中承式钢管砼拱桥爆破施工方案探讨.pdf

第2 9 卷第1 期 爆破 V o l 2 9N o 1 2 0 1 2 年3 月B L A S T I N G 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 7 中承式钢管砼拱桥爆破施工方案探讨 邓小英，周桂松，冯辉，鲁力，刘小均 葛洲坝易普力股份有限公司，重庆4 0 0 0 2 3 摘要介绍了在复杂环境中。采用控制爆破技术拆除桌中承钢管砼拱桥的工程实例，论述了爆破工程方 案的确定。爆破技术设计及安全防护措施。拟爆破拆除的大桥是由主桥与引桥2 部分组成，拱肋的钢管内填 充混凝土且结构复杂。在技术方案设计和爆破施工中为确保大桥的顺利倾倒，对倒塌方式、爆点位置、爆破 方式、起爆顺序等方面进行了深入的探讨，还对预处理、炮孔布置、装药设计、起爆网路等技术设计内容进行 了细致的阐述，最终取得了爆破成功，为类似结构的桥梁爆破拆除提供借鉴。 关键词中承式钢管砼拱桥；爆破拆除；定向倾倒；施工方案；预切割处理 中图分类号T U 7 4 6 ．5 文献标识码A 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 2 0 l 一0 0 6 5 0 4 D i s c u s s i o no fB l a s t i n gS c h e m eo fS t e e lT u b ea n d ． C o n c r e t eA r c hB r i d g ew i t hM i dS u p p o r t e d D E N GX i a o - y i n g ，Z H O UG u i - s o n g ，F E N GH u i ，L UL i ，L I UX i , w - j u n G e z h o u b aE x p l o s i v eC oL t d ，C h o n g q i n g4 0 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee x p l o s i v ed e m o l i t i o no ft h es t e e lt u b ea n dc o n c r e t ea r c hb r i d g ew i t hm i ds u p p o r t e dw a si n t r o d u c e d i nc o m p l e xs u r r o u n d i n g ，i n c l u d i n gt h eb l a s t i n gs c h e m ea n ds a f e t yp r o t e c t i o nm e a g u l _ e s ．T h eb r i d g eb ed e m o l i s h e dW a s c o n s i s to fm a i nb r i d g ea n da p p r o a c hb r i d g e ．t h es t e e lt u b eo fa r c hr i bw a sf 认l e dw i t hc o n c r e t ea n dh a dc o m p l e xs t r u c t u x e ．F o ra s s u r i n gt h es m o o t hc o l l a p s eo ft h eb r i d g e ，t h eb l a s t i n g ∞h c m cc o n c e r n i n gc o l l a p s ep a t t e r n ，b l a s ts i t e ，f u - i n g m e t h o da n ds e q u e n c ew a sd i s c u s s e dd e e p l y ．B e s i d e s ，t h ed e s i g nc o n t e n t so ft h ep r e t r e a t m e n t ，t h eb l a s t h o l ea r r a n g e - m e n t s ．