XYZ 方向速度峰值 Table 1 Particle peak velocity of blasting vibration with different distance 爆心距/ m X 方向 速度/ （cms -1） X 方向 频率/ Hz Y 方向 速度/ （cms -1） Y 方向 频率/ Hz Z 方向 速度/ （cms -1） Z 方向 频率/ Hz 250. 757. 700. 417. 350. 547. 81 400. 173. 900. 098. 330. 441. 90 500. 204. 200. 114. 020. 425. 41 600. 234. 370. 125. 680. 274. 98 650. 284. 700. 103. 190. 255. 65 根据中华人民共和国国家标准 爆破安全规 程（GB67222003） ， 对于房屋， 振动速度允许标准 为2 3 cm/ s。从表1 可知， 爆破振动速度均远小于 国家允许的振动速度标准， 符合安全要求。 6 结语 从爆破效果看， 大桥原地塌落， 爆破部位解体充 分， 爆破未对周边房屋建筑造成危害， 爆破震动和飞 石得到了有效的控制， 得到了当地居民和委托单位 的好评， 可见本次危桥爆破各种爆破参数的设计是 合理的。从本危桥的拆除又一次证明， 采用爆破方 法拆除危险建 （构） 筑物是非常安全、 高效的。 参考文献 （References） ［1］ 姚金阶. 报废桥梁拆除控制爆破 ［J］ . 爆破， 2001， 18 （2） 79-80. ［1］ YAO Jin-jie. Scrap bridge destroyed by controlled explo- sion［J］ . Blasting， 2001， 18 （2） 79-80. （in Chinese） ［2］ 程 康， 孙亚飞. 复杂环境下钢筋混凝土双曲拱桥爆 破拆除 ［J］ . 爆破， 2008， 25 （3） 71-73. ［2］ CHEN Kang， SUN Ya-fei. Blasting demolition of rein- forced concrete double-curvature arch bridge under com- plex surroundings［J］ . Blasting， 2008， 25 （3） 71-73. （in Chinese） ［3］ 黄 毅. 爆破拆除法在旧桥拆除中的应用 ［J］ . 中国水 运， 2006， 4 （11） 86-87. ［3］ HUANG Yi. Blasting demolition applied in old bridge demolition ［J］ . China Water， 2006， 4 （11） 86-87. （in Chinese） ［4］ 刘殿中， 杨仕春. 工程爆破使用手册 ［M］ . 北京 冶金 工业出版社， 2003 544-548. ［5］ 谢先启， 韩传伟， 贾永胜， 等. 宜春大桥爆破拆除 ［J］ . 爆破， 2012， 29 （1） 62-64. ［5］ XIE Xian-qi， HAN Chuan-wei， JIA Yong-sheng， et al. Ex- plosive demolition of Yichun bridge ［J］ . Blasting， 2012， 29 （1） 62-64. （in Chinese） ［6］ 李 超， 吴剑锋， 祝砚桧， 等. 10 层框架结构定向折叠 爆破拆除 ［J］ . 爆破， 2013， 30 （1） 79-81. ［6］ LI Chao， WU Jian-feng， ZHU Yan-hui， et al. Directional 911第 32 卷 第 1 期 叶海旺， 余红兵， 周建敏， 等 复杂环境下危桥控制爆破拆除 folded explosive demolition of 10-storey framed building ［J］ . Blasting， 2013， 30 （1） 79-81. （in Chinese） ［7］ 唐春海， 张永哲， 梁向前. 150 m 高烟囱爆破拆除振动 测试 ［J］ . 爆破， 2013， 30 （2） 131-133. ［7］ TANG Chun-hai， ZHANG Yong-zhe， LIANG Xiang-qian. Monitoring on vibration caused by explosive demolition of 150 meters height chimney ［J］ . Blasting， 2013， 30 （2） 131-133. （in Chinese） （上接第 110 页） （2） 在水池中安放分散药包的水耦合爆破方法 有效的控制了爆破粉尘的产生。 （3） 利用高速摄影分析了冷却塔倒地冲击气浪 大造成周边民宅受损的原因， 可为类似的工程提供 借鉴。 参考文献 （References） ［1］ 吕小师， 龚 健， 朱运华. 2 座 100 m 高钢筋混凝土冷 却塔控制爆破拆除 ［J］ . 辽宁工程技术大学学报 （自然 科学版） ， 2014， 33 （2） 218-221. ［1］ LV Xiao-shi， GONG Jian， ZHU Yun-hua. Control explo- sive demolition of two 100 m reinforced concrete cooling towers ［J］ . Journal of Liaoning Technical University （Nat- ural Science） ， 2014， 33 （2） 218-221. （in Chinese） ［2］ 付天杰， 王全杰， 刘 刚. 123 m 双曲线冷却塔控制爆 破拆除 ［J］ . 