宜春大桥爆破拆除.pdf

第2 9 卷第1 期 2 0 1 2 年3 月 爆破 B L A S T I N G V o l - 2 9N o ．1 M a r ．2 0 1 2 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j 。．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 1 6 宜春大桥爆破拆除 谢先启，韩传伟，贾永胜，王洪刚，刘昌邦 武汉爆破公司，武汉4 3 0 0 2 3 摘要要爆破的桥为复合结构，拆除两端钢筋混凝土结构引桥后，剩下江中7 孔部分为石拱桥，长 2 7 0 ．3m ，宽l O ．2m 。爆破环境复杂，南岸距居民楼1 6m 。中间距状元洲公园设施5m ，控制飞石和振动是重 点。对结构进行分析，确保倒塌的情况下，减少钻爆工作量是方案优化的要点。详细讨论了石拱桥坍塌机 理、装药参数的设计和起爆网路，结合倒塌过程图像对下落过程进行了分析。 关键词多跨拱桥；塌落机理；爆破拆除 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 2 0 l 一0 0 6 2 0 3 E x p l o s i v eD e m o l i t i o no fY i c h u nB r i d g e X I EX i a n q i ，H A NC h u a n w e i ，J I Ay a 略一s h e n g ，W A N GH o n g 一班增，L I UC h a n g - b a n g W u h a nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gC o m p a n y ，W u h a n4 3 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h eb r i d g eb ed e m o l i s h e di sac o m p o s i t es t r u c t u r e ，t h et w oe n d i n ga r er e i n f o r c e dc o n c r e t es t r u c t u r e ， t h eo t h e r7a r c h e sa r es t o n ea r c hb r i d g e ．T h ew h o l el e n g t hi s2 7 7 ．3ma n dt h ew i d t hi s1 0 ．2m ．t h es u r r o u n d i n go f b l a s t i n gW a sc o m p l e x ，w h o s es o u t he n d i n gi s1 6 mp a r tf r o mr e s i d e n tb u i l d i n ga n dt h ec e n t e ri s5 ma w a yf r o mt h e Z h u a n g y u a ni s l a n df a c i l i t i e s ．S ot h ec o n t r o lo ff l yr o c ka n db l a s t i n gv i b r a t i o nW a sv e r yi m p o r t a n t ．T h r o u g ha n a l y z i n g t h es t r u c t u r ea n da s s u r i n gt h es m o o t hc o l l a p s e ，t h ek e yp o i n t so fb l a s t i n gs c h e m eW a sd e c r e a s i n gt h ed r i l l i n gw o r k ． T h ec o l l a p s em e c h a n i s mo fs t o n ea r c hb r i d g e ，t h ed r i l l i n g - a n d c h a r g i n gp a r a m e t e r sa n di n i t i a t i o n c i r c u i tw e r ed i s - c u s s e di nd e t a i l ．