簡支結構定向控制爆破缺口參數探討

謝續文，楊 準

(湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410005)

簡支結構定向控制爆破缺口參數探討

謝續文，楊 準

(湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410005)

針對湖南臨湘南太路渡槽定向控制爆破工程簡支結構和獨立結構定向控制爆破缺口差異大等問題，通過受力分析得出影響簡支結構定向爆破缺口大小的因素，為后續類似結構定向控制爆破提供借鑒。

簡支結構；獨立結構；渡槽爆破；爆破缺口

湖南臨湘南太路渡槽為鋼筋混凝土箱式渡槽，全長120 m，成東西走向，槽身為矩形斷面，斷面尺寸為：寬230 cm，高220 cm。兩跨渡槽之間均有10 cm申縮縫,申縮縫用橡膠連接。支撐結構有薄壁素混凝土空心墩和鋼筋混凝土排架柱兩種，共有11組墩、柱，其中薄壁空心墩有7個，排架柱有4組。薄壁空心墩底部斷面尺寸為：長500 ～600 cm，寬180～250 cm，內部為空心，壁厚30 cm，墩高度為5～30 m。排架柱截面尺寸為50 cm×85 cm，高5 ～20 m。渡槽與支撐體之間呈簡支結構。

1 爆破方案

根據渡槽自身結構特點和周邊環境情況，確定以下拆除方案：

(1) 對渡槽的所有支撐墩、柱實施控制爆破，使支撐墩、柱按設計的方向傾倒，支撐墩傾倒后，槽身在自身重力的作用下會塌落至地面。

(2) 1#、2#、3#墩和10#、11#柱位于陡峭的山坡上，為了方便二次機械破碎和清碴，爆破垮落的殘體應向坡角集中，所以，先爆破渡槽中間的4#、5#墩，墩垂直渡槽走向向北倒塌，在渡槽中間爆出一個缺口后，再依次爆破缺口相臨的墩、柱，后續爆破的墩、柱沿渡槽走向面向缺口倒塌，即3#、2#、1#墩依次向東倒塌；6#11#墩、柱依次向西倒塌(見圖1)。

圖1 渡槽倒向圖

2 爆破缺口

根據類似的工程經驗，結合支撐體結構、倒向、高度等因素，主要采用了以下4種爆破缺口：

(1) 空心墩沿長軸方向倒塌缺口。4#、5#墩沿墩長軸向北倒塌，采用此種缺口，缺口長度占墩周長的70.36%(見圖2～圖3)。

圖2 沿長軸傾倒空心墩爆破切口橫斷面

圖3 沿長軸傾倒空心墩爆破切口前視圖

(2) 空心墩沿短軸方向倒塌缺口。2#、3#、6#、7#墩沿短軸向東、西向倒塌，采用此種缺口，缺口長度占墩周長的58.47%(見圖4、圖5)。

(3) 1#墩沿短軸向東倒塌，采用了沿短軸方向倒塌的爆破缺口，但考慮到墩高只有5 m，墩身自重太小，在缺口后支撐部分布設了一排炮孔，弱化后支撐。

(4) 鋼筋混凝土排架柱沿短軸定向倒塌缺口(見圖6)。

圖4 沿短軸傾倒空心墩爆破切口橫斷面

圖5 沿短軸傾倒空心墩爆破切口縱剖面圖

圖6 鋼筋混凝土排架柱爆破切口縱剖面

3 起爆的時序

起爆采用非電塑料導爆管雷管接力式起爆網路，孔內統一使用MS17(延遲時間1200 ms)高段別導爆雷管做起爆元件，孔外使用MS11(延遲時間460 ms)段別導爆管雷管做傳爆元件實施接力式起爆。渡槽起爆從4#墩開始，向東西兩側逐段起爆，起爆共分有7個區段，各段延時時間見表1。

