大跨度雙曲拱橋控制爆破拆除

郭靖

摘要：以工程爆破實例為背景，介紹了數碼電子雷管在大跨度雙曲拱橋拆除爆破工程中的應用。通過爆破方案的合理設計，根據雙曲拱橋的結構受力特點，搭設鉆孔平臺，采取合理布置炮孔和延期時間，并計算單孔裝藥量，通過數碼電子雷管精確延時的優點設計不同的起爆順序，實現了橋體逐段垮塌落地的目的，爆破震動及飛石控制均達到理想效果，橋體塌落后充分解體，爆破效果較好。實踐證明：對拱頂、拱腳、立墻、橋墩和墩帽的依次起爆，延期時間控制在150ms至200ms能使橋體爆破后解體充分，能有效控制了橋體塌落后的解體尺寸，減小爆破塌落振動。

關鍵詞：雙曲拱橋;數碼電子雷管;控制爆破;起爆網路

Abstract： Taking the engineering blasting example as the background， the application of digital electronic detonator in the demolition blasting project of large-span double-curved arch bridge is introduced. Based on the reasonable design of the blasting scheme， according to the structural force characteristics of the double-curved arch bridge， a drilling platform is set up， the blast holes and delay time are reasonably arranged， and the single-hole charge is calculated. The advantages of the accurate delay of the digital electronic detonator are used to design different initiation sequence of the bridge， achieving the purpose of the bridge body collapsing step by step. Both the blasting vibration and the flying stone control achieve the ideal effect. The bridge body is fully disintegrated after the bridge body collapses and the blasting effect is better. Practice has proved that： for the sequential initiation of arches， arch feet， standing walls， bridge piers and pier caps， the delay time controlled between 150ms and 200ms can make the bridge fully disintegrate after blasting， and can effectively control the size of the bridge after it collapses， reducing blast slump vibration.

Key words： double curved arch bridge;digital electronic detonator;controlled blasting;detonation network

1? 工程概況

湖北省遠安縣洞灣大橋位于遠安縣分花路K5+250處，是橫跨西河的大型公路橋梁，也是遠安縣單孔跨徑最大的橋梁。

該橋梁為鋼筋混凝土變截面懸鏈線無鉸雙曲拱橋，拱軸系數為2.814，變厚系數0.13，單孔凈跨90m，全長116.3m，橋面寬10m（凈寬8m，加兩側各1m寬人行道），橋高24m，岸臺為鋼筋混凝土重力式橋臺。上部構造為五肋四波懸半波，載重標準汽-20、掛-100。

該橋1976年3月開工，1979年5月竣工，共使用水泥1500t，木材240m3，鋼材140t，澆筑混凝土3585m3。主拱圈采用現澆施工，腹拱圈采用裝配法施工。由于預制件不夠標準，出現拱腹圈下沉，橋面和拱波裂縫等病害，橋梁承載標準降低，后在1984年、1990年兩次進行加固，才恢復承載力。為了確保安全，現決定采取爆破施工的方法對其進行拆除，爆破周圍環境較好。洞灣大橋現場照片見圖1。

2? 爆破方案設計

2.1 大橋受力分析

①拱式橋穩定性的主要控制構件是其拱圈或下弦桿，其次是主梁或上弦桿。因此，拱式橋爆破拆除過程中，應通過爆破使拱圈或下弦在“拱腳”處失去水平和豎直向的支撐，使其由超靜定結構轉化為轉動結構，使拱結構發生轉動失穩而塌落，進而誘發主梁的折斷破裂[1]。如拱圈或下弦桿的弧度較大，則應在拱形結構中部進行爆破，以解除其多余的剛度，形成“多鉸拱”避免倒而不破的后果。其次在拱上的爆破缺口區域大小，必須滿足除去缺口部分拱的展長大于兩柱之間的距離[2]。大橋架構見圖2、實景結構圖見圖3。

2.2 爆破方案的選擇與確定

根據洞灣大橋的結構特點，結合橋梁的水深條件、周邊環境及盡可能縮短施工時間，決定對大橋采取一次性爆破解體塌落的形式，即采用鑿巖機鉆鑿38～42mm的孔徑，在拱肋頂部、肋腳、橫墻等主要部位布孔，靠橋體構件重力勢能解體坍塌。基于這一情況確定的爆破總體方案為：橋拱、橫墻、橋墩和立柱采用一次點火，多段延時起爆的爆破方案。根據拱形橋梁失穩的原理炸毀拱圈的爆點選擇在主拱的拱頂部位，只要拱頂破碎了，單拱橋在瞬間形成兩個懸臂梁，在橋墩破壞和橋面自重的作用下加速下落沖擊地面而解體破壞[3]。

