中承式悬索拱桥爆破拆除技术.pdf

第2 9 卷第3 期 爆破 V 0 1 ．2 9N o ．3 2 0 1 2 年9 月B L A S T I N GS e p ．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 3 ．0 1 8 中承式悬索拱桥爆破拆除技术 田永良1 , 2 ，邹心“ j 7 媸3 ，谭雪月1 1 ，贺五一4 ，胡新印1 1 ．中国人民解放军理工大学工程兵工程学院，南京2 1 0 0 0 7 ；2 ．南京军区7 3 6 6 9 部队，南京2 1 1 1 3 1 ； 3 ．江西省交通运输厅赣崇高速公路项目建设办公室，赣州3 4 1 2 0 0 ；4 ．桂林空军学院，桂林5 4 1 0 0 3 摘要以武夷山公馆大桥爆破拆除为例，探讨中承式悬索拱桥的爆破拆除技术。武夷山公馆大桥是一座 中承式悬索拱桥，2 0 1 1 年7 月因车辆超载造成，桥梁北端局部垮塌，成为危桥。根据桥梁特点、周围环境情 况和工程建设要求，采取了水压爆破、切割爆破和钻孔爆破相结合的组合爆破技术进行拆除，取得了理想的 爆破效果。 关键词中承式；悬索拱桥；控制爆破 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 3 0 0 7 8 0 4 E x p l o s i v eD e m o l i t i o no fH a l f - s u p p o r t i n gS u s p e n s i o nA r c hB r i d g e T I A NY o n g ．1 i a n 9 1 ，2 ，Z O UZ h i ．q i a n 9 3 ，T A NX u e g a n 9 1 ，H EW u y i 4 ，H UX i n ．y i n l 1 ．E n g i n e e r i n gI n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gC o r p s ，P L AU n i vo fS C I ＆T E C ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，C h i n a ； 2 ．7 3 6 6 9T r o o po fN a n j i n gM i l i t a r yR e g i o n ，N a n j i n g2 11 1 3 1 ，C h i n a ； 3 ．G a n c h o n gE x p r e s s w a yP r o j e c tO f f i c eo fJ i a n g x iT r a n s p o r tD e p a r t m e n t ，G a n z h o u3 4 1 2 0 0 ，C h i n a ； 4 ．G u i l i nA i rF o r c eA c a d e m y ，G u i l i n5 4 1 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T a k i n gt h ed e m o l i t i o no fW u y im o u n t a i nm a n o rb r i d g ef o re x a m p l e ，t h ee x p l o s i v ed e m o l i t i o nt e e h n o l o g yo fh a l f - s u p p o r t i n gs u s p e n s i o na r c hb r i d g ew a sd i s c u s s e d ．