表1 起爆分段及延期時間

4 爆破結果

反復觀看爆破錄象可以得出如下爆破結果：

(1) 排架柱短軸方向尺寸小，只有85 cm,沿短軸方向的定向爆破缺口起不了定向作用，起爆后，排架柱迅速按起爆順序下坐；

(2) 空心墩能朝設定的倒塌方向準確傾覆，沿短軸方向定向傾倒比沿長軸方向定向傾倒更容易實現；高度大的墩比高度小的墩更容易傾覆。渡槽倒塌過程中，空心墩發生傾倒的實際先后順序為：6#墩→7#墩→5#墩→4#墩→3#墩、2#墩。3#墩、2#墩最后同時傾倒，說明3#墩、2#墩僅靠自重和渡槽壓力而引起的偏心力矩并不能折斷爆破缺口的后支撐，而必須同時依靠4#和3#墩之間渡槽箱體運動摩擦力矩。1#墩由于墻體轉角處內、外布孔銜接處，布孔參數稍大，造成轉角處留有支柱而未傾倒。人工處理掉轉角處支柱后，1#墩仍不能發生傾覆。用千斤頂稍推1#墩與槽臺之間的渡槽箱體，1#墩隨即發生傾覆。

5 受力分析

像煙囪、水塔類獨立空心薄壁結構物，僅承受結構物自重。通過對煙囪支撐部的破壞觀測和受力分析可知，爆破缺口形成后，在煙囪重力偏心力矩作用下，煙囪支撐部形成壓應力區和拉應力區，以平衡重力偏心力矩，當煙囪壓應力區內的壓應力超過材料的極限壓應力時，材料發生破壞，壓應力區逐漸后移，如此循環往復，直到整個支撐部破壞。而像渡槽這樣的簡支空心薄壁結構物，除承受自重外，還要承受外力。渡槽受力分析如下：當炸藥爆炸形成爆破缺口后，支撐墩在自重mg和渡槽壓力P的作用下，形成一個繞A點的傾覆力矩(mg+P)×h，而渡槽壓在支撐墩上，產生一個摩擦阻力f限制支撐墩產生變形和位移,摩擦阻力f對支撐墩繞A點形成一個反傾覆力矩f×H，從渡槽結構尺寸可以看出，H是h

的20～30倍，渡槽的最終傾覆力矩為(mg+P)×h-f×H，其中mg又是H的函數。從受力分析可知，渡槽支撐墩傾覆力矩遠小于煙囪、水塔之類獨立高聳構筑物的傾覆力矩(見圖7)。

圖7 渡槽受力分析

6 爆破缺口大小

爆破缺口后支撐尺寸是定向控制爆破的關鍵參數，后支撐尺寸過小，定向不準確，后支撐尺寸過大，則可能出現爆而不倒現象。與煙囪、水塔高聳獨立結構相比，像渡槽這樣簡支結構物，上壓部件與支撐部件之間存在摩擦力，且摩擦力對爆破缺口處的力臂遠大于支撐部件的偏心距，上壓部件對爆破缺口的摩擦力矩成了后支撐破壞的關鍵要素，這決定了簡支結構支撐體爆破缺口后支撐尺寸選取：

(1) 起爆時序。最初起爆爆破缺口比后續同等條件爆破缺口要大，最初起爆支撐體兩側上部壓件摩擦力矩與偏心力矩均相反，后支撐部分難以折壞；

(2) 支撐體的形狀。支撐體沿長軸方向傾倒的爆破缺口長度占支撐體周長的百分比要比沿短軸方向傾倒的大；

(3) 支撐體高度。支撐體越矮，重力偏心矩越小，爆破缺口應比支撐體高的大。

臨湘南太路渡槽空心墩爆破缺口占墩周長的實際占比：沿墩長軸傾倒為65%；沿墩短軸傾倒為62%。從墩爆后倒塌時序及準確性分析，比較合適的缺口長度占墩周長百分比為：沿墩長軸傾倒為70%；沿墩短軸傾倒為65%。

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[2]文輝軍,朱金華,謝續文.深水位爆破拆除雙曲拱橋[J].采礦技術,2014,14(05):117-119.

[3]林大能,鄧新文.磚砌樓房爆破缺口高度理論計算[J].西安科技學院學報,2001(03):201-204.

[4]戴 俊,赫建明.磚混樓房爆破拆除缺口參數研究[J].爆破,2001(02):19-22.

[5]謝續文,孫向陽.地下廠房臺階爆破施工探討[J].采礦技術,2014,14(05):102-104,147.(收稿日期：2016-10-25)

謝續文(1966-﹚，男，高級工程師，主要從事爆破工程技術及管理工作，Email：814174890@qq.com。