t h ec h 趾g cd e s i g na n dt h ei n i t i a t i o nn e t w o r k 惴a l s od e s c r i b e di nd e t a i l ，w h i c hp r o v i d e sv a l u a b l ee x p e r i e n c e f o rt h es i m i l a re n g i n e e r i n gb l a s t i n g ． K e yw o r d s s t e e lt u b ea n dc o n c r e t ea r c hb r i d g ew i t hm i ds u p p o r t e d ；e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；d i r e c t i o n a lc o l l a p s e ； c o n s t r u c t i o ns e r e m e ；p r e c u t t i n gt r e a t m e n t 1 工程概况 中承式钢管混凝土拱桥，顾名思义，是一种桥面 系设置在桥跨主要承重结构 如拱肋 中部的钢一混 凝土组合结构的拱桥，通常将拱肋的钢管内填充混凝 土。由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀， 使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土 收稿日期2 0 1 l l l l O 作者简介邓小英 1 9 7 1 一 ，男，湖南人，高级工程师、学士学位。从 事采矿勺工程爆破方面研究，现任葛洲坝易酱力股份有限 公司副总经理， E m a i l g e n h u a z h u l 9 7 9 1 6 3 ．咖。 的抗压强度，同时，钢管兼有纵向主筋和横向套箍的 作用，并可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程 中，钢管可作为承重骨架，其焊接作业简单，吊装重量 轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。 某中承式钢管砼拱桥，桥体主要由主桥、引桥 2 部分组成。其主桥部分主要由钢管混凝土肋拱、 横撵、吊杆、桥面、基础以及其它附属工程组成，传力 结构分为拱上结构和悬吊结构。主拱为主要承重部 分，净跨度1 5 0m 桥面以上跨度为1 2 0m ，桥宽 2 4 ．5m ，矢拱比为l 6 ．2 5 ，矢高为2 4m ，拱高 万方数据 爆暖 2 ．4m 。拱宽1 ．4m 。每条拱肋由上、下弦管及竖撑、 斜撑组成珩架结构，上下弦管各由2 条钢管组成，钢 管外径为6 0 0I n l T i ，钢管壁厚为1 0f r i l l ] ．管内为C 4 0 号泵送混凝土，桥面以上弦管的钢管之间焊接有腹 板，腹板内为C 4 0 号砼，桥面以下肋拱除钢管之间 有腹板结构外，．k 下弦管之间也包有腹板，腹板内为 钢筋砼。拱f 部分由6 榀横撑，横撑由4 根弦管组 成，横截碰高度为2 ．1m ，宽度为I ．8m ；拱下部分由 立柱盖梁、桥道T 梁和挑梁及牛腿组成，主拱由 2 3 2 根吊杆悬吊预制混凝土桥面．并锚刨于下部 T 形梁中．吊杆总长9 0 ．9 9I l l 2 ，内部由西5 高强钢 丝、充填砂浆和曲1 1 0 3 防护钢管构成。引桥主要 由桥面系、桥道T 梁、支座、桥墩、桥台等附属结构 组成。该桥因年久失修，主桥局部桥面出现垮塌，需 进行爆破拆除。桥体爆破前情形如图I 所示。 图1某中承式钢管砼拱桥爆前的情景 F i g ．1 M i ds u p p o r t e ds t e e ll u b ec o n c v s l ea r c hb r i d g e b e f o r e I h ee x p l o s i o no ft h e ∽e n e 引桥部分结构为简支梁结构，引桥坍塌的条件 是桥墩充分解体．