T h eW u y im o u n t a i nm a n o rb r i d g ei s ah a l f - s u p p o r t i n g a r c hb r i d g e ，w i t hv e h i c l eo v e r l o a d ，t h en o r t he n do ft h eb r i d g ec o l l a p s e dp a r t l ya n dt u r n e dt ob ead a n g e r o u sb r i d g e ． A c c o r d i n gt ot h eb r i d g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es u r r o u n d i n gc o n d i t i o n sa n dc o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t s ，t h et e c h n o l o g y o fh y d r a u l i cp r e s s u r eb l a s t i n ga n dc u t t i n gb l a s t i n gc o u p l e dw i t hd r i l l i n gb l a s t i n gw a sa p p l i e dt od e m o l i s ht h eb r i d g e ， f i n a l l yt h ed e s i r e db l a s t i n ge f f e c tW a sa c h i e v e d ． K e yw o r d s h a l f - s u p p o r t i n g ；s u s p e n s i o na r c hb r i d g e ；c o n t r o l l e db l a s t i n g 武夷山市公馆大桥，位于武夷山风景区内，全长 2 6 0m ，2 0 1 1 年7 月桥梁北端一跨发生垮塌，成为危 桥。为此需在原址及下游2 0 0m 处重修2 座单向简 支粱桥梁，当地部门决定将此危桥进行爆破拆除，工 期 包含清渣时间 历时3 0d 。大桥周围爆破环境 复杂，管道、通信线路较多，工程本身也属于危桥爆 破拆除，且工期紧迫，为确保爆破效果，按照安全可 收稿日期2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介田永良 1 9 8 6 一 ，男，南京解放军理工大学工程兵工程学 院火炮、自动武器与弹药工程专业硕士研究生， E m a i l y o n g l i a n g t i a n 8 i n a ．c a 。 靠高效经济的原则，根据工程特点，采取水压爆破、 钻孔爆破和切割爆破相结合的组合爆破技术方案， 取得了理想效果。 1 工程概况 1 ．1 爆区周围环境 桥下河流为九曲溪，桥东侧约1 0m 有架空通讯 电缆；西侧约1 5m 有通讯电缆，3 0m 处河床上有一 供水管道，架空有国防光缆；北端桥头西北侧1 0 0m 处有民居草房；南端西南3 0 0m 处为风景区入口；东 南1 0 0m 处为汽修厂。该桥两侧均有高压线塔，距 万方数据 第2 9 卷第3 期田永良，邹志强，谭雪刚，等中承式悬索拱桥爆破拆除技术 7 9 大桥最近处约3 0m 。桥梁南侧河水较深，北侧河床 外露无水，爆破环境复杂。见图1 。 图1 桥梁环境示意图 单位m F i g ．1S u r r o u n d i n g so ft h eb r i d g e u n i t m 1 ．2 工程结构 大桥为中承式悬索拱桥，总长2 6 0m ，设计为 3 跨，中间主跨长1 0 0m ，其余1 跨各8 0m ，桥梁净 空高度2 0m 。桥梁呈南北走向，两端为桥台，中间 布置2 组共4 个桥墩。 桥梁主拱肋为1 ．0mx 2 ．0m 等截面箱梁，通过 1 7 根吊杆与桥面横梁相连；两端拱肋为1 ．01 1 a 1 ．8m 等截面箱梁，通过1 3 根吊杆与桥面横梁相连； 拱肋为C 5 0 钢筋混凝土，吊杆内部为高强度钢丝， 外部为直径6c m 厚0 ．4c m 的钢管。 桥墩为C 1 5 钢筋混凝土，两座桥墩之间通过盖 梁组成整体受力体系，每组桥墩及盖梁钢筋混凝土 工程量约3 4 0m 3 。 2 总体施工方案 2 ．1 爆破拆除总体方案 根据中承式悬索拱桥结构特点，通过对其受力 体系分析，选择对桥梁的拱肋、吊杆和桥墩进行爆破 拆除，使桥梁整体塌落，再在地面对桥面进行机械破 碎。根据工程建设情况，通过综合比选方案，采取了 “以水压爆破为主，切割爆破及钻孔爆破相结合的 组合爆破技术”总体设计方案，以其达到安全、准 爆、充分解体的设计效果【1 2J 。桥梁各部位爆破拆 除形式如图2 所示。 2 ．