3? 爆破參數設計

3.1 爆破施工部位的布置

主拱肋拱頂砼炮位布置。在主拱肋頂部中心線位置布置炮位，橫向寬度范圍為2.5m，使頂部拱頂肋、聯系梁、波形板等在爆破時炸開2.5m以上的開口，拱頂4m范圍盡量破碎一些。拱頂砼炮孔布置見圖4和圖5。

3.2 橫墻、柱炮位布置處理：

①預處理：為了爆破時能夠徹底把橫墻和柱炸開，在橫墻和柱的適當位置用風鎬將混凝土保護層鑿掉，使墻、柱立筋裸露，用氣焊割除鋼筋的一部分，爆破時鋼筋斷裂，內部混凝土輕松出籠溢出。這樣就節省了炸藥單耗，防止爆破飛散物飛得過遠，也避免了鋼筋拉結造成爆破不徹底[4]。

②炮位布置：橫墻上部鉆豎孔，下部鉆水平孔;柱體鉆鑿水平孔，炮孔布置圖見圖6、圖7。

3.3 炮孔孔網參數計算：

①單耗：主拱肋q1=2000g/m3;橫墻取q2=1000g/m3;立柱單耗q3=800g/m3;拱波單耗q4=600g/m3。

②單孔裝藥量Q=qabH，式中Q為單孔裝藥量，a為孔距（主肋拱孔距取0.3m，橫墻豎孔取0.6m，柱體取0.25m），b為排距（橫墻取0.5m，柱體取0.3m），H為炮孔深度。

③詳細參數的計算匯總表見表1。

3.4 起爆網路設計

為了減小爆破時一次起爆藥量以降低爆破危害效應，采用數碼電子雷管分段延時起爆的爆破網路，實現一次起爆。整個爆破區域考慮為6個區段[10]：

①0ms區段：先起爆橋面拱頂炮孔;

②350ms區段：左側拱腳拱肋及拱波上的炮孔;

③500ms區段：右側拱腳拱肋及拱波上的炮孔;

④550ms區段：左側橫墻上的炮孔;

⑤700ms區段：右側橫墻上的炮孔;

⑥750ms區段：左側立柱上的炮孔;

⑦900ms區段：右側立柱上的炮孔。

分段延時起爆網絡見圖8。

4? 爆后效果及結論

大橋于2020年01月08日16時48分順利起爆，約900ms以內實現坍塌，被爆橋體塌落解體較充分，完全達到了預期效果。效果見圖9。

幾點心得：

①爆破預處理時，在拱頂路面層需先用機械方式將路面填充層剝離，便于后續鉆孔作業的順利進行;同時，在路面橋頭兩端可提前將前面與橋臺路面機械切開，有利于前提順利倒塌。

②在拱波及拱肋布孔時可結合實際情況布設足夠炮孔，確保拱肋一次性炸斷，防止出現炸而不倒的情況發生;在拱肋裝填炸藥時，結合環境情況應適當提高單孔裝藥量，確保順利炸斷拱肋及拱腳[7]。

③起爆延期時間設置必須按照拱頂先響、拱腳后響的原則進行，確保拱頂斷開后橋體左右兩邊處于懸空狀態向下傾斜，加速橋體斷裂下傾，利于橋面破碎。

④在處理數碼電子雷管連網及設定延期時間時，一定要確保起爆器設置正確且激發能量足夠，避免出現負載過大，無法起爆的情況發生[9]。

⑤橋體防護可采取覆蓋土工布及雙層鐵絲網的方式進行保護，確保飛石不會飛得過遠，特別在加強裝藥的部位要做好安全防護措施以及橋體垮塌后對橋下路面的保護措施[8]。

參考文獻：

[1]劉殿中，楊仕春.工程爆破使用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003：544-548.

[2]陸志民，徐志斌.輕型鋼筋混凝土雙曲拱橋爆破拆除[J].爆破，2013，30（3）：100-103.

[3]宋天培，謝春明，楊軍.公路雙曲拱橋結構爆破拆除數值模擬[J].爆破，2012，29（4）：90-94.

[4]隋玉鳳，畢衛國，孫明旭，等.鋼筋混凝土雙曲拱橋爆破拆除[J].工程爆破，2015，21（5）：40-42.

[5]吳嬌媚.某雙曲拱橋拆除方案比選論證[J].公路交通技術，2017，33（1）：48-52.

[6]王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007：285-289.

[7]孫智峰.雙曲拱橋拆除施工安全控制研究[D].西安：長安大學，2013.

[8]康寧.工程爆破中的飛石預防與控制[J].爆破，1999，16（1）：80-87.

[9]于亞倫.工程爆破理論與技術[M].北京：冶金工業出版社，2004：323-324.

[10]李宗文，李紹衡.拱橋拆除爆破技術[J].工程爆破，2006，12（03）：71-73.