T h ef a l l i n gp r o c e s sw a sa l s oa n a l y z e db yt h ep i c t u r eo fb r i d g ec o l l a p s e ． K e yw o r d s m u l t i s p a ns t o n ea r c hb r i d g e ；c o l l a p s em e c h a n i s m ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n 1 工程概况 1 ．1 工程环境 待拆除的石拱桥位于江西省宜春市袁州区明月 南路上，大桥横跨秀江两岸，因改扩建需要将其拆 除。大桥北岸毗邻秀江路，江中北侧砌块边孔距西 北侧最近6 层居民楼5 9m ，东北侧最近距离7 层建 筑物7 0m ；大桥南岸毗邻袁河路，南侧砌块边孔距 西南侧最近7 层居民楼1 6m ，东南侧最近8 层居民 楼2 8m ；大桥中间东侧是江心洲，建有状元洲公园， 收稿日期2 0 1 l 一1 2 一0 2 作者简介谢先启 1 9 6 1 一 ，男．硕士、教授级高工、博导，主要从事 工程爆破理论研究与实践应用【作， E m a i l 2 7 8 6 2 8 5 2 5 q q ．c o m 。 距离大桥5m 、1 0m 处有喷泉及照明设施。具体环 境见图l 。 1 ．2 结构特征 大桥全长2 7 7 ．3m ，车行道宽7m ，两侧入行道 各宽1 ．4m ，栏杆各宽O ．2m ，高1 ．2m 。大桥横跨 秀江部分为7 孔浆砌块石拱桥，每孔长3 2m ，桥拱 矢高4 ．8m ，拱圈厚1 ．2m ，主拱的两侧各有2 个副 拱。桥墩上方主腹拱墩宽1 ．3m ，两侧的辅助腹拱 墩宽0 ．8m ，腹拱墩间距3m 。拱圈顶部是1 ．2m 块 石填充，填充块石上部是钢筋混凝土桥面，桥面厚 0 ．5m 。横跨秀江7 孔部分共有2 个桥台和6 个桥 墩，桥墩长8 ．2m ，宽3 ．4m ，高4 ．5m 。南岸腹拱墩 南侧是袁河路，桥台和引桥部分长约2 3 ．6 5m 。北 岸腹拱墩外是横跨秀江路的钢筋混凝土桥，桥墩为 万方数据 第2 9 卷第1 期谢先启，韩传伟，贾永胜，等宜春大桥爆破拆除 钢筋混凝土结构，该部分长约2 9 ．6 5m ，高约6m ，与 横跨秀江的7 孔主体部分有施工缝。具体结构见 图2 结构详图。 图1 环境示意图 单位m F i g ．1S u r r o u n d i n go ft h eb r i d g e u n i t m 2 爆破方案与设计 2 ．1 总体爆破方案 根据宜春大桥的结构特点和周边环境，拟先将 北岸的跨越秀江路钢筋混凝土桥梁 含北岸桥台 和南岸桥台及引桥部分采用机械拆除的方式拆除， 中间横跨秀江7 孑L 浆砌块石拱桥采用自南北两侧向 中间逐孑L 爆破倒塌的拆除总体方案‘M o 。 对于拱形结构的浆砌块石桥梁，原则上只要炸 毁桥墩就可实现整个桥梁失稳坍塌解体破坏。通过 对桥整体的力学性质和对以往类似爆破资料进行综 合分析，石砌拱桥爆破拆除的关键部位有2 个一是 桥墩；二是桥墩上部腹拱墩、拱圈结合部。由于桥的 拱圈在其沿环向的抗拉伸强度特别低，只要在拱脚 和桥墩或桥台的结合处对其进行破坏，那么拱桥会 在自身重力的作用下落地直至充分解体。其实这2 个关键部位可看成一个，炸毁任何一个都可实现整 座桥梁的垮塌。宜春大桥桥墩体量大，又在流动的 江水中，爆破时水位约2m 深，防护很困难，因此，桥 墩采取在腹拱墩与拱圈夹角处钻设稍倾斜垂直炮 孔，实施松动爆破。腹拱墩与拱肋拱脚处，布设3 排 炮孔，爆破使该处块石抛出或稍大移位，即可实现上 部结构塌落。考虑塌落后减少机械在江中破碎桥墩 时间，爆破部位选择在桥墩、腹拱墩、拱圈的拱脚。 为改善破碎效果，在拱顶钻设2 排梅花形辅助炮孔， 实施松动爆破。 2 ．2 爆破设计 爆破部位选择在桥墩 台 以及它们和拱圈的 结合点。各部位的爆破参数见表l 。 2 ．3 起爆网路 起爆网路采用孔内外延时相结合的方式，起爆 采用非电导爆管簇联网路，用瞬发电雷管串联起爆。 雷管延时段别见表2 。 图2 石拱桥立面图 单位m F i g ．2 S c h e m ea n dt a y o u to fb o r e h o l e s u n i t m 表1 爆破参数表 T a b l e1 B l a s t i n gp a r a m e t e r s 表2 雷管延时段别表 T a b l e2 I t e r v a l so fd e t o n a t o rd e l a y 3 安全设计 3 ．