2 起爆方式的确定 分析桥梁的结构特点、切E l 的位置、装药的数 量、周围环境等要求，为减少一次起爆装药量，降低 爆破振动，以及确保桥梁安全塌落，采用一次点火、 毫秒分段延时起爆技术。 2 ．3 预处理部位的确定 1 “ 切割爆破部位将表层混凝土剥去，露出钢 筋，长度不低于3 0c m 。 4 1 一水压、切割、钻孔爆破；2 一水压爆破；3 一机械、切 割、钻孔爆破；4 一钻孔爆破；5 一机械、钻孔爆破；吊杆 为推置爆破 图2 桥梁爆破形式示意图 F i g ．2B l a s t i n gf o r m so ft h eb r i d g e 2 吊杆推置爆破部位，将外层钢管和内层橡 胶剥去，露出钢丝，长度不低于4 0c m 。 3 拱肋水压爆破部位如果由于桥梁先期垮 塌，致使结构变形、无法实施水压爆破，采取机械将 侧板敲开椭圆形窗口。 3 爆破参数设计 3 ．1 拱肋处水压爆破部位参数设计 3 ．1 ．1 药量计算 桥梁南北2 跨拱肋为1 ．0m 1 ．8m 的等截 面∞] ，中间跨拱肋为1 ．0m 2m 的等截面。桥面之 上拱顶与拱底厚度均为2 5c m ，两侧面厚度为 1 5c m ，每个水压爆破部位长度6m 。 由钢筋混凝土矩形结构物水压爆破药量计算公式 Q 恐 丽K , K 。1 R 驯, b ／1 ‘5 9 妒∥ 1 式中％为结构物破坏程度系数，取3 0 ；K d 为混凝土 动力提高系数，取1 ．4 0 ；R 。为混凝土静抗力强度，取 2 ．4 5M P a ；b 为单位长度，m ；蜀为弯矩系数，取决于 矩形结构物内部尺寸短边与长边长度之比，统一取 0 ．0 6 2 ；0 c 为频率系数，取决于矩形结构物内部尺寸 短边与长边长度之比，南北两跨取1 5 ，中间跨取 1 5 ．4 ；c 为混凝土声波速度，此拱肋使用C 5 0 混凝 土，取3 6 7 0m ／s ；6 为混凝土结构物厚度，m ；R 为装 药中心到壁面的垂直距离。 岛为修正系数 吁1 笺乎 2 ％ 二≠等 2 式中岛为钢筋动力提高系数，取1 ．3 5 ；R 。为钢筋静 屈服强度，取3 8 0M P a ；∑s 为纵向长度b 内横向钢 筋截面积，m 2 。拱肋每层钢筋有4 根咖2 8 和1 2 根 西2 0 钢筋组成，桥面上拱肋有2 层钢筋。 代入数据计算，每个水压爆破部位药量 南北2 跨2 ．2k g ；中间跨2 ．5k g 。 3 ．1 ．2 装药结构 使用咖3 2m m 药卷捆绑成条形药包，并做好防 万方数据 8 0爆破2 0 1 2 年9 月 水措施。 3 ．2 拱肋处平孔爆破部位参数设计 1 钻孔直径西击3 8m m 。 2 钻孔深度￡拱肋宽度1m ，选取9 0c m 。 3 布孔形式单排孔，拱顶和拱底各4 个孔。 4 钻孔间距口4 0c m 。 5 炸药单耗g 按照1 ．2k s ／m 3 计算。 6 单孔药量Q 按照Q q v 计算。 拱脚处拱顶和拱底最下2 孔，Q 0 ．4 5k g 。 其余及桥面拱肋平孔Q 0 ．3 蚝。 7 装药结构导爆索串联小药包形式。 8 填塞长度1 0c m 。 3 ．3 吊杆爆破参数设计 中间跨由1 7 根吊杆与横梁相连，南北两跨由 1 3 根吊杆与横梁相连，除去已损坏还有6 6 根吊杆。 爆破前由人工将外部保护层剥开，露出钢丝，剥离长 度不低于4 0c m 、，以3 根3 0c m 长导爆索并列缠绕贴 于钢索之上，实施推置爆破。 3 ．4 切割爆破设计 人工剥去表层混凝土，露出表层钢筋，将1m 长 切割器贴于钢筋，实施切割爆破。 3 ．5 桥墩、盖梁爆破参数设计 全桥共有4 个桥墩，查图纸桥墩高度1 5m ，圆台 形。两桥墩之间通过盖梁联系，长度1 8m ，宽度5m ， 中心厚度为4 ．3m 。考虑大桥位于风景区，周边环境 复杂，对桥墩采取松动爆破，便于后期机械破碎口’4J 。 1 钻孔直径 b 桥墩和盖梁垂孔选取咖1 0 5m m 。 2 布孔形式桥墩、盖梁顶部纵向布置8 个垂 孔 图3 ；每个桥墩下部处再各钻2 个平孔，俯视看 2 平孔垂直。 图3 桥墩、盖梁布孔形式示意图 F i g ．3A r r a n g e m e n th o l e sf o r mo fp i e r sa n dc o v e rb e a m 3 孔距垂孔2m ；平孔上下间距2 ．1m 。 4 炸药单耗g 采取松动爆破，选0 ．3 5k g ／m 3 ， 乳化炸药选取西7 0m m 直径‘引。 