只要对桥墩进行钻孔爆破，保证有 足够的炸高，就可保证引桥的顺利坍塌，所以，其爆 破施工相埘简单，不再赘述。时于丰桥的爆破，国内 该类型的拱桥爆破较为罕见，故对其爆破方案进行 详细的探讨。 2 爆破方案的确定 为保证桥体的顺利倒塌与爆破安全，确定合理 的爆破方案足至关重要的。而该拱桥拆除的爆破方 案主要需确定倒塌方式、爆点位置、爆破方式、起爆 顺序等几个方面的内容I “⋯。 2 ．1 倒塌方式 主桥倒塌方式包括定向倒塌与原地例塌2 种方式。 定向倒塌方式主要利用结构失稳原理与冲击破 坏原理，采取微差爆破的方式，先对倾倒侧的桥体承 重结构进行爆破破坏，在失稳作用下形成以另侧 的肋拱为主要支撑的倾倒力矩；在桥体形成倾倒趋 势后，再对后爆一侧的桥体承重结构进行爆破破坏， 桥体开始向先爆- 倾, F j 倾斜下坠；桥体着地时，两侧的 桥体不同时着地，冲击破坏造成结构的变型而解体， 原地倒塌方式主要是利_ f { 1 结构失稳原理与弯拉破 坏原理．采J H 微差爆破的方式，先对桥体中部拱段进行 爆破破坏．使其f l I 部拱段断裂后F 坠，同时使两侧的拱 段形成“悬臂结佝”．在重力弯矩的作用下失稳然后对 两侧拱段拱角部位进行爆破破坏，使两侧拱段断裂下 坠，从而达到分段解体并原地倒塌的目的。 2 种方式各有优缺点，定向倒塌的方式爆破作 业相埘简单，不需要在拱顶设置爆破点，避免了高空 爆破作业的安全风险，但下游侧同时若地产生的触 地振动效心相埘较大；原地倒塌爆破I f I 于分段解体 其触地振动效应杜I 对略小，但仔在高空爆破作、№的 安全风险，且中部拱段爆破要达到充分断裂才能使 两侧的拱段形成“悬臂结构”，而且爆破时机把握难 度较大，爆破失败的可能性较大。 综合考虑以上凶素，倒塌方式应优先选择定向 倒塌的方式，并通过在桥面下设置缓冲层的方式减 小触地振动的危害效应。 2 ．2 爆破位置 采取定向倒塌的方式，爆点位置通常选在拱肋 的4 个拱角位置．考虑爆破施工的难度1 j 安全性，拱 角爆点的位置通常陂在桥i 直『附近的肋拱上，对桥面 以下的肋拱在爆破后采取机械解体的方式拆除。这 是因为，如果拱角爆点选在桥台附近的肋拱上，虽然 减少了机械解体的工作量，但此处肋拱的结构非常 复杂，需要进行大量的_ 坝拆除施工，影响桥体自身的 安全稳定性．同时爆破难以达到允分破坏的目的。 另外，由于桥面距着地点超过2 0m 的距离．定 向爆破后触地振动的冲击破坏力很大，所导致结构 的变捌町以起到充分解体的作刚．一般不需要在肋 拱顶部与横撑部位增加爆点．但1 1 T 以进行适当的预 切割，以保证解体的充分。 2 ．3 爆破方式 m 干肋拱的上下弦管及其腹板内填充有高强度 的砼，其链体抗压、抗拉、抗剪切、抗弯扭的强度明显 提高，桥体爆破前肋拱晟大应力为轴压力与剪切力， 所以如何通过爆破方式使其破坏，充分解除其轴压 力与剪切力的作用．是爆破后失稳的最为关键的因 素。但是，如果单纯采用传统的钻i L 爆破的方式，由 于钢管与钢腹板的“包裹作用”，缺少必要的爆破自 由面，将形成“冲炮”现象，达不到有效破碎的目的， 所以，钻7 L 爆破还必须辅助相应的切割手段。 切割有2 种方法一种方法是在不影响结构安 今的情况下．对钢管或腹板进行预切割．解除或减弱 其“包裹作用”。这种方法的优点是操作简单，但是 万方数据 第2 9 卷第1 期 邓小英，周桂松，冯辉，等中承式钢管砼拱桥爆破施工方案探讨 6 7 必须对其预切削方案进行结构安全计算，确保桥体 在爆破施工时的安全稳定；另一种方法是采取切割 爆破的方式，利用聚能爆破的原理，在待切割部位安 装聚能切割药包，以达到爆破切割的目的，但操作较 为复杂，聚能切割药包的可靠性要得到模拟试验的 验证，而且爆破的空气冲击波危害效应较大，需要有 可靠的安全防护措施，减轻空气冲击波的危害效应。 在综合考虑以上切割方案的优缺点后，最终采取r 预切割的方式。 2 ．4 起爆顺序 拱桥定向爆破起爆顺序的选择，一是取决于倾 倒方向 倾倒方向的确定则主要取决于周边环境状 况，在爆破倒塌范围之内不能有需要保护的建构物 及设施 ，如果向下游倾倒，则下游侧爆点先爆，上 游侧爆点后爆；反之，如果向上游侧倾倒，则上游侧 爆点先爆，下游侧爆点后爆。