1 爆破振动的控制 爆破振动的强度用介质的振动速度、加速度、位 万方数据 爆破 2 0 1 2 年3 月 移来表示，通常，人们以地面的振动速度来衡量爆破 地振效应强度的标志。拆除爆破所使用的药包一般 比较多，也比较分散，而且药包一般都布置在承重的 部位，爆破后产生的振动是通过建 构 筑物的承重 部位传到基础后再传到地面的。作为计算控制爆破 振动速度的公式，一般采用下式，即 V K k ’ Q ”／R 。 式中Q 为一次齐爆的最大药量，k g ；R 为保护目标 至爆点之间的距离，r n ；V 为质点的振动速度，c m ／s ； K ，n 为与地振波传播地段的介质性质及距离有关的 系数； ’为修正系数，根据观测取＆7 值取0 ．2 5 ～1 ．0 离爆源近且爆破体临空面较少时取大值，反之取小 值，本工程取k ’0 ．5 。 按照工程爆破实用手册及国家有关标准取 值，式中K 3 2 ．1 ，d 1 ．5 7 。 按设计计算，南侧桥墩、主腹拱墩、拱圈爆破单 响药量为7 5k g ，南侧岸边拱圈爆破单响药量为 1 2 ．0k g 。 南侧岸边拱圈爆破对1 6m 处居民楼产生的爆 破振动速度为1 ．5 1e m ／s ；南侧桥墩、主腹拱墩、拱 圈爆破对距其5 0 m 处居民楼产生的爆破振动速度 为0 ．6 6c m ／s ；可见，产生的振动低于国家标准 2c m ／s 。 3 ．2 塌落振动控制 建 构 筑物在塌落过程中冲击地面产生振动， 且其强度比爆破振动要大、频率要低，对四周建 构 筑物危害更大，必须引起足够重视。为降低塌 落振动效应的危害，应尽量防止构件同时触地，而采 用分段分区使构件依次触地来控制塌落振动。 塌落振动由下式检算 V k 。[ r a g H ／o “ ”3 ／R ] 4 ⋯⋯ 式中y 为塌落引起的地表振速，c m ／s ；r t t 为下落构 件质量，t ；g 为重力加速度，r n ／s 2 ；Ⅳ为构件质心的高 度，“；o - 为地面介质的破坏强度，一般取1 0M P a ；R 为观测点至冲击地面中心的距离，I l l ；k 。、卢为衰减参 数，分别取 。 3 ．3 7 ，1 3 1 ．6 6 。 每桥拱按照体积估算，其质量大约为11 2 0t ， 重心高度约1 0m ，塌落中心距最近居民楼约3 2m 。 经计算产生的塌落振动为1 ．8 6c m ／s ，该值小 于国家标准。 3 ．3 飞石控制 控制爆破飞石飞散距离的计算，目前还没有比 较成熟的计算公式。大连理工大学的李守臣，通过 对几十例拆除爆破工程产生的飞石数据进行回归分 析，得到无覆盖条件下飞石距离与单位炸药用量之 间的关系 ￡， 7 0 K o ” 式中￡，为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距离， m ；K 为拆除爆破单位用约量，k s ／m 3 。本次爆破设 计单位用药量为1 ．0k g ；计算得L ， 7 0 x1 ．0 0 ” 7 0n l 。为确保万无一失，采用以下措施防止飞石 爆破部位以围裹和覆盖防护为主。即在桥墩、 拱圈四周挂2 层竹笆，四周再悬挂2 层防护网；南岸 拱圈上敷设2 层沙袋和1 层防护网做覆盖防护，确 保飞石控制在安全范围内。 4 爆破效果 爆破后，桥梁按照设计要求由两侧向中间逐段 塌落倒塌，破碎后的渣块全部落于江中。爆破后桥 墩部分破碎松散，桥拱桥面在自重作用下也产生破 碎。爆破后周围水上水下建筑物和结构物完好，大 部分飞散物控制在1 5m 内，少量的不超过5 0m 。 爆破完全达到了预想效果。爆破过程见图3 。 c a t 09B d a t l ．58 图3 爆破过程 F i g ．3B l a s t i n gp r o c e s s 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 王永强，张久龙，王朝晖，等石拱桥爆破拆除[ J ] ．工 程爆破，2 0 0 5 ，1 1 2 5 5 - 5 6 ． [ 1 ] W A N GY o n g q i “g ，Z H A N GJ i u l o n g ，W A N G2 2 q a o - h u i ，e t a 1 ．