5 钻孔深度￡及单孔装药量见表1 。 表1 桥墩盖梁炮孔及装药规格 T a b l e1 H o l e sa n dd r u gs p e c i f i c a t i o no fB r i d g ep i e r 4 起爆网路 针对工程环境，为避免杂散电流、射频电流和感 应电流对爆破网路的影响，使用安全可靠的非电导 爆管起爆网路系统。整个网路分3 响，由上至下依 次起爆，桥面以上爆破部位 除去吊杆 采用M S - 1 段非电导爆延期雷管，吊杆采用M S - 5 段非电导爆 延期雷管，桥面下部位采用M S - 7 段非电导爆延期 雷管。用四通和导爆管将各段导爆管雷管连接，然 后将段与段之间纵横连接成多通道环形闭合复式网 路，最后用导爆管引至点火站由脉冲起爆器起爆。 5 施工安全措施 本次爆破属城市控制爆破，针对周围环境，考虑 的主要危害是爆破地震波、塌落震动、爆破飞石和 使用导爆索切割器引起的噪音等。 5 ．1 爆破振动控制 由爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 给出的质 点垂直振速公式进行计算 V K Q ∽／R “ 3 式中R 为爆点中心至被保护目标的距离；K 、仅为与 爆破地形、地质条件等有关的系数和地震波衰减指 数，K 取7 ．0 6 ，O ／取2 ．0 。 本次爆破最大一段药量为2 3 0k g ，且是分散装 药，爆破最小安全距离为西侧3 0i n 处水管和1 0 0i n 处民房。估算得在3 0I T I 处引起的爆破震动速度为 0 ．2 7c m ／s ，1 0 0i n 处引起的震动速度为0 ．0 2 6c m ／s ， 爆破震动对周围结构是安全的。 5 ．2 塌落振动控制 根据量纲分析方法，集中质量 冲击或塌落 作 用于地面造成的塌落振动速度可用下式确定 K K ￡[ M g H ／t r v 3 ／R ] 卢 4 式中K 为塌落振动速度，c m ／s ；K 为衰减系数，K 3 ．3 7 ；o - 为地面介质的破坏强度，一般取1 0M P a 泸为衰 减指数，p 1 ．6 6 ；R 为观测点至撞击中心的距离，m ； 肘为下落构件的质量，t ；H 为构件重心高度，m 。 由于南端一跨落入水中，北端一跨已经垮塌，只有 中间一跨落在河床，中间跨有1 9 0 0m 3 ，混凝土密度 2 ．5 ∥m 3 ，河床为沙石，K 取值为 1 ／4 K ，计算3 0m 远 的钢质水管产生的塌落振动速度为1 ．6c m ／s ，振速低 于周围结构物和水管安全振动速度，加之河床全为沙 石，振动在传播过程中还会得到更大的减弱，对3 0I T I 远的水管不会构成任何危险。 5 ．3 爆破飞石控制 拱肋处使用水压爆破，为减少飞石带来的危害，一 是采取分段延期爆破；二是采取双层竹笆防护；三是重 万方数据 ● 第2 9 卷．第3 期田永良，邹志强，谭雪刚，等中承式悬索拱桥爆破拆除技术 8 l 点部位加强防护，桥北端搭设脚手架竹笆墙，桥面拱肋 水压爆破部位，拱顶处压双层沙袋，再挂设竹笆pJ 。 5 ．4 嗓音控制 使用导爆索做推置爆破和切割器爆破方式，会 引起较大的噪音。装药时，在爆破部位外侧全部包 裹双层消音棉，切割器部位也压置沙袋，极大地减弱 爆破噪音。 6 爆破效果及监测 1 2 0 1 1 年9 月2 8 日1 6 时3 0 分，公馆大桥实 施爆破，起爆后，整座大桥迅速下沉，从起爆到完全 坍塌共2s ，桥梁按照预定设计成功拆除，河床水管 及架空高压线、通讯线路完好，爆破成功。见图4 。 图4 爆破瞬间图像 F i g ．4 T h e8 4 E e r l eo ft h eb l a s t i n g 2 在爆破过程中，用仪器对桥梁的爆破振动 进行了监测。分别在4 0m 、6 0m 及8 0m 的距离布 设3 台测振仪器。爆破后，对爆破振动信号进行分 析处理，得到3 个测点的爆破振动数据见表2 。 衰2 爆破振动监测数据 T a b l e2D e t e c t e dd a t u mo fb l a s e n gd e m o l i t i o n 测点距离／m 通道，c 最大m * 当- i tC m 1芬振动，彬SJn ZS XO ．0 7 8 3 2 111 7 ．1 8 7 5 0 00 ．0 6 3 8 l4 0Y0 ．0 2 8 4 8 01 5 6 ．