爆破， 2012， 29 （3） 82-85. ［2］ FU Tian-jie， WANG Quan-jie， LIU Gang. Controlled ex- plosive demolition of 123 m hyperbolic cooling tower ［J］ Blasting， 2012， 29 （3） 82-85. （in Chinese） ［3］ 刘宏刚， 白立刚， 李 俊. 薄壁双曲线型冷却塔定向爆 破切口问题的探讨 ［J］ . 铁道建筑， 2005 （S1） 68-70. ［3］ LIU Hong-gang， BAI Li-gang， LI Jun. Study on parameter of directional blasting cut［J］ . Rail Way， 2005 （S1） 68- 70. （in Chinese） ［4］ 傅建秋， 王永庆， 高荫桐， 等. 冷却塔拆除爆破切口参 数研究 ［J］ . 工程爆破， 2007， 13 （3） 53-55. ［4］ FU Jian-qiu， WANG Yong-qing， GAO Yin-tong， et al. Study on parameter of cooling tower blasting cut ［J］ . Engineering Blasting， 2007， 13 （3） 53-55.（in Chinese） ［5］ 袁绍国. 复杂环境下冷却塔定向倾倒爆破 ［J］ . 爆破， 2006， 23 （4） 49-52. ［5］ YUAN Shao-guo. Cooling tower directionally blasting un- der complicated environment［J］ . Blasting， 2006， 23 （4） 49-52. （in Chinese） ［6］ 杨 朴， 自立刚. 高大薄壁双曲钢筋混凝土冷却塔定 向爆破拆除技术 ［J］ . 铁道工程学报， 2006 （3） 66-69. ［6］ YANG Pu， ZI Li-gang. Directional blasting demolition tech- nology of tall and thin hyperbolic wall reinforced concrete cooling tower. ［J］ . Rail Way， 2006 （3） 66-69.（in Chi- nese） ［7］ 谢胜军， 单 翔， 李金轩， 等. 霍州发电厂冷却塔定向 爆破拆除 ［J］ . 爆破， 2009， 26 （2） 53-56. ［7］ XIE Sheng-jun， SHAN Xiang， LI Jin-xuan， et al. Direc- tional blasting demolition of cooling tower in HuoZhou power plants ［J］ . Blasting， 2009， 26 （2） 53-56.（in Chi- nese） ［8］ 傅建秋， 郑建礼， 刘孟龙. 略阳电厂 84. 8m 双曲线冷却 塔定向爆破拆除 ［J］ . 爆破， 2007， 24 （4） 41-44. ［8］ FU Jian-qiu， ZHENG Jian-li， LIU Meng-long. Research on cut parameter for demolition of the cooling tower［J］ . Blasting， 2007， 24 （4） 41-44. （in Chinese） ［9］ 范学臣， 吴长存， 纪 臻， 等. 孤北热电厂 75m 高冷却 塔爆破拆除 ［J］ . 爆破， 2008， 25 （3） 61-64. ［9］ FAN Xue-cheng， WU Chang-cun， JI Zhen， et al. Explosive demolition of 75 m high cooling tower in Gubei power plants［J］ . Blasting， 2008， 25 （3） 61-64. （in Chinese） ［10］ 戴 俊， 王小林， 梁为民， 等. 爆破工程 ［M］ . 北京 机 械工业出版社， 2005. ［11］ 吕小师， 罗运军. 大型冷却塔控制爆破技术及危害控 制措施 ［J］ . 河南理工大学学报 （ 自然科学版） . 2012， 31 （5） 589-593. ［11］ LV Xiao-shi， LUO Yun-jun. The control blasting technol- ogy and the damage control measures of large cooling tower ［J］ . Journal of Henan Polytechnic University （Nat- ural Science） ， 2012， 31（5） 589-593. （in Chinese） ［12］ 观家林， 谢兴博， 王希之， 等. 90 m 冷却塔爆破拆除 安全防护设计 ［J］ . 爆破， 2011， 28 （2） 72-75. ［12］ QU Jia-lin， XIE Xing-bo， WANG Xi-zhi. et al. Security protection design of explosion demolition of 90 m cooling tower ［J］ . Blasting， 2011， 28 （2） 72-75. （in Chinese） ［13］ GB 67222003 爆破安全规程 ［S］ . 021爆 破 2015 年 3 月