C o n t r o l l e db l a s t i n gd e m o l i t i o no fs t o n ea r c hb 6 d g e 『J ] ． E n g i n e e r i n gB | a s f n g ，2 0 0 5 ，1 1 2 5 5 - 5 6 i nC h i n e s e [ 2 ] 曹跃，庞端根，杨昌森，等．大型石拱桥坍塌爆破拆 除[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 6 14 5 3 ． [ 2 ] C A OY u e ，P A N GD u a n - g e n ，Y A N Gc h n g s h e n ，e ta 1 ．D e m o - l i t i o no fal a r g es t o n ea r c h 研d g eb yc o l l a p s eb l a s t i n g [ J ] B l a s t i n g ，2 0 0 5 ．2 2 2 6 1 - 6 3 i nC h i n e s e [ 3 ] 程康，孙亚飞．李朝雄．等．复杂环境下钢筋混凝土 双曲拱桥爆破拆除[ j ] 爆破，2 0 0 8 ，2 5 3 7 1 - 7 3 下转第6 8 页 万方数据 爆破2 0 1 2 年3 月 3 ．3 装药设计 采用直径3 2m m 的乳化炸药进行装药。弦管 上的炮孔单孑L 装药量3 0 0g ，腹板上的炮孔单孔装药 量3 0 0g ，炸药单耗为4 - 5k s ／m 3 ，采用湿泥巴堵孔， 堵塞长度为1 5 2 0c m 。以上装药是否合理，爆破 作用是否能将未切缝的钢管拉断，从而解除钢管对 爆破的约束作用。为此，我们进行了以下理论验算。 对于凝聚炸药的瞬时爆炸，爆生气体的初好平 均压力为_ o p一 ＆n 2 。o 一2 k 1 g ” 式中P o 为爆生气体的初始平均压力，k g l Y c m 2 ；k 为 炸药的绝热等熵系数，对于凝聚炸药取3 ；p 。为炸药 的密度，据乳化炸药试验取1 ．1 5g ／c m 3 ；g 为重力加 速度，9 8 0c m ／s 2 ；D 为爆速，据乳化炸药试验取4 6 1 0 4c m ／s 。 根据以上计算P 0 为3 10 3 8k s f ／c m 2 ，假设以上 爆压在弦管外侧1 8 0o 范围内形成均布荷载，经过计 算，此荷载在1 0c m 的未切断钢管处形成的总拉力 为2 ．4M N ，此处钢管的拉应力约20 0 0M P a ，远大于 钢管的抗拉强度6 0 0M P a ，所以，未切缝的钢管是可 以被顺利拉断的。 3 ．4 起爆网路 该爆破采取导爆管微差起爆网路，弦管与腹板 之间炮孔微差间隔时间为2 5 5 0m s ，单侧拱肋之 间的微差间隔时间为1 0 0 1 5 0m s ，两侧拱肋之间 的间隔时为3 0 0 4 0 0m s 。 3 ．5 安全防护 该爆破的主要爆破危害效应为触地振动与爆破 飞散物2 大危害效应。对此，采取在桥面下通过挖 缓冲沟、辅草垫等方式，可以有效减轻触地振动危害 效应；对爆破飞散物的防护，则主要采取搭设防飞石 排架等近体防护措施。 4 结语 通过以上爆破技术方案的实施，桥体按预定方 向倾倒，爆破后解体较为充分，爆破的危害效应控制 在标准范围之内，爆破取得了成功，也为我国以后同 类工程爆破积累了设计与施工的经验。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]中华人民共和国标准．G B 6 7 2 2 m 2 0 0 3 爆破安全工程 [ S ] ．北京中国标准出版社，2 0 0 4 ． [ 1 ] T h es t a n d a r do ft h eP e o p l e ’sR e p u b l i co fC h i n a ．G B 6 7 2 2 m 2 0 0 3S a f e t ys p e c i f i c a t i o n so fb l a s t i n go p e r a t i o n [ S ] ．B e i j i n g S t a n d a r d sP r e s so fC h i n a ，2 0 0 4 ． i nC h i n e s e [ 2 ] 王玉杰．爆破工程[ M ] ．武汉武汉理工大学出版社，、 2 0 0 7 。 [ 2 ] W A N GY u - 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