二是有利于改变桥体 结构原有的应力状态而使其自然解体，对于其中一 侧桥体的2 处爆点，采用微差间隔爆破，其中一个爆 点先爆，使该侧桥体发生弯曲或扭曲，使其解体更为 充分。三是取决于爆破位置处的桥体结构，该桥体 肋拱的结构较为复杂，弦管之间连接有腹板，弦管与 腹板之问又都有砼，所以弦管与腹板都需要进行钻 孔爆破，这种情况应采取微差爆破的方式，外侧钢管 砼上的炮眼先爆，内侧腹板砼上的炮眼后爆，以达到 爆破充分解体的目的。 3 ’爆破技术设计 该拱桥的爆破技术设计主要包括预处理、炮孔 布置、装药设计、起爆网路、爆破安全及防护设计等 方面的内容。 3 ．1 预处理 对于钢管砼结构，预切割主要起到方便钻孔作 业、提供爆破薄弱面、解除倾倒约束等作用，但是预 切割作业不能影响桥体自身结构的安全，为此，首先 对桥梁结构的受力状况进行了计算，保证预切割不 会造成桥体的失稳，同时在施工顺序上要求必须完 成所有的预切割工作后才能进行后续的爆破作业， 并在施工过程中连续地进行桥体三向位移监测，以 保证施工的安全。经过力学计算，在腹板及其内部 砼局部拆除，使其不承受轴向压力与剪力，同时在钢 管上切割一条环向切割缝时，只有弦管内部的砼承 受轴向压力与剪力，经过力学计算，该处砼的轴向应 力约为1 4M P a ，剪应力约为0 ．7 5M P a ，小于砼的抗 压强度与抗剪强度，所以预切割是安全的，另外，由 于钢管的抗拉强度与抗压强度都较大，在保证钢管 不发生变形的情况下也须对钢管进行局部切割，对 于爆点附近上下弦管间的斜撑，不是关键受力结构， 但对爆破倾倒不利，也须进行预拆除。肋拱预处理 方法为首先在肋拱爆破区域的中部用气割将腹板 切割掉2 0 一3 0c m ，并将其中的砼凿除，在腹板的炮 孔端部位置用气割各切割一道连续的横向切缝；然 后在裸落出的弦管上用气割切割出连续的环向切 缝，在每条弦管的上下位置用气割各切割一道间断 的轴向切害0 缝 切割段长度为2 0c m ，间隔段长度为 1 0c m ，在其端部炮孔的圆周方向靠近轴向切割缝 的位置用气割切割1 道5 一l Oc m 的环向导缝；最后 在炮孔位置用气割切割直径7c m 的圆形孔洞，以便 以钻孔施工，并在炮孔连线方向的孔洞端部用气割 切割3k 5c m 导缝。具体预处理施工部位见图2 。 图2 肋拱预处理施工部位示意图 单位c m F i g ．2D i a g r a mo fa r c hr i bp r e c o n s t r u c t i o ns i t e u n i t c m 3 ．2 炮孔布置 弦管炮孔布置在横向切缝两侧弦管水平向上， 孔距2 5c m ，孔径5 0m m ，至少保证切割缝一侧有 6 个炮孑L ；腹板炮孔布置在预处理空腔两侧的腹板 中心线的垂直向上，腹板端部炮孔与弦管端部炮孔 在一个截面上，最孔距2 3c m ，孔径5 0m i l l 。为避免 风动凿岩机冲击振动影响桥拱稳定，采用切削回转 式钻机进行造孔。炮孔布置如图3 所示。 图3 肋拱炮孔布置示意图 单位c m F i g ．3D i a g r a mo fa r c hr i bb l a s th o l e u n i t c m 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 - j i e ．B l a s t i n ge n g i n e e r i n g [ M ] ．W u h a n W u h a n U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yP r e s s ，2 0 0 7 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 汪旭光，于亚伦．拆除爆破理论与工程实践[ M ] ．北 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