2 5 0 0 0 00 ．0 5 6 8 ZO ．0 8 5 4 4 l 9 ．7 6 5 6 2 5 0 ．10 1 6 6 26 0 38 0 X y Z X y Z 未触发 。未触发 从监测数据来看，只有1 。监测点收集到数据， 最大值小于0 ．1c m ／s ，振动速度较小，保证了周边 管线及建筑的安全。 3 噪音监测。在大桥正东方向2 4 8m 处测得 噪声最大值为1 1 5 ．2d B 。 7 小结 1 此次爆破对桥梁拱肋主要采取了水压爆 破，按照式 1 计算药量，从爆后结果来看，药量偏 大，今后还要在类似工程中进行校核，条件允许，尽 可能试爆。 2 分析桥梁特点，拱肋拱．顶处背筋在桥梁垮 塌中主要起到受拉的作用，运用切割爆破切断拱肋 表面一层背筋，作为水压爆破的辅助手段。爆后观 察，切割爆破部位切口整齐，但切口两侧的钢筋并没 有出现受拉现象。经过分析，可能是切割爆破和水 压爆破段别相同，切割爆破还没来得及发挥作用，桥 梁已经开始垮塌，今后类似工程实践中，通过调整起 爆顺序等手段迸一步研究。 3 在测振阶段，只有l 。监测点收集到数据，而 且最大振动比理论计算值要小得多，分析原因一是 可能是由于桥长近3 0 01 1 1 ，虽然药量多，但装药比较 分散，各点爆破后地震波传播过程中有抵消作用；二 是河床为沙石松软地面，较好的起到了减振作用。 2 ’和3 ’点监测点没有触发原因可能为振动在这2 点极其微弱或是仪器出现故障。 4 在危桥爆破中，要摸清其结构特点，采取多 种爆破手段，确保爆破安全可靠性。 [ 1 ] 刘殿中．工程爆破实用手册[ M 】．北京冶金工业出版 社。1 9 9 9 ． [ 2 ] 冯叔瑜．城市控制爆破[ M ] ．北京中国铁道出版社， 1 9 8 7 ． [ 3 ] 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，2 0 1 1 ，2 8 1 8 9 - 9 1 ． [ 3 ] W A N GS h o u - w e i ，T A N GJ i a m i I l g ．L d 咿b o r ed i a m e t e r - c h s r g ea n dm i d d l e - d e e ph o l ee x p l o s i v ed e m o l i t i o nt e c h n o - l o s ei nb r i d 护[ J 】．B t a s t m s ，2 0 1 1 ，2 8 1 8 9 - 9 1 ． i nC h i - n e s e [ 4 】雷振，李彬，池恩安．钢筋混凝土双曲拱大桥深孔 爆破拆除技术[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 3 7 4 - 7 7 ． [ 4 ] L E IZ h e n ，L IB i I l g ，C H IE n - a r t ．D e e ph o l eb l a s td e m o l i t i o n t e c h n o l o g yi nr e i n f o r c e dc o n c r e t ed o u b l ea r c hb r i d g e [ J ] ． S h s 6 n g ，2 0 0 8 ，2 5 3 7 4 - 7 7 ． i nC h i n e s e [ 5 ] 程康，孙亚飞，李潮雄，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 ． [ 5 ] C H E Nl a r I g ，S U NY a - f e i ，L IC h a o - x i o n g ，e ta 1 ．B l a s t i n g d e m o l i t i o no fr e i n f o r c e dc o n c r e t ed o u b l e ．c u r v a t t L r ea r c h b r i d g eu n d e rc o m p l e xs u r r o u n d i n g s ．[ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 8 ， 2 5 3 7 1 ．7 3 ． i nC h i n e s e 万方数据